vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2022-67-1-17-26vestift-717Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYВлияние толщины отверждаемого слоя фотополимерной смолы при SLA-технологии печати на упругие и прочностные характеристики полимерных изделий аддитивного производстваInfluence of the thickness of the cured layer of photopolymer resin during SLA-printing technology on the elastic and strength characteristics of polymeric products of additive productionhttps://orcid.org/0000-0003-0557-7207ПротасеняТ. А.PrataseniaT. A.

Протасеня Татьяна Анатольевна – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, лаборатория контактно-динамических методов контроля

ул. Академическая, 16, 220072, Минск

Tatsiana A. Pratasenia – Ph. D. (Engineering), Senior Researcher, Mechanical Testing Laboratory

16, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk 

5657397@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9658-1003КреньА. П.KrenА. P.

Крень Александр Петрович – доктор технических наук, доцент, заведующий лабораторией контактно-динамических методов контроля

ул. Академическая, 16, 220072, Минск

Alexander P. Kren – D. Sc. (Engineering), Associate Professor, Head of the Mechanical Testing Laboratory

16, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk 

alekspk@mail.ruМацулевичО. В.MatsulevichO. V.

Мацулевич Олег Владимирович – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория контактно-динамических методов контроля

ул. Академическая, 16, 220072, Минск

Oleg V. Matsulevich – Ph. D. (Engineering), Leading Researcher, Mechanical Testing Laboratory

16, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk 

matsulevich.o.v@gmail.comИнститут прикладной физики Национальной академии наук БеларусиInstitute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of Belarus2022060420226711726Copyright © Протасеня Т.А., Крень А.П., Мацулевич О.В., 20222022Протасеня Т.А., Крень А.П., Мацулевич О.В.Pratasenia T.A., Kren А.P., Matsulevich O.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/717

Рассмотрена возможность контроля методом динамического индентирования упругих и прочностных свойств полимерных изделий, полученных путем аддитивного синтеза по SLA-технологии. Выполнена оценка чувствительности метода к изменению твердости, предела прочности и модуля упругости изделий, выращенных по различным режимам печати с толщиной отверждаемого слоя фотополимерной смолы в 100, 50 и 25 мкм. Проведено сравнение двух основных методик расчета физико-механических характеристик материала по данным диаграммы его ударного нагружения: адаптированной классической методики механики контактного взаимодействия, рассматривающей геометрические параметры деформированной области материала, и методики на основе энергетических характеристик ударного взаимодействия. Установлено, что наибольшая чувствительность метода динамического индентирования к изменению свойств аддитивного полимера в зависимости от толщины его отверждаемого слоя обеспечивается при использовании энергетической расчетной модели оценки свойств материала. Полученные результаты – основа методик неразрушающего контроля полимерных изделий аддитивного производства методом динамического индентирования. Реализация данных методик в портативной измерительной технике является альтернативой стандартным разрушающим испытаниям и позволит получить достоверные данные о свойствах контролируемого материала без необходимости изготовления специальных образцов-свидетелей.

The possibility of using dynamic indentation method for measurement the elastic and strength properties of polymer products obtained by additive synthesis using the SLA-technology is considered. The sensitivity of the method to changes in hardness, tensile strength, and elastic modulus of products obtained by different printing modes with a thickness of the cured layer of photopolymer resin of 100, 50, and 25 microns has been estimated. A comparison is made of two main methods for calculating the physical and mechanical characteristics of a material according to the data of its impact loading diagram: an adapted classical method of mechanics of contact interaction, considering the geometric parameters of the deformed region of the material, and a method based on the energy characteristics of shock interaction. It was found that the highest sensitivity of the dynamic indentation method to changes in the properties of the additive polymer, depending on the thickness of its hardened layer, is provided when using an energy computational model for evaluating the properties of the material. The results obtained are the basis for the methods of non-destructive testing of polymer products of additive manufacturing by the method of dynamic indentation. The implementation of these techniques in portable measuring equipment is an alternative to standard destructive tests and will allow obtaining reliable data on the properties of the controlled material without the need to manufacture special witness samples.

твердостьмодуль упругостипрочностьSLA-технологияиндентированиеhardnesselastic modulusstrengthSLA-technologyindentationРабота выполнена в рамках Национальной программы стипендий для молодых ученых при финансовой поддержке Всемирной федерации ученых по теме «Оценка физико-механических характеристик композиционных (полимерных и углерод-углеродных) материалов методами инструментального индентирования».The work was carried out within the framework of the National Scholarship Program for Young Scientists with the financial support of the World Federation of Scientists on the topic “Evaluation of the physical and mechanical characteristics of composite (polymer and carbon-carbon) materials using instrumental indentation methods”.ReferencesЛяпков, А.А. Полимерные аддитивные технологии: учеб. пособие / А. А. Ляпков. – Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2016. – 114 с.Lyapkov A.A. Polymer Additive Technologies. Tomsk, Tomsk Polytechnic University Publ., 2016. 114 p. (in Russian).Layani, M. Novel Materials for 3D Printing by Photopolymerization / M. Layani, X. Wang, S. Magdassi // Additive Materials. – 2018. – Vol. 30, iss. 41. – P. 1706344. https://doi.org/10.1002/adma.201706344Layani M., Wang X., Magdassi S. Novel Materials for 3D Printing by Photopolymerization. Additive Materials, 2018, vol. 30, iss. 41, p. 1706344. https://doi.org/10.1002/adma.201706344Vat Photopolymerization of Polymer and Polymer Composites: Processes and Applications / Ans Al Rashid [et al.] // Additive Manufacturing. – 2021. – P. 102279. https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102279Ans Al Rashid, Waqas Ahmed, Muhammad Yasir Khalid, Muammer Koc. Vat Photopolymerization of Polymer and Polymer Composites: Processes and Applications. Additive Manufacturing, 2021, p. 102279. https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102279Mechanical characterization of 3D-printed polymers / J. R. C. Dizon [et al.] // Additive Manufacturing. – 2017. – Vol. 20. – P. 44–67. https://doi.org/10.1016/j.addma.2017.12.002Dizon J.R. C., Espera A. H., Jr., Chen Q., Advincula R.C. Mechanical characterization of 3D-printed polymers. Additive Manufacturing, 2017, vol. 20, pp. 44–67. https://doi.org/10.1016/j.addma.2017.12.002Ibrahim, M. E. Ultrasonic inspection of hybrid polymer matrix composites / M. E. Ibrahim // Compos. Sci. Technol. – 2021. – Vol. 208, № 3. – P. 108755. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2021.108755Ibrahim M.E. Ultrasonic inspection of hybrid polymer matrix composites. Composites Science and Technology, 2021, vol. 208, no. 3, pp. 108755. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2021.108755Indentation experiments and simulations of nonuniformly photocrosslinked polymers in 3D printed structures / Z. Zhao [et al.] // Additive Manufacturing. – 2020. – Vol. 35. – P. 101420. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101420Zhao Z., Wu D., Chen H.-S., Qi H. J., Fang D. Indentation experiments and simulations of nonuniformly photocrosslinked polymers in 3D printed structures. Additive Manufacturing, 2020, vol. 35, pp. 101420. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101420Progress in Additive Manufacturing on New Materials / Neng Li [et al.] // J. Mater. Sci. Technol. – 2018. – Vol. 35, iss. 2. – P. 242–269. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2018.09.002Li N., Huang S., Zhang G., Qin R., Liu W., Xiong H., Shi G., Blackburn J. Progress in Additive Manufacturing on New Materials. Journal of Materials Science and Technology, 2018, vol. 35, iss. 2, pp. 242–269. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2018.09.002Li, C.-W. On the microstructure and properties of an advanced cemented carbide system processed by selective laser melting / Chen-Wei Li, Kai-Chun Chang, An-Chou Yeh // J. Alloys Compd. – 2019. – Vol. 782. – P. 440–450. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.187Li C.-W., Chang K.-C., Yeh A.-C. On the microstructure and properties of an advanced cemented carbide system processed by selective laser melting. Journal of Alloys and Compounds, 2019, vol. 782, pp. 440–450. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.12.187Complex of devices for determining the physical and mechanical properties of the carbon materials used in the rocket and space technology by the impact indentation method / A. P. Kren [et al.] // Mech. Compos. Mater. – 2015. – Vol. 51, №2. – P. 323–328. https://doi.org/10.1007/s11029-015-9493-8Kren A. P., Pratasenia T. A., Arnautov A. K., Rudnitskii V.A. Complex of devices for determining the physical and mechanical properties of the carbon materials used in the rocket and space technology by the impact indentation method. Mechanics of Composite Materials, 2015, vol. 51, no. 2, pp. 323–328. https://doi.org/10.1007/s11029-015-9493-8Kren, A.P. Determination of the physic and mechanical characteristics of isotropic pyrolitic graphite by dynamic indentation method/ A. P. Kren, T. A. Pratasenia // Russ. J. Nondestr. Test. – 2014. – Vol. 50, iss. 7. – P. 419–425. https://doi.org/10.1134/S1061830914070079Kren A. P., Pratasenia T.A. Determination of the physic and mechanical characteristics of isotropic pyrolitic graphite by dynamic indentation method. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2014, vol. 50, iss. 7, pp. 419–425. https://doi.org/10.1134/S1061830914070079Булычев, С. И. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора / С. И. Булычев, В.П. Алехин. – М.: Машиностроение, 1990. – 224 с.Bulychev S. I., Alekhin V.P. Testing of Materials by Continuous Indentation of the Indenter. Moscow, Mashinostroenie Publ.,1990. 224 p. (in Russian).Oliver, W.C. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments / W. C. Oliver, G.M. Pharr // J. Mater. Res. – 1992. – Vol. 7, № 6. – P. 1564–1583. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564Oliver W. C., Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research, 1992, vol. 7, no. 6, pp. 1564–1583. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564Джонсон, К. Механика контактного взаимодействия / К. Джонсон. – М.: Мир, 1989. – 510 с.Johnson K.L. Contact Mechanics. Cambridge University Press, 1985. 452 p. https://doi.org/10.1017/CBO9781139171731Варнелло, В.В. Измерение твердости металлов / В.В. Варнелло. – M.: Изд-во стандартов, 1965. – 210 с.Varnello V.V. Measuring the Hardness of Metals. Moscow, Standards Publ., 1965. 210 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.