The paper presents results of a numerical analysis focused on an identification of mechanical properties of an element created using Fused Deposition Modelling additive manufacturing technique (FDM). There are presented a description of technology of the 3D printing, numerical model created by using finite element method (FEM), as well as some problems referred to estimation of the mechanical properties of the printout. The main point of the research was a study of relationship between properties of the rectangular infill structure (described in the micro scale) and the global values of selected mechanical properties of the part (described in macro scale). The numerical models of infill was created by applying the ABAQUS 6.12-1 software. The scope of the study involved tests performed in linear elastic limit of the material behaviour by applying uniaxial compressive load and two types of boundary conditions. Also, three alternative methods for identification of mechanical properties of the infill structures were presented. The results of the study of relationship between the density of infill structure and the Young’s modulus of the printout were presented and discussed.
Drukowanie 3D to technologia używana do bezpośredniej konwersji modelu 3D powstałego przy użyciu technik projektowych CAD (z ang. computer aided design) do fizycznego modelu prototypu. Ze względu na wykorzystywanie różnych materiałów budulcowych oraz technologii nanoszenia wyróżniamy kilka metod drukowania przestrzennego: metoda stereolitografii (SLA), metoda osadzania topionego (FDM), selektywne spiekanie laserowe proszków (SLS) czy przyrostowe nanoszenie stopionego fotopolimeru akrylowego (MJM). Najbardziej powszechną oraz najtańszą formą wydruku zarówno pod względem kosztu zakupu drukarki jak i eksploatacji jest metoda FDM (Fused Deposition Modeling) Podstawowe właściwości mechaniczne wyrobów drukowanych 3D, takie jak granica plastyczności, wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie są podawane zarówno przez producentów materiałów użytkowych, jak i przez producentów drukarek. Najczęściej prezentują one właściwości mechaniczne badanych materiałów tylko w jednym z możliwych kierunków orientacji materiału, najczęściej w tym o największym wskaźniku wytrzymałości. Co więcej, wydruk 3D powstały metodą przyrostową jest materiałem ortotropowym cechującym się silnym zróżnicowaniem właściwości mechanicznych w zależności od orientacji wydruku oraz parametrów wydruku. W konsekwencji parametry wydruku takie jak konfiguracja w przestrzeni, temperatura drukowania, prędkość wydruku oraz gęstość wypełnienia znacznie wpływają na właściwości materiałowe, a co za tym idzie na wytrzymałość całego wydruku. W pracy podjęto próbę wyznaczenia właściwości mechanicznych takich jak moduł Younga i współczynnik Poissona dla struktur wypełnienia wydruków 3D za pomocą symulacji komputerowych MES przy odwzorowaniu jednoosiowej próby ściskania oraz zaproponowano uproszczony model obliczeniowy wypełnienia, w którym struktura składająca się z pojedynczych włókien została zastąpiona bryłą o takich samych wymiarach zewnętrznych.