Влияние толщины отверждаемого слоя фотополимерной смолы при SLA-технологии печати на упругие и прочностные характеристики полимерных изделий аддитивного производства

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.

1. Ляпков, А.А. Полимерные аддитивные технологии: учеб. пособие / А. А. Ляпков. – Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2016. – 114 с.

2. 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.201706344

3. Vat 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.2021.102279

4. Mechanical 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.2017.12.002

5. Ibrahim, 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.2021.108755

6. Indentation 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.2020.101420

7. Progress 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.2018.09.002

8. Li, 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.2018.12.187

9. 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 / A. P. Kren [et al.] // Mech. Compos. Mater. – 2015. – Vol. 51, №2. – P. 323–328. https://doi.org/10.1007/s11029-015-9493-8

10. Kren, 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/S1061830914070079

11. Булычев, С. И. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора / С. И. Булычев, В.П. Алехин. – М.: Машиностроение, 1990. – 224 с.

12. 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.1992.1564

13. Джонсон, К. Механика контактного взаимодействия / К. Джонсон. – М.: Мир, 1989. – 510 с.

14. Варнелло, В.В. Измерение твердости металлов / В.В. Варнелло. – M.: Изд-во стандартов, 1965. – 210 с.