Experimental study of different methods for post-processing plastic parts manufactured by 3D printing

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

 The article aims to compare and evaluate methods for surface treatment of plastic products manufactured using 3D printing technology, namely by fused deposition modelling (layer-by-layer FDM). The experimental studies were conducted on ABS plastic samples using various tools for physical, thermal, and chemical processing. These included an electric engraver with coarse and fine grain grinding wheels, a felt polishing wheel and abrasive paste, burrs; acetone, dichloromethane (methylene chloride); a heat gun; a NEJE Master semiconductor laser engraver with adjustable laser power. The study was conducted utilizing portable optical and digital microscopes. The article focuses on the existing methods for surface treatment of ABS plastic products and highlights their advantages and disadvantages. In order to compare the methods of surface treatment of ABS plastic products, a visual assessment of the results of surface treatment by various methods was carried out according to several criteria. We compared the obtained types of surfaces, printer resolution (i. e., layer thickness and X-Y resolution), surface uniformity, degree of deformation, presence of scratches/cracks, cavities, buildups, and blisters employing the proposed criteria. The comparative analysis of various processing methods demonstrated that the best result in terms of quality was achieved with surface treatment using laser radiation. However, this method was shown to have a drawback which is the need for preliminary laser adjustment and the potential complexity of processing three-dimensional parts. The results of the present study can be applied in mechanical engineering when manufacturing parts using additive technologies to manage the surface quality of plastic products.

About the authors

D. Yu. Levin

Voronezh State Technical University

Email: levin_du@cst-eg.ru

M. E. Podshibyakin

Voronezh State Technical University

Email: yashirosh.kun@gmail.com

O. A. Riabinina

Voronezh State Technical University

Email: ryabinina_olya@mail.ru

A. I. Boldyrev

Voronezh State Technical University

Email: aiboldyrev@mail.ru

References

  1. Ouazzani K., Jai M.E., Akhrif I., Radouani M., Fahime B.E. An experimental study of FDM parameter effects on ABS surface quality: roughness analysis // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2023. Vol. 127. Р. 151–178. https://doi.org/10.1007/s00170-023-11435-9. EDN: MJUJUL.
  2. Mathew A., Kishore S.R., Tomy A.T., Sugavaneswaran M., Scholz S.G., Elkaseer A., Wilson V.H., Rajan A.J. Vapour polishing of fused deposition modelling (FDM) parts: a critical review of different techniques, and subsequent surface finish and mechanical properties of the post-processed 3D-printed parts // Progress in Additive Manufacturing. 2023. Vol. 8. Р. 1161–1178. https://doi.org/10.1007/s40964-022-00391-7. EDN: ASYRUS.
  3. Yuan Chai, Rachel W. Li, Diana M. Perriman, Song Chen, Qing-Hua Qin, Paul N. Smith. Laser polishing of thermoplastics fabricated using fused deposition modelling // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 96. Р. 4295–4302. https://doi.org/10.1007/s00170-018-1901-5. EDN: YHUSYH.
  4. Levin D., Kuzovkin А. Laser polishing as method of improving surface quality of fused deposition modeling (FDM) parts made by metal-filled plastic // Антропоцентрические науки в образовании: вызовы, трансформации, ресурсы: сб. науч. ст. Междунар. форума профессионального образования (г. Воронеж, 9–10 апреля 2024 г.). Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2024. P. 350–353. EDN: LXPTJB.
  5. Кэнесс Э., Фонда К., Дзеннаро М. Доступная 3D печать для науки, образования и устойчивого развития / пер. с итал. Триест: Международный центр теоретической физики Абдуса Салама, 2013. 192 с.
  6. He Feiyang, Alshammari Yо.L.A., Khan M. The effect of printing parameters on crack growth rate of FDM ABS cantilever beam under thermo-mechanical loads // Procedia Structural Integrity. 2021. Vol. 34. P. 59–64. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2021.12.009.
  7. Запольский И.С., Левин Д.Ю., Рябинина О.А. Анализ проблем, возникающих при эксплуатации настольных 3D-принтеров с открытым типом конструкции // Вестник Тульского государственного университета. Автоматизация: проблемы, идеи, решения «АПИР-28»: сб. науч. тр. Национальной науч.-техн. конф. с междунар. участием (г. Тула, 13–15 ноября 2023 г.). Тула: Тульский государственный университет, 2023. С. 249– 252. EDN: FKOCZF.
  8. Kumar R., Sharma H., Saran C., Tripathy T.S., Sangwan K.S., Herrmann C. A comparative study on the life cycle assessment of a 3D printed product with PLA, ABS & PETG materials // Procedia CIRP. 2022. Vol. 107. P. 15–20. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.04.003.
  9. Сивова А.Н., Паня А., Душечкина Е.А. Производство пластика для 3D печати из вторичных ПЭТ, ABS и PLA // Студенческая научная весна: сборник тезисов докладов Всерос. студ. конф. (г. Москва, 1–30 апреля 2021 г.). М.: Научная библиотека, 2021. С. 27–28. EDN: GKNTNA.
  10. Corapi D., Morettini G., Pascoletti G., Zitelli C. Characterization of a polylactic acid (PLA) produced by fused deposition modeling (FDM) technology // Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 24. P. 289–295. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2020.02.026.
  11. Alarifi I.M. A performance evaluation study of 3d printed nylon/glass fiber and nylon/carbon fiber composite materials // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 21. P. 884–892. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.09.085.
  12. Agarwal K.M., Shubham P., Bhatia D., Sharma P., Vaid H., Vajpeyi R. Analyzing the impact of print parameters on dimensional variation of ABS specimens printed using fused deposition modelling // Sensors International. 2022. Vol. 3. Р. 100149. https://doi.org/10.1016/j.sintl.2021.100149.
  13. Потапов А.А., Говоров И.С., Гнидина И.В., Малахо А.П. Влияние технологических режимов FDM-печати и методов постобработки на физико-механические свойства образцов из ABS пластика // Новые полимерные композиционные материалы: матер. XX Междунар. науч.-практ. конф. (г. Нальчик, 4–10 июля 2024 г.). Нальчик: Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, 2024. С. 92. EDN: BYVDOV.
  14. Рябинина О.А., Левин Д.Ю., Свиридов Д.А., Алешина А.Э. Проблемы, возникающие в процессе литья по выплавляемым моделям с применением 3D печати методом FDМ // Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении: сб. науч. ст. II Всерос. науч.-техн. конф. (г. Воронеж, 11–12 апреля 2024 г.). Воронеж: Университетская книга, 2024. С. 304–308. EDN: NNOYIB.
  15. Распопина В.Б., Мартынова В.В., Ступина Е.А. Влияние направления печати по FDM-технологии на механические свойства изделия // iPolytech Journal. 2024. Т. 28. № 4. С. 477–487. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-4-477-487. EDN: GFOMXF.
  16. Joch R., Šajgalík M., Drbúl M., Holubják J., Czán A., Bechný V., et al. The application of additive composites technologies for clamping and manipulation devices in the production process // Materials. 2023. Vol. 16. Iss. 10. Р. 3624. https://doi.org/10.3390/ma16103624.
  17. Birosz M.T., Ledenyák D., Andó M. Effect of FDM infill patterns on mechanical properties // Polymer Testing. 2022. Vol. 113. Р. 107654. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2022.107654.
  18. Редькин Д.С., Левин Д.Ю., Рябинина О.А. Проблемы использования третьей координаты в лазерно-гравировальных станках // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика. 2024. Т. 1. С. 303–307. EDN: VKHXXE.
  19. Левин Д.Ю., Рябинина О.А., Кузовкин А.В. Оптимизация и унификация в процессе проектирования и производства универсального корпуса для лазерного гравера // Технологии и техника: пути инновационного развития: сб. науч. ст. II Междунар. науч.-техн. конф. (г. Воронеж, 14 июня 2024 г.). Воронеж: Университетская книга, 2024. С. 303–308. EDN: PZBZOK.
  20. Ryabinina O.A., Boldyrev A.I. Digital twins of machining facilities application at mechanical industry // Антропоцентрические науки в образовании: вызовы, трансформации, ресурсы: сб. тр. конф. (г. Воронеж, 9–10 апреля 2024 г.). Воронеж: Университетская книга, 2024. С. 373–375. EDN: JKZDSU.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).