W pracy mam możliwość skorzystania z durometru Shore'a typu D (czyli twarde plastiki). Stwierdziłem że wykonam pomiary twardości wydruków] z 3 podstawowych materiałów (PLA, PETG i ABS). Jako że nie interesują mnie właściwości samego filamentu lub granulatu, pomiary wykonałem na kostce 20x20x20 mm wydrukowanej ze 100% wypełnieniem (projekt do PrusaSlicer w formacie .3MF w załączniku). Wydruki wykonane na drukarce Prusa MK3S, profil 0.2 SPEED, profile materiałowe Generic PLA, Generic PETG, Generic ABS. Używałem oryginalnej blachy malowanej proszkowo PEI, posmarowanej kleikem DD.
Pomiary wykonałem durometrem typu D, przyciskając igłę durometru do materiału, tak aby walec z którego igła się wysuwa całkowicie przylegał do powierzchni próbki. Niepewność przyrządu pomiarowego określiłem na jedną podziałkę skali (brak instrukcji obsługi do przyrządu, nie mogłem też znaleźć nic w internecie). Następnie czekałem na ustabilizowanie się igły durometru około 3 sekundy. Po tym czasie wartość pomiaru nie zmieniała się w znaczący sposób. Dla każdej z próbek wykonałem 4 serie pomiarowe - po jednej serii na każdą z różnych ścian (dolna i górna ściana osi Z, ściana osi X i osi Y). Jedna seria pomiarowa to 10 pomiarów w losowych miejscach na ścianie. Niestety zapomniałem oznaczyć osie kostek więc nie wiem która ściana to ściana osi X a która Y. W związku z tym mierzyłem 2 ściany przylegające do siebie.
Słowem wstępu to chyba tyle, wydaje mi się że wszystko opisałem.
Wyniki pomiarów przedstawiłem w tabeli:
Rodzaj materiału | PLA (Galaxy Violet - DevilDesign | PETG (Bottle Green Transparent Devil Design) | ABS (Natural - Nebula) | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Rodzaj badanej ściany | Oś Z góra | Oś Z dół | Oś X/Y I | Oś X/Y II | Oś Z góra | Oś Z dół | Oś X/Y I | Oś X/Y II | Oś Z góra | Oś Z dół | Oś X/Y I | Oś X/Y II |
Nr pomiaru | ||||||||||||
1. | 81 | 80 | 80 | 82 | 72 | 76 | 74 | 73 | 75 | 76 | 75 | 75 |
2. | 80 | 80 | 82 | 82 | 74 | 75 | 75 | 74 | 76 | 76 | 74 | 74 |
3. | 80 | 82 | 80 | 82 | 74 | 76 | 74 | 76 | 75 | 76 | 74 | 74 |
4. | 82 | 79 | 80 | 82 | 75 | 76 | 76 | 76 | 76 | 77 | 74 | 75 |
5. | 80 | 80 | 80 | 83 | 74 | 76 | 74 | 75 | 76 | 77 | 75 | 75 |
6. | 80 | 81 | 81 | 82 | 74 | 76 | 74 | 75 | 75 | 76 | 75 | 74 |
7. | 78 | 80 | 81 | 82 | 74 | 76 | 76 | 75 | 76 | 76 | 75 | 74 |
8. | 80 | 82 | 81 | 81 | 73 | 76 | 75 | 74 | 75 | 76 | 76 | 75 |
9. | 80 | 80 | 80 | 81 | 74 | 77 | 75 | 75 | 74 | 76 | 75 | 74 |
10. | 81 | 81 | 80 | 81 | 75 | 76 | 75 | 75 | 75 | 76 | 75 | 75 |
Średnia arytmetyczna wyników | 80.2 | 80.5 | 80.5 | 81.8 | 73.9 | 76.0 | 74.8 | 74.8 | 75.3 | 76.2 | 74.8 | 74.5 |
Wariancja serii pomiarowej | 0.96 | 0.85 | 0.45 | 0.36 | 0.69 | 0.20 | 0.56 | 0.76 | 0.41 | 0.16 | 0.36 | 0.25 |
Maksymalna niepewność pomiarowa (3*wariancja + niepeność narzędzia) | 3.88 | 3.55 | 2.35 | 2.08 | 3.07 | 1.60 | 2.68 | 3.28 | 2.23 | 1.48 | 2.08 | 1.75 |
Wyniki wskazują na kilka rzeczy:
Dla PLA - wszystkie ściany maja mniej więcej podobną twardość. Wyróżnia się pojedyncza ściana w osi X/Y o większej o jedną jednostkę twardości.
Dla PETG - ściany boczne mają podobne twardości, miększa jest ściana górna, twardsza ściana dolna.
DLA ABS - ściana górna i boczne mają podobne twardości, twardsza od nich jest ściana dolna
PLA jest wyraźnie twardsze od PETG i ABS. Dwa ostatnie materiały mają podobną twardość.
Tak jak przewidywałem, kostki charakteryzują się anizotropią. Zależnie od badanej ściany, wyniki twardości są różne. Uważam że "normalne" wartości są odczytywane ze ścian bocznych. Na górze osi Z materiał jest najmniej skompresowany (nie ma już żadnej warstwy wyższej). Na dole natomiast materiał jest wciskany w nierówności blachy malowanej proszkowo (kostki nie mają stopy słonia) a następnie przez cały czas druku są one "wygrzewane" na skutek ciągle działającego grzanego stołu.
Co ciekawe, PETG i ABS mają bardzo zbliżone wyniki, myślałem że różnica między nimi będzie większa (w stronę twardszego PETG).
Do zrobienia - zbadać twardość wszystkich 4 bocznych ścian kostek w celu zbadania wpływu kolejności drukowania ścian.
Zapraszam do dyskusji. Z chęcia odpowiem na wszelkie pytania i wysłucham wszelkich sugestii.
PS: przepraszam za pisanie tego sprawka "na kolanie" w najbliższym czasie raczej krucho u mnie z czasem, a męczył mnie kolega @Stefek96 o te wyniki.
Sposób opisywania wyników - "Metody opracowania i analizy wyników pomiarów K.Kozłowski i R.Zieliński „I Laboratorium z Fizyki część 1” Wydawnictwo PG."