Investigating the effect of different fibre lengths on the mechanical properties of Polyamide 6 parts made via FFF.

Abstract

Fused filament fabrication(FFF) som en additiv produksjonsprosess er på fremmarsj, men lider fortsatt av utilstrekkelig sterke filament som kan brukes i applikasjoner med høy ytelse. Forbedring av de mekaniske egenskapene til polymerene som printes via FFF er av avgjørende betydning for å kunne bruke FFF i flere applikasjoner der høy styrke og stivhet er ønskelig. Denne avhandlingen dekker produksjonen, påfølgende printing og strekktesting av et komposittfilament med karbonfiber(KF) av forskjellige lengder, med og uten sizing, og vekt andel KF. Produksjonen av filament ble gjort med en Composer 450 og en spesialbygget innretning, kalt Feedo, for å fasilitere produksjonen av filament som spenner fra en vektprosent KF (v%KF) på 15-20 og fiberlengder på 0.1, 0.7 og 1 mm. Filamentet ble deretter brukt til å produsere prøver av hvert filament både i z-retningen og xy-retningen ved hjelp av en Vivedion Core XY, og deretter strekkteste prøvene. Filamentet ble evaluert ved å analysere strekkstyrken, gjennomsnittlig kvadratrotavvik (GSKA) for filamentet og bruddflaten etter strekktesting. Filamentet viste bemerkelsesverdig forbedring i strekkstyrke, med en maksimal økning i styrke på 178,1% sammenlignet med ren polyamid 6 (PA6). Selv om maksimal styrke var høy, presterte noen av filamentene betydelig dårligere enn først antatt, spesielt en blanding av PA6 med 15v%KF ved bruk av 1 mm KF, men beholdt en bedre standardavvik (SA) enn sine konkurrenter.

Fused filament fabrication(FFF) as an additive manufacturing(AM) process is on the rise, but it still suffers from insufficiently strong filaments in high-performance applications. Improving the mechanical properties of the polymers printed via FFF is of crucial importance to be able to use FFF in more applications where high strength and stiffness are desirable. This thesis covers the production, subsequent printing, and tensile testing of a composite filament with carbon fibres(CF) of different lengths, with and without sizing, and weight fractions. The production of filament was done with a Composer 450 and a custom-built addon, called Feedo, to facilitate filament production ranging from a weight percent CF(w%CF) of 15-20 and fibre lengths of 0.1, 0.7 and 1mm. The filament was then used to print specimens of each filament in the z-direction and the xy-direction using a Vivedion Core XY and subsequent tensile testing of the specimens. The filament was evaluated by analysing the tensile strength, Root Mean Square Error(RMSE) of the filament and the fracture surface after tensile testing. The filament showed remarkable improvement in tensile strength, with a maximum increase in strength of 178.1% compared to pure polyamide 6(PA6). Although the maximum strength was high, some filaments performed considerably poorer than first anticipated, particularly a mix of PA6 with 15w%CF using 1mm sized CF but retaining a better standard deviation(SD) than its peers.