Физико-механические свойства акрилонитрил-стирол-акрилата в зависимости от степени заполнения при аддитивном производстве

   В работе исследованы физико-механические свойства образцов из акрилонитрил-стирол-акрилата (АСА), изготовленных методом аддитивного производства. Изучено влияние степени заполнения (30 %, 60 %, 80 % и 100 %) на твердость, плотность и механические свойства. Установлено, что твердость по Шору Д остается постоянной при степени заполнения от 30 до 80 %, а при заполнении на 100 % увеличивается примерно на 8 %. Плотность деталей монотонно возрастает с увеличением степени заполнения, достигая максимума при 100 % заполнении. Испытания на трехточечный изгиб показали наибольшие значения прочности и модуля упругости при степени заполнения 100 %. Прочность при растяжении образцов с малым сечением значительно повышается при заполнении от 80 % до 100 % (примерно на 43 % и 76 %), тогда как для образцов с большим сечением данный параметр практически не зависит от степени заполнения. Удлинение образцов увеличивается с ростом заполнения, достигая максимума при 100 % заполнении. Результаты показывают, что степень заполнения и геометрия образцов оказывают существенное влияние на механические свойства, что позволяет оптимизировать параметры 3D-печати для создания изделий с заданными характеристиками.

1. Park S. et al. 3D printing of polymer composites: Materials, processes, and applications // Matter. 2022. Vol. 5. N1. PP. 43–76. DOI: 10.1016/j.matt.2021.10.018.

2. Mohanavel V. et al. The roles and applications of additive manufacturing in the aerospace and automobile sector // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 47. Pp. 405–409. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.04.596.

3. Ahmed G.H. A review of “3D concrete printing”: Materials and process characterization, economic considerations and environmental sustainability // Journal of Building Engineering. 2023. Vol. 66. Pp. 105863. DOI: 10.1016/j.jobe.2023.105863.

4. Kechagias J., Chaidas D. Fused filament fabrication parameter adjustments for sustainable 3D printing // Materials and Manufacturing Processes. 2023. Vol. 38, N8. PP. 933–940. DOI: 10.1080/10426914.2023.2176872.

5. Çevik Ü., Kam M. A review study on mechanical properties of obtained products by FDM method and metal/polymer composite filament production // Journal of nanomaterials. 2020. Vol. 2020, N 1. P. 6187149. DOI: 10.1155/2020/6187149.

6. Chacón J.M. et al. Additive manufacturing of PLA structures using fused deposition modelling: Effect of process parameters on mechanical properties and their optimal selection // Materials & Design. 2017. Vol. 124. PP. 143–157. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.03.065.

7. Garzon-Hernandez S. et al. Design of FDM 3D printed polymers: An experimental-modelling methodology for the prediction of mechanical properties // Materials & Design. 2020. Vol. 188. P. 108414. DOI: 10.1016/j.matdes.2019.108414.

8. Kristiawan R.B. et al. A review on the fused deposition modeling (FDM) 3D printing: Filament processing, materials, and printing parameters // Open Engineering. 2021. Vol. 11, N 1. Pp. 639–649. DOI: 10.1515/eng-2021-0063.

9. Shanmugam V. et al. Fused deposition modeling based polymeric materials and their performance : A review // Polymer Composites. 2021. Vol. 42, N 11. Pp. 5656–5677. DOI: 10.1002/pc.26275.

10. Solomon I.J., Sevvel P., Gunasekaran J. A review on the various processing parameters in FDM // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 37. Pp. 509–514. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.05.484.

11. Doshi M. et al. Printing parameters and materials affecting mechanical properties of FDM-3D printed Parts: Perspective and prospects // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 50. Pp. 2269–2275. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.10.003.

12. El Magri A., Ouassil S. E., Vaudreuil S. Effects of printing parameters on the tensile behavior of 3D‐printed acrylonitrile styrene acrylate (ASA) material in Z direction // Polymer Engineering & Science. 2022. Vol. 62, N 3. Pp. 848–860. DOI: 10.1002/pen.25891.

13. Hameed A.Z. et al. 3D printing parameter optimization using Таguchi approach to examine acrylonitrile styrene acrylate (ASA) mechanical properties // Polymers. 2022. Vol. 14, N 16. P. 3256. DOI: 10.3390/polym14163256.

14. Breulmann M. Synthesis, Properties and Applications of Acrylonitrile-Styrene-Acrylate Polymers // Modern Styrenic Polymers: Polystyrenes and Styrenic Copolymers. 2003. P. 341. DOI: 10.1002/0470867213.ch16.

15. Meyer T.K. et al. Potential of distributed recycling from hybrid manufacturing of 3-D printing and injection molding of stamp sand and acrylonitrile styrene acrylate waste composite // Sustainable Materials and Technologies. 2020. Vol. 25. P. e00169. DOI: 10.1016/j.susmat.2020.e00169.

16. Guessasma S., Belhabib S., Nouri H. Microstructure, thermal and mechanical behavior of 3D printed acrylonitrile styrene acrylate // Macromolecular Materials and Engineering. 2019. Vol. 304, N 7. P. 1800793. DOI: 10.1002/mame.201800793.

17. Kumar S.R. et al. Polymer additive manufacturing of ASA structure: Influence of printing parameters on mechanical properties // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 39. PP. 1316–1319. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.04.500

18. Ishak I.B., Fleming D., Larochelle P. Multiplane fused deposition modeling: a study of tensile strength // Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2019. DOI: 10.1080/15397734.2019.1596127.

19. Amza C.G. et al. Enhancing mechanical properties of polymer 3D printed parts // Polymers. 2021. Vol. 13, N4. P. 562. DOI: 10.3390/polym13040562.

20. Jubinville D. et al. A comparative study of the physico-mechanical properties of material extrusion 3D-printed and injection molded wood-polymeric biocomposites // Journal of Polymers and the Environment. 2023. Vol. 31, N 8. Pp. 3338–3350. DOI: 10.1007/s10924-023-02816-y.

21. Foltuţ D. et al. The influence of temperature on the mechanical properties of 3D printed and injection molded ABS // Materials Today: Proceedings. 2023. Vol. 78. PP. 210–213. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.10.039.

22. Akıncıoğlu G., Aslan E. Investigation of tribological properties of amorphous thermoplastic samples with diff erent filling densities produced by an additive manufacturing method // Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2021. Vol. 8, N 3. Pp. 540–546. DOI: 10.30855/gmbd.0705041.

23. Álvarez-Blanco M. et al. Infl uence of material extrusion parameters on fracture mechanisms of polylactic acid under three-point bending // Engineering Fracture Mechanics. 2023. Vol. 283. P. 109223. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2023.109223.

24. Wu W. et al. Infl uence of layer thickness and raster angle on the mechanical properties of 3D-printed PEEK and a comparative mechanical study between PEEK and ABS // Materials. 2015. Vol. 8, N 9. PP. 5834–5846. DOI: 10.3390/ma8095271.

25. Elmrabet N., Siegkas P. Dimensional considerations on the mechanical properties of 3D printed polymer parts // Polymer Testing. 2020. Vol. 90. P. 106656. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2020.106656.