Parametryczny model numeryczny do predykcji właściwości mechanicznych struktur wytwarzanych w technologii FDM z materiałów polimerowych

Przedstawiono badania nowego modelu numerycznego służącego do przewidywania właściwości mechanicznych struktur wytwarzanych w technologii fused deposition modeling (FDM). Model zaimplementowany w metodzie elementów skończonych odwzorowuje strukturę wewnętrzną badanego materiału na podstawie zadanych parametrów wytwarzania, takich jak: wysokość warstwy, odstęp między ścieżkami, orientacja kolejnych warstw. Oprócz analiz numerycznych przeprowadzono badania doświadczalne kształtek wytworzonych z ABS-M30 (Stratasys Ltd.), na ich podstawie wyznaczono moduły sprężystości podłużnej w trzech kierunkach i porównano je z wynikami uzyskanymi z modelu numerycznego. Różnice w wartościach modułów wyznaczonych na podstawie analiz numerycznych i badań doświadczalnych mieściły się w przedziale 0,79–6,19 %, w zależności od kierunku obciążenia. Tak niewielkie wartości błędów pozwalają na stwierdzenie, że przedstawiony model nadaje się do szacowania sztywności elementów wytwarzanych z wykorzystaniem technologii FDM.

This article presents a new numerical model for predicting the mechanical properties of the structures produced using Fused Deposition Modeling (FDM) technology. The model implemented in the finite element method represents internal structure of the investigated material, generated based on manufacturing parameters such as layer height, raster spacing or orientation of subsequent layers. In addition to numerical analysis, the experimental investigation of the samples made of ABS-M30 (Stratasys Ltd.) were performed and longitudinal elasticity modules in three directions were determined and compared with the results obtained from the numerical model. Differences in experimental and numerical values of longitudinal modules ranged from 0.79 % to 6.19 % depending on the load direction. Such low error values allow to state that the presented model is suitable for estimating the stiffness of the components manufactured by Fused Deposition Modeling.