The effect of annealing on the impact resistance of machine parts made using 3D-printing technology from polylactide

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: The 3D printing technology is rapidly developing, giving the opportunities for the manufacturing of parts with specified properties. However, the mechanical characteristics of materials obtained by 3D printing often do not meet the requirements for various applications, for example, agricultural machinery. Increasing the impact strength of materials produced by 3D printing is a relevant task for expanding their application.

OBJECTIVE: Study of the effect of heat treatment (annealing) and 3D printing parameters (layer thickness, filling percentage) on the impact strength of the polylactide (PLA) samples.

METHODS: An experimental study was conducted using the PLA samples made by 3D printing with variable parameters: layer thickness (0.15 mm, 0.20 mm, 0.25 mm) and percentage of filling (50%, 75%, 100%). The samples were annealed at a temperature of 80 °C for 2 hours. The impact strength was determined by the Charpy method using standard test equipment.

RESULTS: 27 PLA samples were included in the study. Annealing significantly increases the impact strength of all samples. The dependence of the impact strength on the thickness of the layer and the percentage of filling was observed. The maximum impact strength (2.58 ± 0.12 J/cm2) was achieved with a layer thickness of 0.15 mm and 100% filling. Statistical analysis of the results performed using ANOVA (p < 0.001) showed a significant influence of all factors on the impact strength.

CONCLUSIONS: The results obtained demonstrate that annealing and optimization of 3D printing parameters (layer thickness, filling percentage) can increase the impact strength of materials obtained by 3D printing from PLA. The optimal parameters achieved in this study can be used in development of parts of agricultural machines with improved mechanical properties.

About the authors

Vasilisa-Aanastasiya V. Baidakova

State University of Management; Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI)

Email: Vasilisk754@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-1990-6526
SPIN-code: 1390-4338

Postgraduate of the Management of Industrial Organisations Department, Specialist of the Reverse Engineering Laboratory

Russian Federation, Moscow; Moscow

Dmitriy S. Taldykin

State University of Management; Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI)

Author for correspondence.
Email: dima.dima.taldykin@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-5071-426X
SPIN-code: 2271-8386

Student of the Faculty of Mechanical Engineering and Design, Laboratory Assistant at the Machine Parts and Theory of Mechanisms Department

Russian Federation, Moscow; Moscow

Maksim G. Pletnev

State University of Management; Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI)

Email: pletnevmg@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1917-0782
SPIN-code: 9468-7240

Postgraduate of the Management of Industrial Organisations Department, Senior Researcher at the Research Activities Department

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Yurova EI, Shchetkina EE. Investigation of the characteristics of PLA plastic parts obtained by 3D printing for impact strength. In: Science and youth: Materials of the XX All-Russian Scientific and Technical Conference of Students, Postgraduate Students and Young Scientists, Barnaul, April 17–21, 2023. Barnaul: Altai State Technical University named after I.I. Polzunov; 2023;1(1):102–104. (In Russ.) EDN: QZXRLP
  2. Kovalenko AE, Urban VA, Bikbaev SF. Testing samples of PLA plastic and ABS plastic for compressive strength. In: Improvement of engineering and technical support of agricultural processes in the agro-industrial complex: materials of the international scientific and practical conference, Orenburg, May 29, 2015. Orenburg: Orenburg State Agrarian University; 2015:111–112. (In Russ.) EDN: VIHGVV
  3. Balashov AV, Markova MI. Study of the structure and properties of products obtained by 3D printing. Engineering Bulletin of the Don. 2019;1(52):66. (In Russ.) EDN: LSMZMB
  4. Kablov VF, Sinkov AV. Additive technologies in the production of polymer products. Volzhsky: Volgograd State Technical University; 2018. (In Russ.) EDN XPADGP
  5. Basalgin MV. Compression test of PLA plastic samples for 3D printing of mechanism parts. In: Scientific works of students of the Izhevsk State Agricultural Academy: Collection of articles. Izhevsk: Izhevsk State Agricultural Academy; 2022;1(14):2139–2144. EDN: CVDXQK
  6. Gumennikov DV. Study of the bending strength of PLA plastic samples for 3D printing of mechanism parts. In: Scientific works of students of the Izhevsk State Agricultural Academy: Collection of articles. Izhevsk: Udmurt State Agrarian University; 2022;2(15):675–679. (In Russ.) EDN: VIOQDG
  7. Ziomkovskaya PE, Gryaznov AO. Determination of the modulus of elasticity of ABS and PLA plastics used in 3D printing technologies. In: Scientific research and development of students: Proceedings of the IV International Student Scientific and Practical Conference, Cheboksary, June 29, 2017. Cheboksary: LLC “Scientific Cooperation Center “Interactive Plus”; 2017:166–169. (In Russ.) EDN: YZEJON
  8. Stepanov KI, Alekseev DA. Investigation of the impact strength of PLA plastic for 3D printing of detail models. In: Scientific works of students of the Izhevsk State Agricultural Academy: Collection of articles. Izhevsk: Udmurt State Agrarian University; 2023;1(16):1353–1359. (In Russ.) EDN: FYTTEO
  9. Chuvaev IA, Gabel’chenko NI. Thermal treatment of 3D printed plastic products. International Research Journal. 2019;6–1(84):70–75. (In Russ.) doi: 10.23670/IRJ.2019.84.6.014 EDN: ZTOZML
  10. Nazarevich SA, Sviridenko AV. Research of temperature modes of PLA plastic filamentation during prototyping. Innovative Instrumentation. 2023;2(4):51–55. (In Russ.) doi: 10.31799/2949-0693-2023-4-51-55 EDN: JMBSUC

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Samples used for experiments: a — an electronic model of the sample, b — photos of full-scale samples subjected to annealing.

Download (210KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The furnace used for heat treatment.

Download (80KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The impact testing machine.

Download (72KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Comparative values of the absorbed impact energy obtained for the annealed samples.

Download (186KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Percentage change in absorbed impact energy after annealing.

Download (190KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. The effect of printing parameters on the absorbed impact energy for samples without heat treatment.

Download (126KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The effect of printing parameters on the absorbed impact energy for annealed samples.

Download (118KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».