ВИГОТОВЛЕННЯ ВИРОБІВ ТА ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ 3D-ДРУКУ З КОМПОЗИТНИХ НИТОК З ВИСОКИМ ВМІСТОМ МЕТАЛУ
THE MANUFACTURING PRODUCTS AND PARTS BY 3D-PRINTING METHOD FROM COMPOSITE FILAMENTS WITH HIGH METAL CONTENT
Сторінки: 104–110. Номер: №3, 2022 (309) 
Автори:
ПОЛІЩУК О. С.
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0002-9764-8561
e-mail: opolishchuk71@gmail.com
ПОЛІЩУК А. О.
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0001-7887-7169
e-mail: andrepol215@gmail.com
ЛІСЕВИЧ С. П.
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0002-5501-9038
e-mail: lisevichsv@gmail.com
ЗАЛІЗЕЦЬКИЙ А. М.
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0002-0914-0814
e-mail: zam09042020@gmail.com
МЕЛЬНИК В. І.
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0002-1173-4638
e-mail: oks81mik@i.ua
Oleg POLISHCHUK, Andrii POLISHCHUK,
Svitlana LISEVICH, Anatoliy ZALIZETSKYI, Vasiliy MELNYK
Khmelnytskyi National University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-309-3-104-110
Анотація мовою оригіналу
Встановлено, що одним з найбільш перспективних напрямів розвитку сучасного машинобудування є розробка нових технологій швидкого виробництва продукції (швидке виготовлення), суть яких полягає в пошаровому конструюванні виробів з порошкового матеріалу на основі CAD-моделі, тобто моделі, тривимірна геометрія якої описується у цифровому вигляді за допомогою програм твердотільного моделювання (AutoCAD, SolidWorks, Compas-3D, CATIA, ProE тощо). Наведено основні переваги використання адитивних технологій, зокрема 3D-друку філаментами з вмістом металів. Розглянуто типи 3D-принтерів, які друкують металом. Описано застосування металевих порошків в технологіях 3D-друку. Розглянуто основні характеристики та властивості таких металів титану Ti, нержавіючої сталі SS, алюмінію AL, міді Cu, заліза Fe та сплавів на їх основі, що можуть використовуватися в якості матеріалів чи добавок в адитивних технологіях. Описано переваги їх використання порівняно з традиційними технологіями (лиття, прокатка тощо). Приведено схему технологічного процесу виготовлення виробів галузевого машинобудування методом 3D-друку з композитних ниток з високим вмістом металу. Розглянуто та описано кожний з етапів технологічного процесу. Підібрано металевий порошок з нержавіючої сталі для виготовлення філаменту та досліджено його хімічний склад. Проведено експериментальні дослідження для визначення механічних, теплофізичних та реологічних характеристик полімерних матеріалів, які використовуються для виготовлення монониток для 3D-друку. На основі здійснених досліджень запропоновано використати PLA пластиковий порошок в якості з’єднуючого елементу в філаменті. Спроектовано і виготовлено конструкцію шнека для подачі матеріалу екструзійної машини. Розроблено форму та підібрано матеріал екструзійної головки, яка задає діаметр нитки, що виготовляється. Вибрано 3D-принтер для друку виробів та деталей композитними нитками з високим вмістом металу та здійснено його удосконалення. Проведено експериментальні дослідження зносу насадки екструдера 3D-принтера при контакті з абразивною ниткою.
Ключові слова: 3D-принтер, екструзійна машина, металевий порошок з нержавіючої сталі, полімерний матеріал.
Розширена анотація англійською мовою
It is established that one of the most promising areas of development of modern engineering is the development of new technologies for rapid production (rapid manufacturing), the essence of which is the layered design of powder products based on CAD model, ie model whose three-dimensional geometry is described digitally by using solid modeling programs (AutoCAD, SolidWorks, Compas-3D, CATIA, ProE, etc.). The main advantages of using additive technologies, including 3D printing with filaments containing metals. The types of 3D printers that print metal are considered. The use of metal powders in 3D printing technologies is described. The main characteristics and properties of such metals, TI titanium, stainless steel SS, aluminum Al, copper Cu, FE iron and alloys based on them can be used as materials or additives in additive technologies. The advantages of their use over traditional technologies (casting, rolling, etc.) are described. The scheme of technological process of manufacturing products of industry mechanical engineering by a 3D printing with a high metal content is given. Each of the stages of the technological process is considered and described. Stainless steel metal powder was selected for the manufacture of filament and its chemical composition is investigated. Experimental studies have been conducted to determine the mechanical, thermophysical and rheological characteristics of polymeric materials used for the manufacture of 3D prints. On the basis of the studies, it is proposed to use Plastic powder as a connecting element in the filament. The design of the auger for supplying the material of the extrusion machine is designed and manufactured. The form of the extrusion head is developed and selected, which sets the diameter of the filament being made. A 3D printer for printing products and parts with a high metal content was selected and improved. Experimental studies of the wear of the 3D printer’s extruder nozzle on contact with the abrasive thread.
Key words: 3D-printing, extrusion machine, stainless steel metal powder, polymer material
Література
- Зозуля П.Ф., Поліщук О.С., Поліщук А.О. Перспективи застосування 3D-друку в легкій промисловості. Вісник Хмельницького національного університету. 2017. № 4. С. 102–104.
- Зозуля П.Ф., Поліщук О.С., Неймак В.С., Поліщук А.О. Застосування технології 3D-друку у взуттєвій промисловості. Наукові нотатки. Луцький національний університет, 2019. Випуск 67. С. 48–52.
- Polishchuk, M. Bonek, M. Skyba, A. Polishchuk, S. Lisevich Prospects of using composite filaments with high metal content for manufacture of industrial machine building products method of 3d printing. Monograph: editer by Musial J., Polishchuk O., Skyba M. Bydgoszcz, Poland, 2021. Р. 390–396.
- Zozulia P., Pyshcheniuk N., Skyba M., Polishchuk O., Malec M. General classification of 3D printing. Analytical study of a device for loading of pet bottles in rotary crushers. Actual problem of modern science. Monograph: editer by Musial J., Polishchuk O., Sorokatyi R. Bydgoszcz, Poland, 2017. P. 413–421.
- Marius A. Wagner, Amir Hadian, Tutu Sebastian, Frank Clemens, Thomas Schweizer, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Efrain Carre˜no-Morelli, Ralph Spolenak. Fused filament fabrication of stainless steel structures – from binder development to sintered properties. Additive Manufacturing. Volume 49, January 2022, 102472.
- Fábio Cerejo, Daniel Gatões, M.T. Vieira. Optimization of metallic powder filaments for additive manufacturing extrusion (MEX). The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2021) 115:2449–2464.
- Поліщук О.С., Зозуля П.Ф., Поліщук А.О. Узагальнена класифікація філаментів для 3D-друку, Вісник Хмельницького національного університету. 2017. № 6. С. 51–59.
References
- Zozulya P.F., Polishchuk O.S., Polishchuk A.O. Prospects for the use of 3D printing in light industry. Herald of Khmelnytskyi National University, 2017. № 4. P. 102-104.
- Zozulya P.F., Polishchuk O.S., Nejmak V.S., Polishchuk A.O. Application of 3D printing technology in the footwear industry. Scientific notes. Lutsk National University, 2019. Issue 67. P. 48-52.
- Polishchuk, M. Bonek, M. Skyba, A. Polishchuk, S. Lisevich Prospects of using composite filaments with high metal content for manufacture of industrial machine building products method of 3d printing. Monograph: editer by Musial J., Polishchuk O., Skyba M. Bydgoszcz, Poland, 2021. Р. 390-396.
- Zozulia P., Pyshcheniuk N., Skyba M., Polishchuk O., Malec M. General classification of 3D printing. Analytical study of a device for loading of pet bottles in rotary crushers. Actual problem of modern science. Monograph: editer by Musial J., Polishchuk O., Sorokatyi R. Bydgoszcz, Poland, 2017. 413-421
- Marius A. Wagner, Amir Hadian, Tutu Sebastian, Frank Clemens, Thomas Schweizer, Mikel Rodriguez-Arbaizar, Efrain Carre˜no-Morelli, Ralph Spolenak. Fused filament fabrication of stainless steel structures – from binder development to sintered properties. Additive Manufacturing. Volume 49, January 2022, 102472.
- Fábio Cerejo, Daniel Gatões, M.T. Vieira. Optimization of metallic powder filaments for additive manufacturing extrusion (MEX). The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2021) 115:2449–2464.
- Polishchuk O.S., Zozulya P.F., Polishchuk A.O. Generalized classification of filaments for 3D printing. Herald of Khmelnytskyi National University, 2017. № 6. P. 51-59.
