On the surface roughness of 3D printed parts with FDM by a low-budget commercial printer

Abstract

As additive manufacturing machines price is decreasing, while, at the same time, the expertise in the relevant field is rising, it is essential to test and evaluate the low-budget machines that are available for commercial use. Whilst low-budget machines are widely utilized for rapid prototyping and experimentation, they are not capable of producing parts with high surface quality and achieve high levels of repeatability due to low quality hardware and not optimized software. Having said that, the main aim ofthe current study is to experiment with a low budget Fused Deposition Modeling (FDM) 3D-Printer, and evaluate the surface roughness of the printed parts in respect to the angle from the print plate. Polylactic Acid (PLA) was chosen as filament material, while the printed parts surface roughness was measured according to the ISO ASTM 52902-2021 standard. The surface roughness was estimated in terms of the Ra and Rz values, while a statistical analysis was implemented in order some interesting conclusions to be deduced regarding the correlation between part orientation and surface quality.

Оскільки ціни на машини для адитивного виробництва знижуються, а досвід у відповідній галузі зростає, важливо тестувати та оцінювати малобюджетні машини, доступні для комерційного використання. Хоча малобюджетні верстати широко використовуються для швидкого прототипування та експериментів, вони не здатні виробляти деталі з високою якістю поверхні та досягати високого рівня повторюваності із-за низькоякісного обладнання та неоптимізованого програмного забезпечення. При цьому основною метою поточного дослідження є проведення експериментів з малобюджетним 3D-принтером для моделювання методом наплавлення (FDM) та оцінка шорсткості поверхні надрукованих деталей в залежності від кута відносно друкованої форми. В якості філаментного матеріалу була обрана полімолочна кислота (PLA), а шорсткість поверхні друкованих деталей вимірювалася відповідно до стандарту ISO ASTM 52902-2021. Шорсткість поверхні оцінювалася з огляду значень Ra і Rz, а також був проведений статистичний аналіз, щоб зробити деякі цікаві висновки щодо кореляції між орієнтацією деталі та якістю поверхні. Для кожного кута виготовляли по 5 зразків та вимірювали шорсткість поверхні на верхній та нижній поверхнях. Оцінку шорсткості поверхні проводили за середніми значеннями Ra і Rz, а також відповідним коефіцієнтом варіації. Основними висновками є такі: малобюджетний верстат не може надійно виробляти деталі з низькими значеннями Ra та Rz; необхідно знайти компроміс між надійним виробництвом деталей з великими значеннями Ra та Rz або ненадійним та неповторним виробництвом деталей з малими значеннями Ra та Rz; дана машина через відсутність охолодження, відсутність другого екструдера для водорозчинної підкладки і не настільки високої якості апаратної частини, а також не оптимізованого програмного забезпечення та прошивки, не може надійно виробляти деталі з гарною шорсткістю поверхні з обох боків, тобто зверху та знизу.