Українська
Отримано 23.09.2024, Доопрацьовано 24.01.2025, Прийнято 26.02.2025
Мета роботи полягала у проведенні аналізу та розробки тримача котушки 3D-принтера з використанням мови програмування Python. Методика включала тримач котушки спроектований за допомогою програмного забезпечення автоматизованого проектування, а саме Autodesk Fusion 360. Для оптимізації були використані зовнішні бібліотеки та плагіни, такі як Stress Analysis та Generative Design. Було визначено придатність розробленої конструкції для покращення подачі стренг та зменшення їх заплутування при друці на 3D-принтері. Проаналізовано роботу тримача котушки з різними типами та розмірами котушок. Розроблений тримач котушки успішно пройшов 97 % тестувань друку моделей з використанням PLA, ABS і PETG. Тестування вимірювань тримача котушки за допомогою цифрового динамометра PROTESTER WDF-30 дозволило виявити кілька важливих спостережень: тефлонова трубка додавала додаткове тертя, збільшуючи як мінімальне, так і максимальне зусилля приблизно на 0,2 Н, а також дещо зменшувала діапазон між мінімальним і максимальним значеннями; пластикові котушки показали менші мінімальні зусилля, ~ 0,4 Н, через зменшене тертя, але більший діапазон, ~ 0,5 Н, через більшу масу, а картонні котушки мали більші мінімальні зусилля, ~ 0,5 Н, але менший діапазон, ~ 0,3 Н; відсутність натягу суттєво зменшувала як мінімальні, ~ 0,2 Н, так і максимальні, ~ 0,3 Н, зусилля, а також діапазон між ними, ~ 0.1 Н, і цей стан збільшував ризик заплутування котушки; вплив тефлонової трубки був більш вираженим за належних умов натягу, приблизно 0,2-0,3 Н; установка з високим натягом показала значно вищі мінімальні, ~ 0,8 Н, і максимальні, ~ 1,1 Н, зусилля в порівнянні з розробленим тримачем (мінімальне ~ 0,5 Н, максимальне ~ 0,8 Н), але діапазон прийнятних значень був подібним, підвищене мінімальне зусилля в установці з високим натягом потенційно могло призвести до недостатнього видавлювання і підвищеного зносу екструдера. Розроблений тримач котушки зменшує навантаження на механізм екструдера принтера, підтримуючи оптимальний натяг в діапазоні від 0,5 до 0,8 Н. Це може значно подовжити термін служби критично важливих компонентів, зменшуючи витрати на обслуговування 3D-принтера
3D-друк; тримач нитки; динамометр; Matplotlib; візуалізація даних
[1] Bakhtiari, H., Aamir, M., & Tolouei-Rad, M. (2023). Effect of 3D printing parameters on the fatigue properties of parts manufactured by fused filament fabrication: A review. Applied Sciences, 13(2), article number 904. doi: 10.3390/ app13020904.
[2] Calignano, F., Lorusso, M., Roppolo, I., & Minetola, P. (2020). Investigation of the mechanical properties of a carbon fibre-reinforced nylon filament for 3D printing. Machines, 8(3), article number 52. doi: 10.3390/machines8030052.
[3] Cao, M., Cui, T., Yue, Y., Li, C., Guo, X., Jia, X., & Wang, B. (2023). Preparation and characterization for the thermal stability and mechanical property of PLA and PLA/CF samples built by FFF approach. Materials, 16(14), article number 5023. doi: 10.3390/ma16145023.
[4] Chan, C.L.C., Lei, I.M., van de Kerkhof, G.T., Parker, R.M., Richards, K.D., Evans, R.C., Huang, Y., & Vignolini, S. (2022). 3D printing of liquid crystalline hydroxypropyl cellulose – toward tunable and sustainable volumetric photonic structures. Advanced Functional Materials, 32(15), article number 2108566. doi: 10.1002/adfm.202108566.
[5] Gao, X., Qi, S., Kuang, X., Su, Y., Li, J., & Wang, D. (2021). Fused filament fabrication of polymer materials: A review of interlayer bond. Additive Manufacturing, 37, article number 101658. doi: 10.1016/j.addma.2020.101658.
[6] Harris, C.R., et al. (2020). Array programming with NumPy. Nature, 585, 357-362. doi: 10.1038/s41586-020-2649-2.
[7] Hunter, J.D. (2007). Matplotlib: A 2D graphics environment. Computing in Science & Engineering, 9(3), 90-95. doi:10.1109/MCSE.2007.55.
[8] Iftekar, S.F., Aabid, A., Amir, A., & Baig, M. (2023). Advancements and limitations in 3D printing materials and technologies: A critical review. Polymers, 15(11), article number 2519. doi: 10.3390/polym15112519.
[9] Kechagias, J., & Chaidas, D. (2023). Fused filament fabrication parameter adjustments for sustainable 3D printing. Materials and Manufacturing Processes, 38(8), 933-940. doi: 10.1080/10426914.2023.2176872.
[10] Kechagias, J., Zaoutsos, S., Chaidas, D., & Vidakis, N. (2022). Multi-parameter optimisation of PLA/Coconut wood compound for fused filament fabrication using robust design. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 119, 4317-4328. doi: 10.1007/s00170-022-08679-2.
[11] Khan, M.F., Alam, A., Siddiqui, M.A., Alam, M.S., Rafat, Y., Salik, N., & Al-Saidan, I. (2021). Real-time defect detection in 3D printing using machine learning. Materials Today: Proceedings, 42(2), 521-528. doi: 10.1016/j.matpr.2020.10.482.
[12] Kluyver, T. et al. (2016). Jupyter Notebooks – a publishing format for reproducible computational workflows. In F. Loizides & B. Schmidt (Eds.), Positioning and power in academic publishing: Players, agents and agendas (pp. 8790). Amsterdam: IOS Press. doi: 10.3233/978-1-61499-649-1-87.
[13] Ma, T., Zhang, Y., Ruan, K., Guo, H., He, M., Shi, X., Guo, Y., Kong, J., & Gu, J. (2024). Advances in 3D printing for polymer composites: A review. InfoMat, 6(6), article number e12568. doi: 10.1002/inf2.12568.
[14] Martinez, D., Espino, M.T., Cascolan, H.M., Crisostomo, J.L.B., & Dizon, J. (2022). A comprehensive review on the application of 3D printing in the aerospace industry. Key Engineering Materials, 913, 27-34. doi: 10.4028/p-94a9zb.
[15] Mikula, K., Skrzypczak, D., Izydorczyk, G., Warchoł, J., Moustakas, K., Chojnacka, K., & Witek-Krowiak, A. (2020). 3D printing filament as a second life of waste plastics – a review. Environmental Science and Pollution Research, 28, 12321-12333. doi: 10.1007/s11356-020-10657-8.
[16] Moshenskyi, A., Novak, D., & Oleshchenko, L. (2023). Sub-Gigahertz wireless sensor network for smart clothes monitoring. In International conference on computer science, engineering and education applications (pp. 657-669). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-36118-0_59.
[17] Nazir, A., Gokcekaya, O., Billah, K.M.M., Ertugrul, O., Jiang, J., Sun, J., & Hussain, S. (2023). Multi-material additive manufacturing: A systematic review of design, properties, applications, challenges, and 3D printing of materials and cellular metamaterials. Materials & Design, 226, article number 111661. doi: 10.1016/j.matdes.2023.111661.
[18] Netto, J.M.J., Idogava, H.T., Santos, L.E.F., de Castro Silveira, Z., Romio, P., & Alves, J.L. (2021). Screw-assisted 3D printing with granulated materials: A systematic review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 115, 2711-2727. doi: 10.1007/s00170-021-07365-z.
[19] Pignatelli, F., & Percoco, G. (2022). An application- and market-oriented review on large format additive manufacturing, focusing on polymer pellet-based 3D printing. Progress in Additive Manufacturing, 7, 1363-1377. doi: 10.1007/s40964022-00309-3.
[20] PROTESTER WDF-30. (n.d.). Retrieved from https://protester.com.ua/ua/wdf30/.
[21] Quodbach, J., et al. (2021). Quality of FDM 3D printed medicines for pediatrics: Considerations for formulation development, filament extrusion, printing process and printer design. Therapeutic Innovation & Regulatory Science, 56, 910-928. doi: 10.1007/s43441-021-00354-0.
[22] Shaqour, B., Samaro, A., Verleije, B., Beyers, K., Vervaet, C., & Cos, P. (2020). Production of drug delivery systems using fused filament fabrication: A systematic review. Pharmaceutics, 12(6), article number 517. doi: 10.3390/ pharmaceutics12060517.
[23] Sharma, N., Aghlmandi, S., Cao, S., Kunz, C., Honigmann, P., & Thieringer, F. (2020). Quality characteristics and clinical relevance of in-house 3D-printed customised polyetheretherketone (PEEK) implants for craniofacial reconstruction. Journal of Clinical Medicine, 9(9), article number 2818. doi: 10.3390/jcm9092818.
[24] Singh, S., Singh, G., Prakash, C., & Ramakrishna, S. (2020). Current status and future directions of fused filament fabrication. Journal of Manufacturing Processes, 55, 288-306. doi: 10.1016/j.jmapro.2020.04.049.
[25] Wang, Q., Ji, C., Sun, L., Sun, J., & Liu, J. (2020). Cellulose nanofibrils filled poly (lactic acid) biocomposite filament for FDM 3D printing. Molecules, 25(10), article number 2319. doi: 10.3390/molecules25102319.
[26] Wang, Z., Wang, J., Zhang, Y., Li, Y., & Li, Y. (2024). Exploring the effects of processing parameters on the flexural performance of polylactic acid fabricated through a customized high extrusion rate fused filament fabrication system. Journal of Materials Engineering and Performance, 33, 14525-14537. doi: 10.1007/s11665-023-09003-z.
[27] Yadav, A., Rohru, P., Babbar, A., Kumar, R., Ranjan, N., Chohan, J., Kumar, R., & Gupta, M. (2022). Fused filament fabrication: A state-of-the-art review of the technology, materials, properties and defects. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 17, 2867-2889. doi: 10.1007/s12008-022-01026-5.
[28] Yarova, I., Tsyvinda, N., Yarovyi Y., & Bondar, O. (2023). The analysis of working environment in operation of 3d printers for fused deposition modelling. Journal of Kryvyi Rih National University, 21(1), 15-20. doi: 10.31721/23065451-2023-1-56-15-21.
English