Measuring the Surface Roughness of Composite Materials produced by FDM Technology

Abstract

In the manufacturing process, it is imperative to thoroughly measure and inspect produced components for quality. This entails a meticulous series of checks and tests to ensure each component meets required standards and specifications. Employing quality control methods such as both contact and non-contact techniques facilitates monitoring and enhancing manufacturing quality. High-quality components enable manufacturers to meet customer expectations, minimize waste, and bolster profitability. Fused deposition modeling (FDM) is a prevalent manufacturing method utilizing material extrusion additive technology known for its cost-effectiveness. However, there exists limited exploration regarding the influence of various FDM process parameters on surface roughness parameters like Ra, Rq, and Rz across different facets (bottom, hole, and wall). This knowledge gap presents a challenge in achieving the desired quality levels for functional parts. Furthermore, assessing stress relaxation pre and post-printing is vital to ensure compliance with quality standards. This research endeavors to address this gap by analyzing the surface roughness of printed components under varied process parameters for materials such as CPE, Nylon PA12, and CF. Optical microscopy will scrutinize surface morphology while a CMM machine will measure geometric shape. Through this analysis, we aim to optimize manufacturing processes by identifying optimal parameters for producing functional components with desired surface roughness and quality.

Ve výrobním procesu je nezbytné důkladně měřit a kontrolovat kvalitu vyráběných komponentů. To zahrnuje pečlivou sérii kontrol a testů, aby se zajistilo, že každý komponent splňuje požadované normy a specifikace. Použití metod kontroly kvality, jako jsou kontaktní i bezkontaktní techniky, usnadňuje sledování a zvyšování kvality výroby. Vysoce kvalitní komponenty umožňují výrobcům splnit očekávání zákazníků, minimalizovat odpad a posílit ziskovost. Fused deposition modeling (FDM) je převládající výrobní metoda využívající aditivní technologii vytlačování materiálu, která je známá svou nákladovou efektivitou. Existuje však omezený výzkum týkající se vlivu různých parametrů procesu FDM na parametry drsnosti povrchu, jako jsou Ra, Rq a Rz napříč různými fazetami (dno, díra a stěna). Tato mezera ve znalostech představuje výzvu při dosahování požadovaných úrovní kvality funkčních dílů. Posouzení uvolnění napětí před a po tisku je navíc zásadní pro zajištění souladu s normami kvality. Tento výzkum se snaží tuto mezeru vyřešit analýzou drsnosti povrchu tištěných součástí za různých procesních parametrů pro materiály, jako jsou CPE, Nylon PA12 a CF. Optická mikroskopie bude zkoumat morfologii povrchu, zatímco souřadnicový měřicí stroj bude měřit geometrický tvar. Prostřednictvím této analýzy se snažíme optimalizovat výrobní procesy identifikací optimálních parametrů pro výrobu funkčních součástí s požadovanou drsností a kvalitou povrchu.