Additív technológiák alkalmazhatóságának vizsgálata reprodukálható szemcsés anyagok létrehozásához
A különböző szemcsés anyagok fizikai tulajdonságai nagy szerepet játszanak mezőgazdasági gépek, vasúti ágyazatok, egyes élelmiszeripari, illetve gyógyszeripari folyamatok tervezésénél. A szemcsés anyagok alakhatás vizsgálatának eredményei segítik az őket kezelő gépek és a bennük lejátszódó folyamatok tervezését, illetve modellezését.
A szemcsés anyaghalmazt alkotó egyedi szemcsék alakja és a halmaz mechanikai tulajdonságai közti összefüggés erősen kutatott terület [1-3]. Bár a tapasztalatok és numerikus eljárások igazolják, hogy az alakhatás nagy szerepet játszik a halmaz mechanikai tulajdonságaiban, a pontos analitikus összefüggések megtalálása nagy kihívást jelent. Ennek egyik oka a halmazt alkotó szemcsék geometriai változatossága, azaz a szemalak és a szemek irányultságnak ismeretlensége.
A tudományos diákköri dolgozatunkban bemutatott kutatás során olyan additív eljárásokat kerestünk és gondoltunk ki, amelyekkel szabálytalan alakú szemcsék és ezekből felépített halmazok gyárthatók, valamint reprodukálhatók, ezzel lehetővé téve a kísérletek megismételhetőségét, ami elősegíti a szemcsés anyagokat vizsgáló számítási eljárások (pl. diszkrételemes módszer) validálását és adott számítások verifikálását.
Ezt követően anyagokat kerestünk a kísérletekhez, melyek feldolgozhatók a kiválasztott additív technológiákkal, és összevetettük a valódi vasúti zúzottkövek mechanikai viselkedésével. Az additív technológiák közül próbatesteket készítettünk a Gép- és Terméktervezés Tanszék ömledékrétegező (FDM) és PolyJet nyomtatóival, valamint a gödöllői Industrial Service Center Multi Jet Fusion berendezésével. Létrehoztunk továbbá próbatesteket kézi öntéssel epoxi, poliuretán, poliészter gyantákból, betonból, kerámiaporból, aljzatkiegyenlítőből és EPS ragasztóból. Az anyagtulajdonságokat egytengelyű nyomóvizsgálatok és hárompontos hajlító vizsgálatok segítségével határoztuk meg. A kísérletekről a Polimertechnika Tanszék digitális elmozdulás mérője segítségével videofelvételeket készítettünk, így lehetőségünk adódott a nyúlások és a tönkremeneteli folyamat pontosabb vizsgálatára.
Kutatásunk végén megállapítottuk a feszültség-nyúlás diagramok és a mérésről készült videofelvételek alapján, hogy a PolyJet technológiával lehet a legnagyobb nyomószilárdságú additívan gyártott próbatesteket előállítani, kisméretű zúzottkövek poliészter gyantába ágyazásával pedig a feszültség-nyúlás diagramokat és a valódi zúzottkövek rugalmassági modulusát tudtuk a legjobban reprodukálni. Végül javaslatot tettünk a kutatás továbbhaladására, melynek során egyedi és halmazbeli szemcsék viselkedését tervezzük vizsgálni.
Irodalom:
1. J. I. González, E. Oñate, és F. Salazar, „Numerical analysis of railway ballast behaviour using the Discrete Element Method”, Monograph CIMNE, 2018.
2. J. Landauer, M. Kuhn, D. S. Nasato, P. Foerst, és H. Briesen, „Particle shape matters–Using 3D printed particles to investigate fundamental particle and packing properties”, Powder Technology, köt. 361, o. 711–718, 2020.
3. S. Ji, S. Wang, és Z. Zhou, „Influence of particle shape on mixing rate in rotating drums based on super-quadric DEM simulations”, Advanced Powder Technology, 2020.
szerzők
-
Pásthy László
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc) -
Szabó Bence
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Tamás Kornél
egyetemi docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék -
-
Dr. Rádics János Péter
adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
