Ispitivanje mehaniČkih svojstava aditivno proizvedenih modela

Testing the mechanical properties of additively manufactured models

Alan Divjak1, Ines Kovačić2, Jana Žiljak Gršić3, Damir Modrić1

1 Faculty of Graphic Arts, University of Zagreb, Croatia
2 University of Zagreb School of Dental Medicine, Croatia
3Zagreb University of Applied Sciences

 

Sažetak

Tehnologija aditivne proizvodnje (3D print) sve se više koristi na svim područjima industrije, te postaje sve značajnija komponenta proizvodnog lanca - drugim riječima, prestaje se smatrati tehnologijom za izradu prototipa. Ovu tranziciju omogućili su dobrim dijelom i materijali koji se koriste pri izradi modela, čija se širina ponude i kvaliteta povećava iz dana u dan. Većina modela izrađenih putem 3D printa moraju zadovoljiti određene dimenzionalne, mehaničke, termalne i ostale funkcionalne zahtjeve koji su predviđeni namjenom proizvoda. Kod razvoja imalo kompleksnijih proizvoda zahtijeva se korištenje simulacije i validacije dizajna putem računalne simulacije primjenom analize konačnih elemenata (FEA). Cilj je ovoga rada je utvrđivanje realnih vrijednosti mehaničkih svojstava materijala usporedbom odstupanja eksperimentalno dobivenih rezultata mjerenja deformacije modela od rezultata FEA simulacije temeljenih na mehaničkim svojstvima deklariranih od strane proizvođača. U radu se istražuje ponašanje aditivno proizvedenih modela (u našem slučaju ljudske mandibule) napravljenih od plastike. Iako se koristi samo jedan materijal, njegovo ponašanje je pokazatelj ponašanja cijelog spektra materijala koji se koriste u odabranoj tehnologiji 3D printa obzirom da je metoda nastanka modela jednaka. Putem digitalne korelacije slike se u radu analizira i uspoređuje odstupanje deklariranih mehaničkih svojstava fotopolimernog materijala Gray tvrtke Formalabs od eksperimentalno dobivenih rezultata .

Ključne riječi: 3D print, stereolitografija, FEA, fotopolimer, mandibula

 

Abstract

Additive manufacturing technology (3D print) is increasingly being used in all areas of industry, and is becoming a significant component of the production chain - in other words, cease to be regarded as the exclusive prototyping technology. This transition was primarily enabled by the materials used in the design of the model, whose width of supply and quality is steadily increasing. Most 3D print-based models must meet certain dimensional, mechanical, thermal, and other functional requirements as intended by the product. When developing more complex products, simulation and design validation is required through computer simulation using the finite element analysis (FEA). The aim of this paper is to determine the real values of mechanical properties of material by comparing the deviation of the experimentally obtained model deformation results from the FEA simulation results based on the mechanical properties declared by the manufacturer. The paper deals with the performance of additively produced models (in our case of human mandibules) made of plastic. Although only one material is used, the obtained results are the performance indicator of the entire spectrum of materials used in the designated 3D printing technology, since the method of model creation is the same. Through digital image correlation, the paper analyzes and compares the deviation of the declared mechanical properties of Gray's Formalabs photopolymer material from experimentally obtained results.

Keywords: 3D print, stereolithography, FEA, photopolymer, mandible