Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

The economical issue of material selection in FDM method of additive manufacturing

Agata Cabaj

Abstract

The purpose of this thesis was to determine, which one of the most popular materials, available to FDM additive manufacturing, provides the highest results of tensile strength endurance, while achieving the most reasonable price simultaneously. The materials that have been tested were PLA, ABS 702 and PET-g with no color additions (the natural color) from Nebula. The specimens differing in tensile strength endurance and costs have been manufactured by changing three chosen parameters of printing, without changing the other ones, which are essential to succeed in a good quality print. In order to figure out which parameters should be varied, the overview of the literature have been done. As a result, the 3 parameters, named in the slicer Simplify 3D, used to prepare the code needed to print the specimens, as: layer height, infill percentage and outline/perimeter shells, have been chosen. The layer height option should enhance the endurance with decreasing its value. Simultaneously, the lower layer height is, the shorter time period is needed to produce the specimens, what has a direct influence on the costs of production. The infill percentage and outline/perimeter shells should increase endurance of the specimens and the time needed to print them, by increasing their values. ASTM D638 III standard has been chosen to prepare the geometry of the specimens and test them on computerized tensile material testing machine for the tension results. The CAD model has been prepared and then printed on the Creality CR 10s printer in series containing of 5 specimens each, for different parameter configurations. The proportion of costs of producing each set of specimens has been estimated on the basis of the printing time results provided by the slicer. Then the specimens has been tested on the tensile material testing machine, and the average tension for each set of specimens have been counted. On the basis of the costs proportion and average tensions for the sets of specimens the graph have been generated. Basing on the graph, it is possible to figure, which material should be the least expensive to print to achieve the demanded tensile strength. As the results have shown, PLA has been proved as the cheapest way to gain the strongest prints In terms of tensile strength.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Agata Cabaj (FM) Agata Cabaj,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Ekonomiczny aspekt doboru materiału przy wytwarzaniu addytywnym metodą FDM
Supervisor
Andrzej Skalski (FM/IMBE) Andrzej Skalski,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)
Study subject / specialization
, Mechatronika
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
07-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Marcin Słoma (FM/IMBE) Marcin Słoma,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM) Andrzej Skalski (FM/IMBE) Andrzej Skalski,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Keywords in Polish
FDM, wytrzymałość na rozciąganie, koszty, parametry
Keywords in English
FDM, tensile strength, costs, parameters
Abstract in Polish
Celem pracy było ustalenie, który z najpopularniejszych dostępnych materiałów do wytwarzania przyrostowego metodą FDM umożliwia uzyskanie największych wytrzymałości wydruków na rozciąganie przy jednoczesnym najniższym koszcie produkcji. Badane były materiały: PLA, ABS 702 i PET-g bez zawartości barwników (kolor natural)l, firmy Nebula. Próbki o różnych wytrzymałościach i jednocześnie różnych kosztach produkcji zostały uzyskane dzięki sterowaniu trzema wybranymi parametrami procesu druku, przy jednoczesnym nie zmienianiu pozostałych parametrów związanych z tym procesem. Aby określić kluczowe parametry, został dokonany przegląd literatury. W jego wyniku wybrane zostały 3 parametry, dostępne w programie Simplify 3D, służącym do generowania programu sterującego drukarką, pod nazwami: layer height, infill percentage i outline/perimeter shells. Layer height miał wpływać na wzrost wytrzymałości na rozciąganie, im niższa jest jego wartość. Jednocześnie im mniejsza jego wartość tym dłużej element jest drukowany, co bezpośrednio wpływa na koszt produkcji. Infill percentage i outline/perimeter shells miały zwiększać wytrzymałość próbek wraz ze wzrostem swojej wartości, przy jednoczesnym wydłużaniu czasu wydruku. Dobraną normą, wg. której zostały wykonane modele próbek oraz przeprowadzona statyczna próba rozciągania była norma ASTM D638 III, przeznaczona do badania wytrzymałości tworzyw sztucznych. Do wykonania badań został stworzony model CAD próbek, które następnie zostały wydrukowane seriami po 5 sztuk dla każdego dobranego zestawu parametrów, na drukarce Creality CR 10s. Na podstawie otrzymanych czasów wydruku serii próbek, podanych przez slicer, został oszacowany stosunek kosztów wydruku każdej z serii. Próbki zostały następnie poddane statycznej próbie rozciągania, w wyniku której uzyskane zostały średnie naprężenia rozciągające dla każdego zestawu. Na podstawie tak określonych kosztów produkcji i średnich naprężeń rozciągających został utworzony wykres, który wskazuje, z jakiego materiału najekonomiczniej jest wykonać dany element, w zależności od wymaganych granic wytrzymałości na rozciąganie. Wyniki wskazały, że najkorzystniejszym wyborem materiału według podanych kryteriów jest PLA.
File
  • File: 1
    MT_1st_269799.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 31293

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT984feae2388a46528646e972dcbf1f28/
URN
urn:pw-repo:WUT984feae2388a46528646e972dcbf1f28

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page