različne kombinacije kompozitov: 0.3 PT WPL15; 0,6 PT WPL 15, 0.9 PT WPL15; 1,2 PT WPL15; 1,5 PT
WPL15 (Grafi na levi strani: brez dimenzijska sprememba E v odvisnosti od časa, grafi na desni strani:
upogibni odklon v odvisnosti od časa).
Slika 49 Primerjava upogibnega odklona, izmerjenih vrednosti upogibnega odklona 4D natisnjenih kompozitov, z analitičnim modelom, pri uporabi WPL25 za aktivno plast Od zgoraj navzdol si sledijo različne kombinacije kompozitov: 0.3 PT WPL25; 0,6 PT WPL 25, 0.9 PT WPL25; 1,2 PT WPL25; 1,5 PT
WPL25 (Grafi na levi strani: brez dimenzijska sprememba E v odvisnosti od časa, grafi na desni strani:
upogibni odklon v odvisnosti od časa).
5 RAZPRAVA IN SKLEPI
Z raziskavo smo želeli ugotoviti, na kakšen način in katere lastnosti lesa lahko z uporabo lesno-plastičnih kompozitov izkoristimo pri izdelovanju elementov s 3D tiskalnikom. Izbrali smo štiri različne materiale (filamente), na katerih smo izvajali različne meritve. Izbrali smo material PLA in tri lesno-plastične kompozite z različnimi deleži lesenega prahu (WPT, WPL15 in WPL25). Začeli smo s preizkušanjem dimenzijske stabilnosti.
Najprej smo vzorce uravnovešali v klimi z RZV 20 %, T= 20 °C ter nato navlaževali v klimi z RZV 80 %, T = 20 °C. Ugotovili smo, da se vzorci pri navlaževanju dimenzijsko povečujejo (nabrekajo) in količina adsorbirane vode se razlikuje od materiala do materiala.
Material z največjim deležem lesenega prahu (WPL25) se je tudi dimenzijsko najbolj povečal, sledil je material WPL15. Tudi sami smo predvidevali, da se bo material z največjim deležem lesenega prahu najbolj dimenzijsko spreminjal. Nekoliko nepričakovano se je obnašal material, ki naj bi bil sestavljen iz do 40 % lesenega prahu (WPT). Pri navlaževanju so se vzorci WPT dimenzijsko povečali manj kot vzorci WPL15 (15 % lesenega prahu). Gre za komercialni filament, pri katerem ni mogoče zagotovo potrditi, da je v njem res takšen delež lesa, saj lahko prihaja v proizvodnji do odstopanj. Filamenta WPL15 in WPL25 pa sta bila izdelana v laboratoriju s točno določenim deležem lesa. Pri čistem PLA materialu (PT) ni prišlo do precejšnih dimenzijskih sprememb. Vzorci WPT so se obnašali podobno kot vzorci PT. Vzorcem smo proučevali tudi spremembo mase.
Ugotovili smo, da je masa vzorcem WPL25 in WPL15 najbolj narasla.
V sklopu preizkušanja dimenzijske stabilnosti smo želeli tudi ugotoviti, ali lahko vzorce s sušenjem v klimi z RZV 20 %, T = 20 °C (pogoji uravnovešanja) skrčimo do začetnih dimenzij. S preizkusom smo ugotovili, da se vzorci pri sušenju postopoma dimenzijsko zmanjšujejo. Rezultati so bili zelo podobni kot pri navlaževanju. Vzorci WPL25 (največji delež lesenega prahu) so se pri sušenju najbolj skrčili. Ugotovili pa smo, da ne glede na to, koliko dolgo vzorce sušimo, čisto začetnih dimenzij ne moremo več doseči. Pri naših rezultatih smo se začetnim dimenzijam vzorcev zelo približali, vendar jih nikoli nismo povsem dosegli. Tudi pri lesu je običajno razlika med navlaževanjem (absorpcija) in sušenjem (desorpcija) – histereza.
Preizkusili smo tudi nekaj mehanskih lastnosti izbranih materialov. Pri vzorcih smo ugotavljali modul elastičnosti posameznega materiala. Test smo opravili na testirnem stroju Zwick/Roell Z005. Rezultati so pokazali, da ima najboljše mehanske lastnosti (najvišji modul elastičnosti) čisti material PT (PLA). Sledil je material WPL25, nato WPL15 in na koncu WPT. Zanimiva ugotovitev je, da so preizkušanci dosegali najvišje vrednosti po izpostavitvi v klimi z RZV 65 %. Po testiranju krčenja in nabrekanja 3D natisnjenih elementov (sprememba dimenzijskih lastnosti) smo pričakovali, da bo imel material WPT tudi pri preizkušanju modula elastičnosti podobne lastnosti materialu PT, vendar je imel najnižje vrednosti modula elastičnosti. Vzorci vseh materialov so dosegali najnižje vrednosti po izpostavitvi v vlažni klimi z RZV 80 %.
Po končanem preizkušanju lastnosti posameznih materialov smo želeli ugotoviti, kako se odzivajo elementi, natisnjeni iz dveh različnih materialov – princip 4D tiskanja s spremembo klime okolice kot sprožilca spremembe oblike. Gre za združevanje pasivne in aktivne plasti (WPL15 in WPL25) z namenom izdelave izdelkov s spreminjajočo obliko. V naših primerih
smo v vseh primerih za pasivno plast uporabili material PT. Za lažje določanje lastnosti in izbiro aktivnih materialov smo najprej izvedli simulacije v programu SolidWorks.
Izbrali smo vzorce s 5 različnimi razmerji pasivne in aktivne plasti (1:5, 2:4, 3:3, 4:2, 5:1).
Po opravljenih simulacijah smo material WPT izločili kot primeren material za aktivno plast, saj je imel majhne dimenzijske spremembe. S simulacijami smo ugotovili, da se znajo vzorci z večjim deležem pasivne plasti (razmerji: 4:2 in 5:1) nepričakovano odkloniti tudi v nasprotno smer kot vzorci z manjšim razmerjem. Verjetno se to zgodi zaradi prevlade PT materiala, ki ima večji modul elastičnosti.
S 3D tiskanjem smo izdelali vzorce, sestavljene iz dveh plasti (pasivna in aktivna). Za pasivno plast smo uporabili material PT, za aktivno plast pa smo uporabili materiala WPL15 in WPL25. Vzorce smo natisnili z enakimi razmerji, kot so bile izpeljane simulacije. Dodali pa smo tudi vzorce iz čistih materialov (PT, WPL15 in WPL25). Vzorce smo po končanem uravnovešanju v klimi z RZV 25 % in T = 20 °C izpostavili v klimi z RZV 88 %.
Vzorce, sestavljene iz dveh različnih materialov (aktivna in pasivna plast), lahko uvrstimo v kategorijo 4D tiska, saj se elementi ob izpostavitvi v spreminjajoči klimi ob določenem času različno upogibno odklanjajo – spremenijo obliko.
Želeli smo ugotoviti, kako se sistemi dveh materialov obnašajo pri dejanski izpostavitvi v vlažni klimi. Med materialoma pride do notranjih napetosti, ki so posledica razlike med materialom v adsorpciji vlage ter posledično nabrekanja oz. ekspanzije. Iz testiranja dimenzijske stabilnosti je bilo razvidno, da se vsak material krči in nabreka po svoje. Zaradi razlik nabrekov in skrčkov med materialoma ter razlike v modulih elastičnosti se v elementih ustvarja upogibni moment, elementi pa se pri tem uklonijo (Slika 50). Predvidevali smo, da bodo imeli vzorci z razmerjem 2:4 največji upogibni odmik.