Influence of 3D Printing on the Elastic Properties of ABS Polymer Filament Samples

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This work shows the results of experimental study of the impact of 3D printing with 100% filling on the elastic properties of samples made of ABS filament. The dependence of the deformation and the relative change in the velocity of elastic waves on the applied mechanical stress (up to rupture) for the initial and 3D-printed samples of ABS polymer were measured simultaneously by both the static method and the Thurston-Bragger method. As a result of the experiment, linear and non-linear Young’s moduli and the 2nd order non-linear acoustic parameter were calculated. It was established that the selected 3D printing mode almost does not change the strength characteristics of the ABS polymer, and the plastic characteristics are slightly improved. A difference was found in the behavior of nonlinear parameters for the original and 3D-printed samples under mechanical loading, which is associated with changes in the internal structure of the samples caused by 3D printing. For the 3D printed sample, a decrease in the nonlinear parameter was found as the load increased.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. B. Volodarskii

Lomonosov Moscow State University

Email: aikor42@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. I. Kokshaiskii

Lomonosov Moscow State University

Email: aikor42@mail.ru
Russian Federation, Moscow

N. I. Odina

Lomonosov Moscow State University

Email: aikor42@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. I. Korobov

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: aikor42@mail.ru
Russian Federation, Moscow

E. S. Mikhalev

Lomonosov Moscow State University

Email: aikor42@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Campo E.A. Selection of Polymeric Materials – How to Select Design Properties from Different Standards. New York: William Andrew Inc.: Norwich, 2008. 350 p.
  2. Peters E.N. Plastics: Thermoplastics, Thermosets, and Elastomers, Handbook of Materials Selection / Ed. by Kutz M. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2002. P. 363–365.
  3. Ramezani H.D., Barbe F., Delbreilh L., Azzouna M.B., Guillet A., Breteau T. Polymer additive manufacturing of ABS structure: Influence of printing direction on mechanical properties // J. Manuf. Proc. 2019. V. 44. P. 288–298.
  4. Шмелёв А.В., Ивченко В.И., Талалуев А.В. Экспериментальное и расчетное определение механических характеристик образцов ABS-пластика при растяжении, изготовленных методом 3D-печати // Инженерный журн.: наука и инновации. 2021. № 4. С. 1–15.
  5. Чеврычкина А.А., Евстифеев А.Д., Волков Г.А. Исследование прочностных характеристик акрилонитрилбутадиенстирол пластика при динамических нагрузках // Журн. техн. физ. 2018. Т. 88. № 3. С. 392–395.
  6. Балашов А.В., Маркова М.И. Исследование структуры и свойств изделий, полученных 3D-печатью // Инженерн. вест. Дона. 2019. № 1.
  7. Saenz F., Otarola C., Valladares K., Rojas J. Influence of 3D printing settings on mechanical properties of ABS at room temperature and 77 K // Add. Manuf. 2021. V. 39. № 101841.
  8. Shafaat A., Ashtiani H.R. Influence processing parameters of FDM 3D printer on the mechanical properties of ABS Parts // Ind. J. of Engin. & Mate. Scien. 2021. V. 28. P. 250–257.
  9. Shaik Y.P., Naidu N.K., Yadavalli V.R., Muthyala M.R. The Comparison of the Mechanical Characteristics of ABS Using Three Different Plastic Production Techniques // Open Access Lib. J. 2023. V. 10. P. 1–18.
  10. Adair L.C., Cook R.L. Acoustic Properties of Rho-C and ABS in the Frequency Range 100 kHz-2 MHz // J. Acoust. Soc. Am. 1973. V. 54. № 6. P. 1763–1765.
  11. Hartmann B. Ultrasonic properties of poly (4methyl pentene1) // J. Appl. Phys. 1980. V. 51. P. 1763–1765.
  12. Antoniou A., Evripidou N., Giannakou M., Constantinides G., Damianou C. Acoustical properties of 3D printed thermoplastics // J. Acoust. Soc. Am. 2021. V 149. P. 2854–2864.
  13. Vasina M., Monkova K., Monka P.P., Kozak D., Tkac J. Study of the Sound Absorption Properties of 3D-Printed Open-Porous ABS Material Structures // Polymers. 2020. V. 12. P. 1062.
  14. Nagy P.B. Fatigue damage assessment by nonlinear ultrasonic materials characterization // Ultrasonics. 1998. V. 36. P. 375–381.
  15. Wu M.-C. Nonlinearity parameters of polymers. Dissertations, Theses, and Masters Projects. The College of William and Mary. USA, Virginia, Williamsburg. 1989. Paper 1539623784.
  16. Asay J.R., Lamberson D.L., Guenther A.H. Pressure and Temperature Dependence of the Acoustic Velocities in Polymethylmethacrylate // J. Appl. Phys. 1969. V. 40. № 4. P. 1768–1783.
  17. Lamberson D.L., Asay J.R., Guenther A.H. Equation of State of Polystyrene and Polymethylmethacrylate from Ultrasonic Measurements at Moderate Pressures // J. Appl. Phys. 1972. V. 43. № 3. P. 976–985.
  18. Saito S. Nonlinearity parameter measurement for polymer plates using focused ultrasound // AIP Conference Proceeding. 2008. V. 1022. P. 561–564.
  19. Solodov I., Pfleiderer K., Gerhard H., Busse G. Nonlinear acoustic approach to material characterization of polymers and composites in tensile tests // Ultrasonics. 2004. V. 42. P. 1011–1015.
  20. Zhao G., Gomes F.P.C., Marway H., Thompson M.R., Zhu Zh. Physical Aging as the Driving Force for Brittle–Ductile Transition of Polylactic Acid // Macromol. Chem. Phys. 2020. V. 221. P. 1900475.
  21. Коробов А.И., Кокшайский А.И., Михалев Е.С., Одина Н.И., Ширгина Н.В. Исследования упругих свойств полимера PLA статическими и ультразвуковыми методами // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 4. С. 387–394.
  22. Володарский А.Б., Кокшайский А.И., Одина Н.И., Коробов А.И., Михалев Е.С., Ширгина Н.В. Экспериментальные исследования влияния 3D-печати при 100% заполнении на упругие свойства нитевидных образцов полимера PLA // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 4. С. 410–416.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Experimentally measured load curve σ(ε) for (a) – initial and (b) – 3D-printed ABS samples

Download (110KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Experimentally measured load curves σ(ε) for the second cycle at (a) – loading and (b) – unloading of the initial and 3D-printed ABS samples

Download (125KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Experimentally measured dependences of the relative change in the velocity of the longitudinal wave on static deformation for (a) – initial and (b) – 3D-printed ABS samples

Download (125KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Experimentally measured dependences of the relative change in the velocity of the longitudinal wave on static deformation for the first cycle during (a) loading and (b) unloading of the initial and 3D–printed ABS samples

Download (144KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

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».