ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ЗРАЗКІВ, ВИГОТОВЛЕНИХ З ПОДРІБНЕНИХ ПОЛІМЕРНИХ ВІДХОДІВ НА 3D-ПРИНТЕРІ ЗІ ШНЕКОВИМ ЕКСТРУДЕРОМ
EXPERIMENTAL STUDY OF SAMPLES MANUFACTURED FROM CRUSHED POLYMER WASTE ON A 3D PRINTER WITH A SCREW EXTRUDER
Сторінки: 292-306. Номер: №6, 2023 (329) 
Автори:
ПОЛІЩУК Андрій
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0001-7887-7169
e-mail: andrepol215@gmail.com
СКИБА Микола
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0003-0217-9633
e-mail: mykolaskybaxnu@gmail.com
POLISHCHUK Andrii, SKYBA Mykola
Khmelnytskyi National University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2023-329-6-292-306
Анотація мовою оригіналу
В статті проведено експериментальне дослідження зразків, виготовлених із подрібнених полімерних відходів на 3D-принтері зі шнековим екструдером. Наведено загальні відомості про експериментальне дослідження. Здійснено аналіз літературних джерел по дослідженню механічних властивостей виробів, виготовлених за технологією FDM на 3D-принтерах. Для виготовлення експериментальних дослідних зразків вибрано два 3D-принтери, один з яких друкує філаментом, другий гранулами чи подрібненими полімерними відходами. Підібрано устаткування для визначення точності надрукованих зразків. Удосконалено вимірювальну частину розривної машини для зняття діаграм розтягу полімерних зразків. Встановлено у ній тензометричний датчик для вимірювання сили та оптичний енкодер для вимірювання переміщення. Розроблено цифрову електронну систему для зняття даних із датчиків на базі мікроконтролера Arduino Uno. Створено програмне забезпечення для обробки експериментальних даних. Наведено загальний вигляд експериментальної установки. Запропоновано використати одновісний розтяг для оцінки механічних характеристик надрукованих на 3D-принтері тестових зразків. Описано діючі міжнародні стандарти для випробовування на розтяг пластмас. Для визначення механічних характеристик на розтяг виготовлено зразки у формі лопатки з полімерних матеріалів ABS і TPU. Встановлено параметри друку тестових зразків, виготовлених з даних матеріалів. З використанням розробленої установки отримано діаграми руйнувань зразків (лопаток), виготовлених з подрібнених полімерних відходів та філаменту ABS та TPU пластиків з різною величиною внутрішнього заповнення. У вигляді таблиць представлено значення механічних характеристик зразків, виготовлених методом 3D-друку з полімерів ABS та TPU з різним внутрішнім заповнення отримані при випробовуванні на одновісний розтяг. Наведено фото місць розриву лопаток з ABS пластику, зроблені з використанням цифрової камери. По них здійснено аналіз структури зразків. Виготовлено з використанням двох 3D-принтерів дослідні тестові зразки для визначення точності 3D-друку. Проведено вимірювання в різних площинах тестового кубика за допомогою цифрового електронного штангенциркуля. Здійснено порівняння отриманих результатів із створеною моделлю. Описано шляхи поліпшення точності друку.
Ключові слова: ABS пластик, TPU пластик, 3D-друк, 3D-принтер, шнековий екструдер, розривна машина, дослідний зразок, зусилля розриву, видовження зразка
Розширена анотація англійською мовою
The article conducts an experimental study of samples made from crushed polymer waste on a 3D printer with a screw extruder. General information about the experimental study is given. An analysis of literary sources on the study of mechanical properties of products manufactured by FDM technology on 3D printers was carried out. Two 3D printers were chosen for the production of experimental prototypes, one of which prints with filament, the other with granules or crushed polymer waste. The equipment for determining the accuracy of printed samples has been selected. The measuring part of the tearing machine for taking tensile diagrams of polymer samples has been improved. A strain gauge for force measurement and an optical encoder for displacement measurement are installed in it. A digital electronic system for data collection from sensors based on the Arduino Uno microcontroller was developed. Software for experimental data processing was created. The general view of the experimental setup is given. It is proposed to use uniaxial tension to evaluate the mechanical characteristics of the test samples printed on a 3D printer. Current international standards for tensile testing of plastics are described. To determine the mechanical tensile characteristics, samples in the shape of a blade were made from polymer materials ABS and TPU. The parameters for printing test samples made from these materials are set. With the use of the developed installation, the failure diagrams of samples (blades) made of crushed polymer waste and filament of ABS and TPU plastics with different amounts of internal filling were obtained. In the form of tables, the values of the mechanical characteristics of the samples produced by the 3D printing method from ABS and TPU polymers with different internal filling obtained during the uniaxial tensile test are presented. A photo of the places of breakage of ABS plastic blades, taken using a digital camera, is given. An analysis of the structure of the samples was carried out on them. Experimental test samples were made using two 3D printers to determine the accuracy of 3D printing. Measurements were made in different planes of the test cube using a digital electronic caliper. The obtained results were compared with the created model. Ways to improve print accuracy are described.
Keywords: ABS plastic, TPU plastic, 3D printing, 3D printer, screw extruder, tensile testing machine, test sample, tensile strength, elongation of the sample.
