Mechanical strength of 3D-printed dental parts
Paalanen, Jere (2023)
Kandidaatintyö
2023
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023060652614
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023060652614
Tiivistelmä
The aim of this thesis was to investigate the mechanical properties of parts manufactured with the Creo C5 3D printer using vat photopolymerization (VP). The study involved reviewing existing studies and literature, and by designing and conducting a tensile strength test on 3D printed tensile test pieces. The results of this thesis will help to understand the behavior of parts made with VP under stress, and the effects of different printing parameters on the mechanical properties of the parts.
The literature review identified a lack of knowledge about the strength properties of parts made with VP. Therefore, the study also examined the effects of different parameters on the mechanical properties of FDM 3D printed parts to see if the findings could be applied to VP. The literature review found that layer thickness and print orientation have a significant influence on the mechanical properties of FDM 3D printed parts. It was also discovered that proper post-processing can improve the tensile strength of parts produced by VP by up to 100%.
The experimental phase involved designing and 3D printing tensile test pieces with varying printing angle, orientation, and layer thickness. Tensile strength tests were conducted on eight unique test pieces to determine their ultimate tensile strength and elongation at break. The results revealed that the inter-layer bond of the parts was more durable than the intra-layer bond. Additionally, the highest tensile strength was achieved when the tensile test piece was printed at a 45-degree angle to the build plate with a thinner layer thickness. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää Creo C5 3D-tulostimella allasvalokovetus menetelmällä valmistettujen osien mekaanisia ominaisuuksia. Työ toteutettiin tutustumalla olemassa oleviin tutkimuksiin, ja kirjallisuuteen, sekä suunnittelemalla ja toteuttamalla vetolujuuskoe 3D- tulostetuille vetokoesauvoille. Työn tulokset auttavat ymmärtämään allasvalokovetuksella valmistettujen osien käyttäytymistä rasituksen alla, sekä eri tulostusparametrien vaikutuksia osien lujuusteknisiin ominaisuuksiin.
Kirjallisuuskatsaus osoitti, ettei allasvalokovetuksella valmistettujen osien lujuusominaisuuksista ole valtavasti tietoa, joten tutkimuksessa käsiteltiin myös FDM 3D -tulostuksen parametrivaikutuksia osien mekaanisiin ominaisuuksiin, jotta nähtäisiin voiko tuloksia soveltaa myös allasvalokovetukseen. Kirjallisuuskatsauksessa havaittiin selkeä kaava kerrospaksuuden, sekä tulostusorientaation vaikutukseen FDM 3D-tulostettujen osien lujuuskestävyyteen. Löydettiin myös, että allasvalokovetuksella valmistettujen osien lujuuskestävyyttä voi parantaa jopa 100 % oikeaoppisella jälkikäsittelyllä.
Kokeellisessa osassa suunniteltiin ja 3D- tulostettiin vetokoesauvat varioimalla tulostussuuntaa, -orientaatiota, sekä kerrospaksuutta. 8 uniikille vetokoesauvalle tehtiin vetolujuuskoe, jolla selvitettiin osien murtolujuus ja – venymä. Vetolujuuskokeilla todettiin osien kerrostenvälisen sidoksen olevan kestävämpi, kuin kerroksen sisäinen sidos. Suurin murtolujuus saavutettiin, kun vetokoesauva tulostettiin pohja 45 asteen kulmassa alustaan nähden ohuemmalla kerrospaksuudella.
The literature review identified a lack of knowledge about the strength properties of parts made with VP. Therefore, the study also examined the effects of different parameters on the mechanical properties of FDM 3D printed parts to see if the findings could be applied to VP. The literature review found that layer thickness and print orientation have a significant influence on the mechanical properties of FDM 3D printed parts. It was also discovered that proper post-processing can improve the tensile strength of parts produced by VP by up to 100%.
The experimental phase involved designing and 3D printing tensile test pieces with varying printing angle, orientation, and layer thickness. Tensile strength tests were conducted on eight unique test pieces to determine their ultimate tensile strength and elongation at break. The results revealed that the inter-layer bond of the parts was more durable than the intra-layer bond. Additionally, the highest tensile strength was achieved when the tensile test piece was printed at a 45-degree angle to the build plate with a thinner layer thickness.
Kirjallisuuskatsaus osoitti, ettei allasvalokovetuksella valmistettujen osien lujuusominaisuuksista ole valtavasti tietoa, joten tutkimuksessa käsiteltiin myös FDM 3D -tulostuksen parametrivaikutuksia osien mekaanisiin ominaisuuksiin, jotta nähtäisiin voiko tuloksia soveltaa myös allasvalokovetukseen. Kirjallisuuskatsauksessa havaittiin selkeä kaava kerrospaksuuden, sekä tulostusorientaation vaikutukseen FDM 3D-tulostettujen osien lujuuskestävyyteen. Löydettiin myös, että allasvalokovetuksella valmistettujen osien lujuuskestävyyttä voi parantaa jopa 100 % oikeaoppisella jälkikäsittelyllä.
Kokeellisessa osassa suunniteltiin ja 3D- tulostettiin vetokoesauvat varioimalla tulostussuuntaa, -orientaatiota, sekä kerrospaksuutta. 8 uniikille vetokoesauvalle tehtiin vetolujuuskoe, jolla selvitettiin osien murtolujuus ja – venymä. Vetolujuuskokeilla todettiin osien kerrostenvälisen sidoksen olevan kestävämpi, kuin kerroksen sisäinen sidos. Suurin murtolujuus saavutettiin, kun vetokoesauva tulostettiin pohja 45 asteen kulmassa alustaan nähden ohuemmalla kerrospaksuudella.