Kuitugeometrian vaikutus 3D-tulostetun kappaleen taivutuslujuuteen
Heikkinen, Sara; Rapinoja, Mirja; Rautanen, Teemu; Salonen, Jenna (2021)
2021
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021092017909
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021092017909
Tiivistelmä
Hammastekniikassa käytetyt materiaalit tarvitsevat usein rinnalleen mekaanista kestävyyttä vahvistavia kuituja. Kuidun lisääminen käsityönä vaatii hammasteknikolta ammattitaitoa ja tietoa kappaleen tehokkaasta vahvistamisesta. Digitaaliset työskentelymenetelmät ovat yleistyneet ja korvanneet perinteisiä valmistusmenetelmiä. 3D-tulostimet ovat osa tätä kehitystä. Hammasteknisiin vaatimuksiin yltäviä muovia sekä metallia tulostavia laitteita on jo käytössä laboratorioissa, mutta kuitukomposiittitulostimet ovat vielä kehityksen tarpeessa.
Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia, miten erilaiset kuitugeometriat vaikuttavat testikappaleen taivutuslujuuteen. Testikappaleet valmistettiin tulostamalla kuituvahvisteisia komposiittikappaleita. Tavoitteena oli tuottaa tietoa optimaalisesta kuitugeometriasta sekä tulostettavasta kuitukomposiitista.
Testikappaleet valmistettiin Markforgedin Mark Two-tulostimella ja suunniteltiin Eiger-suunnitteluohjelmistolla. Testikappaleet kävivät läpi kolmipistetaivutustestin standardin ISO 20795-1 mukaisesti. Testiryhmiä oli kuusi. Neljä oli suunniteltu Krenchelin faktorin mukaisesti ja yksi Eigerin ehdottamalla kuitugeometrialla. Kuudes ryhmä oli vahvistamaton kontrolliryhmä. Materiaaleina käytettiin Markforgedin Fiberglass-lasikuitua ja Nylon White-muovia. Taivutustestin tulokset analysoitiin tilastollisilla menetelmillä. Lopuksi laskettiin kappaleiden kuituvolyymit.
Taivutuslujuustestin tulosten perusteella ryhmät 1–4 mukailivat Krenchelin faktorin teoriaa, jossa ryhmä 2 (0°) oli selvästi vahvin ja ryhmä 1 (90°) heikoin. Eiger-ohjelmiston ehdottama kuitugeometria oli mitattavissa arvoissa toiseksi vahvin. Tulos osoittaa suunnitteluohjelmiston kyvyn luoda kestävä ehdotus kappaleen vahvistamisesta. Testikappaleiden suurin kuituvolyymi oli ryhmällä 2, jonka tulos oli 24,9 t%. Matalin kuituvolyymi oli ryhmällä 4, jonka tulos oli 15,2 t%. Kuituvolyymit jäivät alhaisiksi verrattuna käytännön maksimiin (~70 t%). Näin ollen tutkimuksessa käytetyllä 3D-tulostimella ei saavutettu haluttua kuidun määrää testikappaleessa.
Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia, miten erilaiset kuitugeometriat vaikuttavat testikappaleen taivutuslujuuteen. Testikappaleet valmistettiin tulostamalla kuituvahvisteisia komposiittikappaleita. Tavoitteena oli tuottaa tietoa optimaalisesta kuitugeometriasta sekä tulostettavasta kuitukomposiitista.
Testikappaleet valmistettiin Markforgedin Mark Two-tulostimella ja suunniteltiin Eiger-suunnitteluohjelmistolla. Testikappaleet kävivät läpi kolmipistetaivutustestin standardin ISO 20795-1 mukaisesti. Testiryhmiä oli kuusi. Neljä oli suunniteltu Krenchelin faktorin mukaisesti ja yksi Eigerin ehdottamalla kuitugeometrialla. Kuudes ryhmä oli vahvistamaton kontrolliryhmä. Materiaaleina käytettiin Markforgedin Fiberglass-lasikuitua ja Nylon White-muovia. Taivutustestin tulokset analysoitiin tilastollisilla menetelmillä. Lopuksi laskettiin kappaleiden kuituvolyymit.
Taivutuslujuustestin tulosten perusteella ryhmät 1–4 mukailivat Krenchelin faktorin teoriaa, jossa ryhmä 2 (0°) oli selvästi vahvin ja ryhmä 1 (90°) heikoin. Eiger-ohjelmiston ehdottama kuitugeometria oli mitattavissa arvoissa toiseksi vahvin. Tulos osoittaa suunnitteluohjelmiston kyvyn luoda kestävä ehdotus kappaleen vahvistamisesta. Testikappaleiden suurin kuituvolyymi oli ryhmällä 2, jonka tulos oli 24,9 t%. Matalin kuituvolyymi oli ryhmällä 4, jonka tulos oli 15,2 t%. Kuituvolyymit jäivät alhaisiksi verrattuna käytännön maksimiin (~70 t%). Näin ollen tutkimuksessa käytetyllä 3D-tulostimella ei saavutettu haluttua kuidun määrää testikappaleessa.