3D-tulostettujen muovipylväiden muotoilun vaikutus nurjahduskestävyyteen
Lehtinen, Juha (2020)
Lehtinen, Juha
2020
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-202004074642
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202004074642
Tiivistelmä
Tässä insinöörityössä oli tavoitteena selvittää 3D-pursotusmenetelmällä tulostettujen kappaleiden nurjahduskestävyys puristuskokeen avulla. Nurjahduskestävyyden ja lujuusominaisuuksien ennakoinnilla voidaan saavuttaa merkittäviä taloudellisia säästöjä 3Dtulostettujen kappaleiden käyttöönotossa. Tulostettavien kappaleiden muotoilulla vaikutetaan kappaleen lujuusominaisuuksiin ja valmistustekniikka voidaan optimoida, jos taipuminen, murtuminen ja nurjahdus voidaan määritellä tai arvioida jo 3D-tulostettavien kappaleiden suunnitteluvaiheessa. Lujuusominaisuuksien määrittämistä ja sopivia testausmenetelmiä, materiaalien valinnassa, valmistustekniikassa ja kappaleiden muotoilussa on pyrittävä kehittämään mahdollisimman luotettaviksi. Tätä edellyttävät erityisesti 3Dtulostettujen kappaleiden lisääntyneet käyttövaatimukset kohteissa, joissa kappalekoko on pieni ja monimutkainen. Näitä vaativia käyttökohteita on erityisesti lääketieteellisissä sovelluksissa ja lentokoneteollisuudessa.
Testikappaleita valmistettiin Aalto-yliopiston ADDLab:n tulostuslaitteilla kahdesta eri muovimateriaalista. Kaikki testikappaleet olivat muodoltaan pylväsmäisiä. Muovipylväiden muotoilun vaikutusta tarkasteltiin erilaisilla poikkipinnoilla kappaleiden korkeuden vaihdellessa. Nurjahdusta eli kappaleen taipumista puristuksen voimasta ennen murtumista selvitettiin puristuskokeiden avulla. Voiman kasvaessa riittävän suureksi muovipylväs alkaa taipua sivusuunnassa ja pylvääseen vaikuttaa nurjahdusvoima. Muovipylväitä kuvattiin puristuskokeiden aikana. Pylvääseen kohdistuvan puristusvoiman synnyttämää muodonmuutosta tallennettiin videokuvauksen avulla. Tavoitteena oli varmistaa, että puristusvoima kohdentuu mahdollisimman tasaisesti pylvään poikkipinta-alaan. Kappaleen muotoilulla puolestaan oli tavoitteena saavuttaa mahdollisimman luja kappale puristuskokeita varten.
Testauslaitteiden luotettavuuden parantaminen ja testauskappaleiden tulostustekniikan toiminnan häiriöttömyys edellyttävät vielä jatkotutkimuksia. Testausmenetelmien standardoinnilla voidaan edistää testitulosten käytettävyyttä ja luotettavuutta.
Testikappaleita valmistettiin Aalto-yliopiston ADDLab:n tulostuslaitteilla kahdesta eri muovimateriaalista. Kaikki testikappaleet olivat muodoltaan pylväsmäisiä. Muovipylväiden muotoilun vaikutusta tarkasteltiin erilaisilla poikkipinnoilla kappaleiden korkeuden vaihdellessa. Nurjahdusta eli kappaleen taipumista puristuksen voimasta ennen murtumista selvitettiin puristuskokeiden avulla. Voiman kasvaessa riittävän suureksi muovipylväs alkaa taipua sivusuunnassa ja pylvääseen vaikuttaa nurjahdusvoima. Muovipylväitä kuvattiin puristuskokeiden aikana. Pylvääseen kohdistuvan puristusvoiman synnyttämää muodonmuutosta tallennettiin videokuvauksen avulla. Tavoitteena oli varmistaa, että puristusvoima kohdentuu mahdollisimman tasaisesti pylvään poikkipinta-alaan. Kappaleen muotoilulla puolestaan oli tavoitteena saavuttaa mahdollisimman luja kappale puristuskokeita varten.
Testauslaitteiden luotettavuuden parantaminen ja testauskappaleiden tulostustekniikan toiminnan häiriöttömyys edellyttävät vielä jatkotutkimuksia. Testausmenetelmien standardoinnilla voidaan edistää testitulosten käytettävyyttä ja luotettavuutta.