{"id":3548,"date":"2023-06-30T19:26:31","date_gmt":"2023-06-30T17:26:31","guid":{"rendered":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/?p=3548"},"modified":"2023-06-30T22:18:07","modified_gmt":"2023-06-30T20:18:07","slug":"bruchtest-3d-druck-resin-vs-pet","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/bruchtest-3d-druck-resin-vs-pet\/","title":{"rendered":"Bruchtest 3D Druck Resin vs PET"},"content":{"rendered":"

Was hat mehr Stabilit\u00e4t bei 3D-Druck-Teilen, Kunstharz oder PET? Ein erster Kurzversuch spricht f\u00fcr PET. Der Beitrag zeigt die Versuchsbedingungen und die Ergebnisse f\u00fcr den Bruchtest 3D Druck.<\/em><\/p>\n

Danke an Klaus Clever f\u00fcr den Druck der Resin-Testlinge.<\/em><\/p>\n

30.06.2023<\/em><\/p>\n

Ausgangslage und Problemstellung<\/h2>\n

Im Projekt Biene40 (http:\/\/bieneviernull.de<\/a>) werden d\u00fcnne Geh\u00e4use(*) mit sehr d\u00fcnnen Wandungen ben\u00f6tigt. Die Stabilit\u00e4t von Teilen aus 3D-Druckern, die mit Filament arbeiten, kann erst ab gewissen Materialdicken erreicht werden. Auch komplexere Drucke (mit integrierten Halterungen f\u00fcr Lithiumzellen) sind mit Filamentdruckern nur mit Zusatzaufwand zu realisieren.<\/p>\n

Das f\u00fchrt zur Idee, solche Bauteile in alternativ in Resin auszuf\u00fchren. Das Verfahren l\u00e4sst auch Bauteile mit „\u00dcberh\u00e4ngen“ und „Balkonen“ zu. Allerdings soll im Vorfeld gekl\u00e4rt werden, ob die Stabilit\u00e4t vergleichbar ist.<\/p>\n

Insbesondere aufgrund der (erwarteten) Anisotropie der Filamentdrucke\u00a0 starten wir mit zwei Vermutungen, die durch eine kleine Messreihe gekl\u00e4rt werden sollen.<\/p>\n

Vermutung 1:<\/strong> Resin erweist sich in einem Biege- und Bruchversuch als stabiler als z.B. PET.<\/p>\n

Vermutung 2:<\/strong> Strukturen, die flach gedruckt sind, haben eine h\u00f6here Stabilit\u00e4t als Strukturen, die hochkant gedruckt sind.<\/p>\n

(*) Grund f\u00fcr d\u00fcnne Geh\u00e4use ist der sogenannte beespace<\/a>. Bei einem „magischen“ Abstand von 7 mm verbauen Bienen Zwischenr\u00e4ume weniger. Daher ist in Bienenst\u00f6cken der Platz f\u00fcr z.B. Sensoren in einer Dimension auf 7 mm begrenzt.<\/p>\n

Untersuchungsdesign<\/h2>\n

Testlinge<\/strong> mit festgelegten Eigenschaften (50mm lang, 10mm breit, 5mm hoch) werden in Resin und in PET gedruckt und Biegeversuchen unterworfen (Abb.1) .<\/p>\n

Der Aufbau f\u00fcr den Biegeversuch ist wie folgt:<\/p>\n

Der Probenaufnehmer<\/strong> besteht aus einem U-f\u00f6rmigen Konstrukt. Die Schenkel des U haben einen Innenabstand von 40 mm. Die Proben k\u00f6nnen auf die U-Schenkel gelegt werden, sie haben auf beiden Seiten eine Auflage von initial 5 mm (Abb. 2).<\/p>\n

Ein Drahthaken<\/strong> erm\u00f6glicht es, einen Eimer mittig an einem Testling so zu befestigen, dass eine Zugkraft mittig auf den Testling ausge\u00fcbt wird und diesen durchbiegt (Abb. 3).<\/p>\n

Der Eimer wird suhzessive mit Wasser gef\u00fcllt, was die Zugkraft erh\u00f6ht. Die Durchbiegung wird mit einer Schieblehre gemessen. Der Abstand der Oberkante des Testlings zum unteren Querbalken des U wird gemessen und gegen das Gewicht (Eimer plus Haken plus Wasserf\u00fcllung) aufgetragen (Abb. 4).<\/p>\n

Das hier eingesetzte Untersuchungsdesign \u00e4hnelt dem in der Literatur beschriebenem Dreipunktbiegeversuch.<\/p>\n

\"Bild<\/a><\/p>\n

Abb. 1: Die Testlinge (gedruckte Rechteckleisten 10mm x 5 mm in 50 mm L\u00e4nge) von links nach rechts: Resin, PET als aufrechte S\u00e4ule gedruckt, PET als Hochkant-Balken gedruckt, PET als flachen Balken gedruckt.<\/em><\/p>\n

\"Bild<\/a><\/p>\n

Abb. 2: Der Probenaufnehmer bildet eine U-f\u00f6rmige Struktur durch ein Fichtenbrett als Basis und zwei aufgeleimten Buchen-Rechteck-Leisten als Schenkel. Durch den ges\u00e4gten Schlitz wird der Drahthaken gef\u00fchrt.<\/em><\/p>\n

\"Bild<\/a><\/p>\n

Abb. 3: Der Drahthaken \u00fcbertr\u00e4gt das Gewicht des Wassereimers als Kraft auf den jeweiligen Testling.<\/em><\/p>\n

\"Bild<\/a><\/p>\n

Abb. 4: Der gesamte Aufbau mit Probenaufnehmer, Testling, Haken und Eimer als „Kraftquelle“<\/em><\/p>\n

Messungen<\/h2>\n

Eimer und Haken wiegen 0,55 kg.<\/p>\n

Es wird Wasser in 1 Liter-Schritten eingef\u00fcllt. Das Gesamtgewicht ist in der ersten Spalte aufgetragen (Tab. 1), der Abstand in der zweiten Spalte f\u00fcr Resin und in der dritten Spalte f\u00fcr PET. Nach einer Bef\u00fcllung mit 6 Litern (entspricht einem Gewicht von 6.55 kg) wurde bei jedem Testling eine Pause eingelegt (5 Minuten) und wiederholt gemessen, um Wanderungseffekte zu erkennen.<\/p>\n

Gewicht  Resin. PET flach\r\nkg       mm     mm\r\nleer     24,8.  24,8\r\n0,55.    24,4.  24,65\r\n1,55.    24,2.  24,5\r\n2,55.    23,9.  24,45\r\n3,55.    23,45  24,5\r\n4,55.    23,05. 24,5\r\n5,55.    22,9.  24,2\r\n6,55.    22,1.  24,2\r\nWarten 3 Minuten\r\n6,55.    21,1.  24,3\r\n<\/pre>\n
Tab. 1: Gegen\u00fcberstellung der Durchbiegung Resin vs. PET-Filament flach gedruckt. Dir Durchbiegung ist bei Resin gr\u00f6\u00dfer als bei PET-Filament.<\/em><\/p>\n
Nach der zweiten Messung wurde die Testlinge jeweils entlastet, um zu sehen, ob sie plastisch verformt sind oder elastisch in die fr\u00fchere Form zur\u00fcckgehen.<\/p>\n
Dabei wird beobachtet:<\/p>\n
    \n
  1. Resin geht auf 23,9 zur\u00fcck (bleibt also etwas verformt)<\/li>\n
  2. PET geht auf 24,5 zur\u00fcck, nach einer l\u00e4ngeren Dauer reversibel wieder auf 24,8.<\/li>\n<\/ol>\n
    Bruch Resin:<\/strong> Eine Fortsetzung der Belastung war nicht zu gleichen Bedingungen m\u00f6glich. Nach dem Einsetzen des Resin Testlings und nach wenigen Minuten brach dieser bei einer Belastung von 6,55 Kg.<\/p>\n
    Durchbiegung PET:<\/strong> Der PET Testling wurde mit 12,55 kg beaufschlagt, zeigte eine Durchbiegung von 22,7, die sich auch im Laufe einer Stunde Belastung nicht ver\u00e4nderte.<\/p>\n
    Durchbiegung PET Variante:<\/strong> Ein weiterer PET-Testling (hochkant gedruckt) wurde nur f\u00fcr einen l\u00e4ngeren Zeitraum mit 12,55 kg belastet, er zeigte ein Nachgeben auf zun\u00e4chst 23,8 und nach einer halben Stunde auf 23,1<\/p>\n
    Bruch PET:<\/strong> Erst bei einer Belastung von \u00fcber 30 kg (gemessen mit einer Kofferwaage) zerbracht der zweite PET Testling.<\/p>\n
    Interpretation<\/h2>\n
    Vermutung 1 wird nicht best\u00e4tigt. Insgesamt scheinen PET-Filament-Drucke deutlich stabiler<\/strong> als Resin Drucke.<\/p>\n
    Vermutung 2 wird ebenfalls nicht best\u00e4tigt. Die vermutete Anisotropie lie\u00df sich hier nicht nachweisen. Man kann also in der Orientierung drucken, wie es „passt“<\/strong>, und muss nicht auf unterschiedliche Stabilit\u00e4ten R\u00fccksicht nehmen.<\/p>\n
    Quellen<\/h2>\n
    Biegeversuch bei Wikipedia<\/a><\/p>\n
    Liste von 3D-Druckern.<\/a><\/p>\n
     <\/p>\n
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