Analiza odporności chemicznej wydruków w technologii MJF

Analiza odporności chemicznej wydruków w technologii MJF

Inżynierowie z HP3D.pl wspólnie z kołem AGH Racing (które buduje bolid na prestiżowe zawody Formuła Student) testowali odporność chemiczną elementów drukowanych z materiału PA 12 CB.

Testy wykazały, że elementy wykonane w takiej technologii druku mogą zostać użyte nawet jako szczelne pojemniki lub rurociągi pod ciśnieniem.

Najnowszy projekt AGH Racing zakładał zbudowanie układu paliwowego, a przede wszystkim zbiornika paliwa, poprzez połączenie kilku elementów wykonywanych z różnych materiałów i w różnych technologiach, także addytywnych, i sprawdzenie jego odporności na benzynę, jak również ocenę odporności wydruków działania płynu hamulcowego.

Odporność PA 12 CB na benzynę

W pierwszym badaniu sprawdzano odporność elementu wykonanego z materiału PA 12 CB na działanie benzyny – obserwowano wszelkiego rodzaju wytrącenia, przebarwienia, zmiany struktury oraz przesiąkanie. W tym celu przygotowano projekt zamykanego zbiornika testowego o pojemności ~200 ml i ściankach zewnętrznych o grubości 3 mm. Wewnątrz zbiornika umieszczono cztery perforowane przegrody o grubościach ścianki: 1,5 mm, 1,2 mm, 1,0 mm oraz 0,8 mm.

Zbiornik testowy

Zbiornik testowy

Przed przystąpieniem do właściwego badania, tj. po osuszeniu zbiornika i przed zalaniem go benzyną, zaobserwowano nieznaczne pofalowanie najcieńszych z przegród.

Obserwacje wykonano:

  • po upływie jednej godziny,
  • po upływie jednej doby,
  • po upływie trzech dób,
  • po upływie siedmiu dób.

Po siedmiu dobach przelano paliwo do czystego naczynia w celu oceny przejrzystości i ewentualnych wytrąceń. Następnie przecięto badany zbiornik, by ocenić stan materiału.

Wyniki obserwacji

Po upływie jednej godziny od zalania zbiornika benzyną nie zauważono widocznych wytrąceń, osadów czy odkształceń, a jedynie odbarwienia na powierzchni wydruku w miejscach, w których benzyna ściekła w trakcie napełniania zbiornika. Po upływie jednej doby nadal nie było widocznych wytrąceń, osadów i odkształceń, natomiast przegrody wewnętrzne uległy mocniejszemu pofalowaniu. Po upływie 72 godzin od zalania zbiornika benzyną nie pojawiły się wytrącenia, osady czy odkształcenia, ale nastąpił nieznaczny postęp w stopniu pofalowania przegród wewnętrznych.

Zmiany zachodzące w pojemniku na paliwo

Zmiany zachodzące w pojemniku na paliwo

Po siedmiu dobach od zalania zbiornika benzyną wciąż nie zauważono wytrąceń, osadów i odkształceń, ale nastąpił nieznaczny postęp w stopniu pofalowania przegród wewnętrznych; śladów przesiąkania benzyny przez ścianki zbiornika nie odnotowano.

Po przelaniu benzyny do czystego naczynia również nie było widocznych wytrąceń ani osadów, a po przecięciu zbiornika zauważono odbarwienia na jego ściankach i drobny osad zgromadzony przy podstawie i w trudno dostępnych miejscach – osad nie jest luźny, ale daje się zeskrobać.

Zmiany zachodzące w pojemniku po dłuższym czasie

Zmiany zachodzące w pojemniku po dłuższym czasie

Wyniki badania pokazały, że elementy wykonane z materiału PA 12 CB w bezpośrednim kontakcie z benzyną nie uległy negatywnym oddziaływaniom, jednakże należy zauważyć, że ściany o nieznacznych grubościach mogą ulec częściowej deformacji. Struktura wydruku nie przesiąkła płynem znajdującym się w środku. Zaobserwowany osad okazał się pozostałością po oczyszczaniu wydruku, która nie została usunięta z wnętrza ze względu na skomplikowany kształt i niedostępność niektórych miejsc.

Zmiany zachodzące w pojemniku na paliwo

Zmiany zachodzące w pojemniku na paliwo

Odporność PA 12 CB na płyn hamulcowy

Domyślnie w kanałach zasilania i wylotowym pomp hamulcowych – użytych w projekcie – mocowane są złącza oraz śruby wykonane ze stali. Ma to znaczenie w przypadku otworu wylotowego, w którym ciśnienie płynu hamulcowego, powstające w wyniku nacisku na pedał przez kierowcę, wymaga pewnego zamocowania elementów w celu ochrony całego układu przed rozszczelnieniem.

Inaczej wygląda sytuacja połączenia pompy ze zbiornikiem wyrównawczym, gdzie niewielkie ciśnienie hydrostatyczne cieczy umożliwia użycie materiału na złącza i śruby o własnościach wytrzymałościowych gorszych od stali, ale za to o znacznie mniejszej gęstości, a co za tym idzie – ostatecznie niższej masie podzespołu. Ważnym czynnikiem jest tutaj odporność na działanie płynu hamulcowego, który jest chemicznie bardzo agresywny.

Elementy wydrukowane w technologii HP MJF 3D zamoczone w płynie hamulcowym

Elementy wydrukowane w technologii HP MJF 3D zamoczone w płynie hamulcowym

Wyniki obserwacji

Badanie wpływu płynu hamulcowego na wydruki nie wykazało działania niszczącego na materiał PA 12 CB. Nie zaobserwowano kurczenia, rozwarstwienia ani innych reakcji (elementów wydrukowanych z PA 12 CB zanurzonych w płynie DOT 3). Badane elementy były poddane obserwacji przez siedem dni. Nie zauważono w tym czasie żadnych zmian na elementach zanurzonych w płynie hamulcowym.

Wydruk zbiornika wyrównawczego w technologii HP MJF z materiału PA 12 CB pozwolił na uzyskanie elementu chłodzenia bolidu elektrycznego, który jest lżejszy od tradycyjnego zbiornika o 143,1 g. Ponadto nowy kształt dopasowany do ramy bolidu umożliwiał łatwe uzupełnienie układu chłodzenia wodą destylowaną (otwór wlewu skierowany do góry; przy zastosowaniu gotowego zbiornika otwór ten skierowany był do boku). Testy wykazały również, że wydrukowany zbiornik nie nasiąka wodą.

Zbiornik wyrównawczy płynu chłodniczego

Zbiornik wyrównawczy płynu chłodniczego

PA 12 CB ma wysoką odporność chemiczną na wiele powszechnie stosowanych w przemyśle płynów. W poniższej tabeli wymieniono główne grupy płynów, które można stosować w zbiornikach wykonanych z tego materiału:

Odporność PA 12 CB na płyny

Odporność PA 12 CB na płyny

Testy wykonywane w celu scharakteryzowania szczelności elementów wytworzonych przy użyciu technologii HP Multi Jet Fusion (MJF) pokazały, że mogą być one używane jako pojemniki lub rurociągi pracujące z wodą, nawet pod ciśnieniem. Oto główne zmienne konstrukcyjne określające maksymalne ciśnienie, które może wytrzymać dana część:

  • grubość ściany,
  • kształt,
  • temperatura,
  • rodzaj płynu.

Zalecane wartości, dla których zbiorniki płynów (pojemniki lub rurociągi) pracują przez pewien czas z wodą pod ciśnieniem w temperaturze 25°C, zestawione zostały w poniższej tabeli:

Odporność PA 12 CB na ciśnienie

Odporność PA 12 CB na ciśnienie

Podsumowanie testów

Większość krajowych dystrybutorów nie udostępnia informacji na temat właściwości poszczególnych rodzajów materiałów do druku 3D. Optymalne parametry procesu wytwarzania addytywnego oraz właściwości mechaniczne wydruków użytkownicy najczęściej muszą określić samodzielnie na podstawie własnych analiz, które są czasochłonne i wymagają dużego nakładu pracy.

Dzięki badaniom przeprowadzonym przez zespół HP3D.pl we współpracy m.in. z kołem AGH Racing inżynierowie produkcji otrzymają potrzebne im informacje o właściwościach materiałowych, których znajomość jest niezbędna do projektowania i wykonywania wyrobu o wymaganych właściwościach mechanicznych i termicznych.

Wpis gościnny na podstawie materiałów od HP3D.

druk 3d, hp, mjf

Trwa ładowanie komentarzy...