Науковий вісник НГУ

Підвищення точності деталей подвійного призначення з нейлону методом пошарового наплавлення

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №6 2025

Останнє оновлення: 25 грудня 2025

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 708

Authors:

Л. О. Тумарченко*, orcid.org/0000-0001-7973-7475, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Є. В. Вишнепольський, orcid.org/0000-0002-8048-7976, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Д. В. Павленко, orcid.org/0000-0001-6376-2879, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

*Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, (6): 088 - 097

https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-6/088

Abstract:

Мета. Аналіз залежності точності геометричних параметрів виробів із поліаміду 6 (Nylon 6, PA6) від технологічних параметрів адитивного виробництва методом пошарового наплавлення для забезпечення оперативного ремонту військової й гірничодобувної техніки в польових умовах.

Методика. Зразки друкували методом пошарового наплавлення (FDM) на 3D-принтері типу Prusa i3 із використанням програмного забезпечення Slic3rPE для підготовки G-коду. У дослідженні використовували матеріал ‒ Plexiwire Nylon (РА6) Filament 1,75 ISO/ASTM 52903-1:2020. Досліджено взаємозв’язок між технологічними параметрами процесу FDM і геометричною точністю отриманих виробів. Аналізу підлягали наступні параметри: висота шару, швидкість друку, температура екструзії, температура платформи, екструзійний множник, ширина укладання нитки, кількість стінок, схема заповнення, щільність заповнення й кількість суцільних верхніх і нижніх шарів. Оцінка впливу технологічних параметрів на розмірну стабільність здійснювалась через вимірювання лінійних параметрів зразків «a», «b», «c» у відповідних координатних площинах «X», «Y», «Z». Критерієм оцінки точності слугувало відносне відхилення отриманих розмірів від проєктних значень. Обробка експериментальних даних виконувалась у програмному забезпечені TIBCO STATISTICA з метою ідентифікації найбільш впливових факторів і характеру їх взаємодії.

Результати. Встановлено, що на точність виготовлення деталей найбільший вплив мають: екструзійний множник, щільність і схема заповнення. Для осі «Y» оптимальними параметрами є: екструзійний множник 1,1, швидкість друку 40 мм/с, щільність заповнення 100 %, прямолінійна схема заповнення, ширина укладання нитки 0,49 мм, кількість стінок 4 і температура платформи 100 °C. Для осей «X» і «Z» – екструзійний множник 0,9, висота шару 0,15 мм, концентрична схема заповнення. Побудовані регресійні моделі для прогнозування точності виробів у напрямку трьох основних координатних осей залежно від режимних параметрів.

Наукова новизна. Уперше визначені оптимальні комбінації параметрів FDM-друку для підвищення точності деталей із Nylon 6, придатних для експлуатації в польових умовах. Виявлена значущість параметрів друку саме у формуванні точності в окремих координатних напрямках.

Практична значимість. Запропоновані технологічні рекомендації забезпечують можливість виготовлення функціональних замінних деталей без використання стаціонарних ремонтних засобів. Це дозволяє здійснювати оперативний ремонт військової й гірничої техніки за допомогою портативних 3D-принтерів у важкодоступних умовах, гарантуючи високу точність, зносостійкість і функціональність надрукованих деталей.

Ключові слова: Fused Deposition Modelling, PA6, точність, параметри процесу, дисперсійний аналіз, регресійний аналіз

References.

1. Kim, M., Kim, S., & Ahn, N. (2019). Study of rifle maintenance and parts supply via 3d printing technology during wartime. Procedia Manufacturing, 39, 1510-1516. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.01.297

2. Rautio, S., & Valtonen, I. (2022). Supporting military maintenance and repair with additive manufacturing. Journal of Military Studies, 11(1), 23-36. https://doi.org/10.2478/jms-2022-0003

3. Binar, T., Vasikova, S., Safl, P., Talar, J., & Kutil, R. (2023). Evaluation of 3d printing use for multinational armed forces logistic processes in crisis situations. Transactions of FAMENA, 47(4), 71-86. https://doi.org/10.21278/TOF.474047622

4. Goh, G. D., Agarwala, S., Goh, G. L., Dikshit, V., Sing, S. L., & Yeong, W. Y. (2017). Additive manufacturing in unmanned aerial vehicles (Uavs): Challenges and potential. Aerospace Science and Technology, 63, 140-151. https://doi.org/10.1016/j.ast.2016.12.019

5. Jæger, B., Wiklund, F., & Halse, L. L. (2023). Additive manufacturing: A case study of introducing additive manufacturing of spare parts. В. E. Alfnes, A. Romsdal, J. O. Strandhagen, G. Von Cieminski, & D. Romero (Eds.). Advances in Production Management Systems. Production Management Systems for Responsible Manufacturing, Service, and Logistics Futures, 690, (pp. 605-616). Springer Nature Switzerland. https://doi.org/10.1007/978-3-031-43666-6_41

6. Mrówka, M., Szymiczek, M., & Lenża, J. (2019). Thermoplastic polyurethanes for mining application processing by 3D printing. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 1(95), 13-19. https://doi.org/10.5604/01.3001.0013.7620

7. Berman, B. (2012). 3-D printing: The new industrial revolution. Business Horizons, 55(2), 155-162. https://doi.org/10.1016/j.bushor. 2011.11.003

8. Zhang, X., Fan, W., & Liu, T. (2020). Fused deposition modeling 3D printing of polyamide-based composites and its applications. Composites Communications, 21, 100413. https://doi.org/10.1016/j.coco.2020.100413

9. Jia, Y., He, H., Peng, X., Meng, S., Chen, J., & Geng, Y. (2017). Preparation of a new filament based on polyamide-6 for three-dimensional printing. Polymer Engineering & Science, 57(12), 1322-1328. https://doi.org/10.1002/pen.24515

10.      Peng, X., He, H., Jia, Y., Liu, H., Geng, Y., Huang, B., & Luo, C. (2019). Shape memory effect of three-dimensional printed products based on polypropylene/nylon 6 alloy. Journal of Materials Science, 54(12), 9235-9246. https://doi.org/10.1007/s10853-019-03366-2

11.      Singh, R., & Singh, S. (2014). Development of nylon based fdm filament for rapid tooling application. Journal of The Institution of Engineers (India), Series C, 95(2), 103-108. https://doi.org/10.1007/s40032-014-0108-2

12.      Li, H., Zhang, S., Yi, Z., Li, J., Sun, A., Guo, J., & Xu, G. (2017). Bonding quality and fracture analysis of polyamide 12 parts fabricated by fused deposition modeling. Rapid Prototyping Journal, 23(6), 973-982. https://doi.org/10.1108/RPJ-03-2016-0033

13.      Liao, G., Li, Z., Cheng, Y., Xu, D., Zhu, D., Jiang, S., Guo, J., …, & Zhu, Y. (2018). Properties of oriented carbon fiber/polyamide 12 composite parts fabricated by fused deposition modeling. Materials & Design, 139, 283-292. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.11.027

14.      Vishwas, M., Basavaraj, C. K., & Vinyas, M. (2018). Experimental investigation using taguchi method to optimize process parameters of fused deposition modeling for abs and nylon materials. Materials Today: Proceedings, 5(2), 7106-7114. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.11.375

15.      Stansbury, J. W., & Idacavage, M. J. (2016). 3D printing with polymers: Challenges among expanding options and opportunities. Dental Materials, 32(1), 54-64. https://doi.org/10.1016/j.dental.2015.09.018

16.      Liao, G., Li, Z., Luan, C., Wang, Z., Yao, X., & Fu, J. (2022). Additive manufacturing of polyamide 66: Effect of process parameters on crystallinity and mechanical properties. Journal of Materials Engineering and Performance, 31(1), 191-200. https://doi.org/10.1007/s11665-021-06149-6

17.      Tuan Rahim, T. N. A., Md Akil, H., Abdullah, A. M., Moha­mad, D., & Ahmad Rajion, Z. (2019). Optimization of the 3d printing parameters on dimensional accuracy and surface finishing for new polyamide 6 and its composite used in fused deposition modeling (Fdm) process/tuan noraihan azila tuan rahim... [et al.]. Journal of Mechanical Engineering (JMechE), SI, 4(2), 75-90.

18.      Lay, M., Thajudin, N. L. N., Hamid, Z. A. A., Rusli, A., Abdullah, M. K., & Shuib, R. K. (2019). Comparison of physical and mechanical properties of PLA, ABS and nylon 6 fabricated using fused deposition modeling and injection molding. Composites Part B: Engineering, 176, 107341. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107341

19.      Hasçelik, S., Öztürk, Ö. T., & Özerinç, S. (2021). Mechanical properties of nylon parts produced by fused deposition modeling. https://doi.org/10.54684/ijmmt.2021.13.2.34

20.      Ramesh, M., & Panneerselvam, K. (2021). Mechanical investigation and optimization of parameter selection for Nylon material processed by FDM. Materials Today: Proceedings, 46, 9303-9307. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.02.697

21.      Vyshnepolskyi, Y., Pavlenko, D., Tkach, D., & Dvirnyk, Y. (2020). Parts diamond burnishing process regimes optimization made of inconel 718 alloy via selective laser sintering method. 2020 IEEE 10 ^th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), 02SAMA01-1-02SAMA01-5. https://doi.org/10.1109/NAP51477.2020.9309661

22.      Tumarchenko, L., Vyshnepolskyi, Y., & Pavlenko, D. (2025). Effect of heat treatment on the mechanical properties of nylon parts in additive manufacturing. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (2), 121-128. https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-2/121

• < Попередня
• Наступна >