Podstatou této zkoušky je p eražení zkušebního t lesa umíst ného na dvou podp rách pomocí b itu kyvadlového kladiva [4]. Zkouška probíhá za podmínek stanovených v norm ČSN ISO 148-1:2010 a EN ISO 14556:2000. Jejím cílem je zjistit závislost nárazové síly a pr hybu zkušebního t lesa b hem rázu [3]. Zkouška byla provedena v laborato i Technické univerzity v Liberci na za ízení Lab Test CHK 450 J-I.
3.2.1 Zkušební t leso
Zkušební t leso daných rozm r je opat eno vrubem, v tomto p ípad V-vrubem, tak aby došlo k lomu a ne pouze k plastické deformaci t lesa.
Pro tuto zkoušku bylo zhotoveno celkem 17 zkušebních t les:
KONVENČNÍ T LESA
Nejprve bylo vyrobeno 5 zkušebních t les ze základové desky vložky chlazení stejn jako u zkoušky tahem. Tato t lesa p edstavovala skupinu konvenčn vyrobených vzork .
3D TIŠT NÁ ZKUŠEBNÍ T LESA
Aditivní technologií SLM bylo následn vyrobeno 12 vzork . Z toho byly 3 vzorky vytišt ny s orientací 0° v či základové desce Ěobrázek 31b), tyto vzorky byly následn vyžíhány ke snížení pnutí. Poté se vytisklo 9 vzork s orientací 90° v či základové desce Ěobrázek 31b).
Z toho 5 vzork bylo op t vyžíháno ke snížení pnutí a 4 byly tepeln zpracovány jako konvenční t lesa. Pro tisk byly použity stejné procesní parametry jako p i výrob I. a II. verze tišt né vložky.
Obrázek 31 - Zkušební t leso pro rázovou zkoušku:
aě výkres zkušebního t lesa [4], bě orientace tišt ného t lesa: vertikální 90°, horizontální 0°
b) a)
44 32a,b. Na snímcích nejsou viditelné vrstvy prášku tavené laserem ani p ípadná porezita materiálu.
Zkušební vzorky nevykazují žádné mechanické vady.
3.2.2 Nam ené hodnoty a vyhodnocení
Rázová zkouška byla vyhodnocena dle vzhledu lomové plochy a velikosti nárazové práce.
V p íloze jsou uvedeny pr b hy zkoušek zobrazující závislost mezi sílou a pr hybem vzorku.
VZHLED LOMOVÉ PLOCHY
Vzhled lomové plochy p eražených zkušebních t les vypovídá o tom, že se jedná o k ehký nikoli houževnatý lom. K ehký lom se vyznačuje tím, že nedochází k deformaci pr ezu vzorku a na lomové ploše jsou viditeln v tší krystalky [4].
Na lomové ploše tepeln zpracovaných vzork lze vid t, že je materiál více houževnatý než u vzork , které byly pouze žíhány. Dvojnásobným popoušt ním p i tepelném zpracování se totiž snížila tvrdost a tedy i k ehkost vzork . To že je materiál více houževnatý ukazuje to, že se krom št pné plochy objevují na okrajích pr ezu i smykové plochy, viz obrázek 33c,d.
U konvenčního vzorku je sice podíl smykové plochy menší než u tišt ného, na druhou stranu u n j došlo k nepatrnému p íčnému rozší ení. Proto nelze jednoznačn určit, který z tepeln zpracovaných vzork bude mít vyšší hodnoty vrubové houževnatosti.
a) b) Obrázek 32 - RTG
snímky zkušebního t lesa:
a) vertikální t leso (90°ě, bě horizontální (0°)
Obrázek 33 - Vzhled lomové plochy u jednotlivých vzork :
a) 3D tisk - orientace 0° - žíháno, bě 3D tisk – orientace 90° - žíháno, c) 3D tisk – 90° - tepeln zpracováno, dě konvenční – tepeln zpracováno
a) b) c) d)
45 Tišt né vzorky, které nebyly tepeln zpracovány a liší se pouze v orientaci p i tisku, nevykazují žádné p íčné rozší ení ani podíl smykové plochy. Lze tedy konstatovat, že jsou oproti zbylým vzork m mnohem k ehčí.
VZHLED LOMOVÉ PLOCHY – vyhodnocení pomocí mikroskopu
K p esn jšímu vyhodnocení lomové plochy bylo použito za ízení SEM ĚSkenovací elektro-nová mikroskopieě Carl Zeiss ULTRA plus. Skenovací elektronový mikroskop využívá namísto sv tla proud elektron , které dopadají na povrch zkoumaného vzorku. Výsledný obraz se získá detektoru nep ímou metodou – z elektron odražených od povrchu nebo sekundárních elektron . Na obrázku 34 jsou uvedeny snímky po ízené na SEM. Lze vid t, že krystalky u tišt ného vzorku jsou výrazn jší než u konvenčního vzorku. Což op t potvrzuje to, že je tišt ný materiál výrazn k ehčí.
Vyhodnocení rázové zkoušky dle lomové plochy je pouze orientační. Pro určení houževnatosti se tedy bude vycházet z nárazové práce.
NÁRAZOVÁ PRÁCE, VRUBOVÁ HOUŽEVNATOST
Pro vyhodnocení zkoušky byla použita hodnota práce Wiu, která odpovídá okamžiku iniciace trhliny [3]. V následující tabulce 4 jsou uvedeny pr m rné hodnoty této práce pro jednotlivé typy vzork a hodnoty vrubové houževnatosti. V p íloze jsou také uvedeny grafy závislostí síly na dráze, které byly nam eny v pr b hu vrubové zkoušky.
Obrázek 34 - Snímky lomové plochy zkušebního t lesa pro vrubovou zkoušku:
aě 3D tisk, bě konvenční výroba
46 Tabulka 4 - Výsledky rázové zkoušky
Typ vzorku Tepelné zpracování Práce Wiu [J]
Vrubová houževnatost
KV [J/cm2]
3D tisk – orientace 0° žíháno ke snížení pnutí 2,556 6,937 3D tisk – orientace 90° žíháno ke snížení pnutí 5,364 10,188 3D tisk – orientace 90° žíháno, kaleno a 2x
popoušt no 10,760 20,163
Konvenční výroba žíháno, kaleno a 2x
popoušt no 18,530 28,783
Z hodnot nam ených b hem rázové zkoušky a z pr b hu vrubové zkoušky vyplývá, že k p eražení zkušebního t lesa vyrobeného pomocí 3D tisku stačí výrazn menší práce. U vytišt ného vzorku, orientovaného 0° v či základové desce, stačí k iniciaci trhliny v míst vrubu pouze 2,6 J. U vzork orientovaných o 90° v či základové desce už bylo pot eba dvojnásobn vyšší práce. Pro lom klasicky vyrobeného zkušebního vzorku už bylo nutné použít práci o velikosti 18,5 J.
V p ípad , že bylo vytišt né zkušební t leso s orientací 90° tepeln zpracováno stejným zp sobem jako konvenční t leso, jeho hodnota práce se zdvojnásobila. Tepelným zpracováním se totiž snížila tvrdost a t leso nebylo tak k ehké. P esto se nevyrovnalo hodnotám práce konvenčního zkušebního t lesa.
Z vypočtené vrubové houževnatosti plyne, že jsou vytišt né vzorky oproti konvenčním mnohem k ehčí a h e odolávají náraz m. I v p ípad že jsou vzorky z 3D tiskárny tepeln zpracovány, k jejich p eražení je pot eba pouze poloviční práce v porovnání s konvenčními vzorky.
47