SLS technológiával nyomtatott hőre lágyuló poliuretán feszültség-nyúlás karakterisztikájának meghatározása
Determination of stress-strain characteristics of thermoplastic polyurethane printed with SLS technology
Keywords:
SLS, TPU, 3D printing, Sinterit Flexa Soft, material characteristics, /, 3D nyomtatás, anyagi viselkedésAbstract
Because thermoplastic polyurethane (TPU) is an elastomer, it has elastic and viscous properties. It is frequently used for sports equipment, automotive industry components, or special grippers used in automation due to its high flexibility, good environmental and wear resistance, and durability. TPU can be processed using 3D printing techniques; the highest level of precision and form freedom are offered by selective laser sintering (SLS) printers. Static finite element analysis using an adequately adjusted material model with displacement degree of freedom can be used to examine the design of the product that is produced in this way. The nonlinear elastic isotropic behaviour of rubber can be described by a hyperelastic material model. The material response to uniaxial, biaxial, and pure shear loads must be measured to fit the strain energy density-based models' parameters. The behaviour of the Sinterit Flexa Soft material under uniaxial loading is examined in this article.
Kivonat
A hőre lágyuló poliuretán (TPU) az elasztomerek csoportjába tartozik, azaz egy elasztikus és viszkózus tulajdonságokkal rendelkező polimer. Jó környezeti és kopásállóságának, továbbá nagymértékű rugalmasságának köszönhetően széles körben alkalmazott sporteszközöknél, járműipari alkatrészeknél, vagy éppen automatizálásban alkalmazott egyedi megfogókhoz. A TPU feldolgozható 3D nyomtatási technológiákkal, melyek közül a szelektív lézerszinterező (SLS) nyomtatók adják a legnagyobb pontosságot és formai szabadságot. Az így létrehozható termék tervezését statikai végeselemes analízissel és jól beállított elmozdulás szabadságfokú anyagmodellel lehet elvégezni. A gumi nemlineárisan nagymértékű rugalmas izotrop viselkedését hiperelasztikus anyagmodellel lehet leírni. Az energia alapú modellek paramétereinek illesztéséhez szükséges az egy- és kéttengelyű, valamint tiszta nyíró igénybevételre adott anyagi viselkedések meghatározása. Jelen cikk a Sinterit Flexa Soft alapanyag egytengelyű terhelés alatti viselkedését vizsgálja.
References
Efremov, S.; Martínez, J.; Lefebvre, S. 3D Periodic Cellular Materials with Tailored Symmetry and Implicit Grading. Comput. Des. 2021, 140, 103086, doi:10.1016/j.cad.2021.103086.
Bergström, J. Mechanics of Solid Polymers; Elsevier, 2015; ISBN 9780323311502.
Tamás, P.; Bojtos, A.; Décsei-Paróczi, A.; Fekete, R.T. Végeselem Módszerek; BME MOGI, 2014; ISBN 9789633131459.
Bortoli, D.D.; Wrubleski, E.; Marczak, R.J. Hyperfit – Curve Fitting Software For Incompressible Hyperelastic Material Models. 21st Brazilian Congr. Mech. Eng. 2011, doi:10.13140/2.1.4055.7448.
MCalibration; PolymerFEM LLC; Dover, MA, USA; https://polymerfem.com/mcalibration/;
Bonet, J.; Wood, R.D. Nonlinear Continuum Mechanics for Finite Element Analysis; 2nd ed.; Cambridge University Press: Cambridge, 2008; ISBN 978-0-511-39468-3.
Kozák, I. Kontinuummechanika; Miskolci Egyetemi Kiadó: Miskolc, 1995;
Ward, I.M.; Sweeney, J. Mechanical Properties of Solid Polymers; John Wiley & Sons, Ltd: Chichester, UK, 2012; Vol. 1; ISBN 9781119967125.
Rivlin, R.S. Large Elastic Deformations of Isotropic Materials. I. Fundamental Concepts. Philos. Trans. R. Soc. London. Ser. A, Math. Phys. Sci. 1948, 240, 459–490, doi:10.1098/rsta.1948.0002.
Mooney, M. A Theory of Large Elastic Deformation. J. Appl. Phys. 1940, 11, 582–592, doi:10.1063/1.1712836.
Ogden, R.W.; A, P.R.S.L. Large Deformation Isotropic Elasticity – on the Correlation of Theory and Experiment for Incompressible Rubberlike Solids. Proc. R. Soc. London. A. Math. Phys. Sci. 1972, 326, 565–584, doi:10.1098/rspa.1972.0026.
Yeoh, O.H. Some Forms of the Strain Energy Function for Rubber. Rubber Chem. Technol. 1993, 66, 754–771, doi:10.5254/1.3538343.
Arruda, E.M.; Boyce, M.C. A Three-Dimensional Constitutive Model for the Large Stretch Behavior of Rubber Elastic Materials. J. Mech. Phys. Solids 1993, 41, 389–412, doi:10.1016/0022-5096(93)90013-6.
Gent, A.N. A New Constitutive Relation for Rubber. Rubber Chem. Technol. 1996, 69, 59–61, doi:10.5254/1.3538357.
Flexa Soft Sinterit Available online: https://sinterit.com/materials/flexa-soft/ (Utolsó letöltés: 2023.02.20).
Dadbakhsh, S.; Verbelen, L.; Vandeputte, T.; Strobbe, D.; Van Puyvelde, P.; Kruth, J.-P. Effect of Powder Size and Shape on the SLS Processability and Mechanical Properties of a TPU Elastomer. Phys. Procedia 2016, 83, 971–980, doi:10.1016/j.phpro.2016.08.102.
