Testen die kunnen worden uitgevoerd Inleiding
Het polyurethaan giethars zal moeten worden getest op eigenschappen en de geschiktheid voor de 3D printer. Tevens kan het uitwijzen of er toch een ander materiaal gekozen moet worden voor het eindproduct. Om de materiaalsamenstelling en geschiktheid voor het 3D printen te testen zijn de volgende experimenten bedacht:
Percentage zaagsel: Voeg verschillende hoeveelheden zaagsel toe en bekijk wat de verschillen zijn. Grofheid zaagsel: Voeg verschillende grofheden zaagsel toe en bekijk wat de verschillen zijn.
Vervorming: Een blokje wordt opgebouwd en direct worden de dimensies opgemeten, het meten wordt herhaald
na het uitharden en de resultaten worden vergeleken.
Stapelbaarheid: Er wordt met meerdere laagjes een muurtje gebouwd, resultaten als inzakken, omvallen en
uitlopen zijn van belang. Voor de problemen en dingen die goed lopen wordt een oorzaak gezocht en oplossing beschreven. (Deze test kan gedaan worden met een verschillende periode tussen de laagjes.)
Doordat er maar een liter giethars beschikbaar is worden de eerste testen met kleine spuitjes van 10 mL gedaan. De spuitmond wordt uitgeboord zodat er een vergelijkbare opening van 13 mm meter wordt verkregen. De diameter van de spuiten is ongeveer 15 mm, daardoor ontstaat er bij het boren een klein randje. Bij een tweede spuit wordt de gehele spuitmond weggeschuurd, waardoor er geen randje meer is en de volledige cilindervorm uit de spuit geëxtrudeerd kan worden.
De strepen worden gemaakt in een hoek van ongeveer 45 graden. En zoals de 3D printer dat zal doen. De 3D printer spuit loodrecht op het oppervlak en meer materiaal dan het oppervlak waar het overheen gaat. Het wordt daardoor tussen de spuitmond en het oppervlak geperst. Daardoor ontstaat een bredere baan, dat voor meer steun zorgt, en de druk zorgt voor een betere hechting tussen de oppervlakken.
Om de resultaten van het experiment nauwkeuriger te maken dan bij het eerste experiment worden bij deze experimenten gewichtsdelen gebruikt in plaats van volumedelen.
Benodigdheden
Zaagsel (3 grofheden)
Twee componenten giethars
Mengbekers Weegschaal Roerstokjes Plank Spuiten 10 mL Lege kitkokers Kitpistool Stanleymes Kleine zaag
Aantekeningenboekje met schrijfgerei
Stucpapier, karton of kranten
Watervaste stift
Fototoestel
Werkwijze
Experiment 2.1 – Percentage zaagsel
Zet klaar:
o 8x 10 gram A component en 8,3 gram B component giethars
o 8 maal een bakje zaagsel, met inhoud: 1.83 gr., 3.66 gr., 2x 7.32gr., 5.49 gr., 2x 9.15., 12.81 gr. De verhoudingen zijn op gewicht: 9,1%; 16,7%; 23.1%; 28,6%; 33,3% en 41,2% zaagsel.
o Kleine spuiten 10 mL met een aangepaste spuitmond van 13 mm. o Een roerhoutje.
o Een plank.
Doe dit een voor een:
o Doe een de harscomponenten bij elkaar, meng totdat een egale kleur is ontstaan. o Doe een bakje zaagsel bij de hars en meng tot een homogene massa is ontstaan. o Doe het mengsel in de spuit.
o Spuit een streep van 10 cm op de plank.
o Beschrijf hoe het mengen en deponeren ging. Hoe het materiaal er uit ziet en of het consistent is. Maak ook foto’s.
o Herhaal voor elke verhouding.
Experiment 2.2 – Grofheid zaagsel (Niet uitgevoerd!)
Zet klaar:
o 3x 10 gram A component en 8,3 gram B component giethars.
o 3 maal een bakje zaagsel, met inhoud: 6.405 gr. Waarvan 1 met fijn zaagsel, 1 met middelgrof zaagsel en 1 met grof zaagsel. De verhouding is dan 25,9% zaagsel op gewicht.
o Kleine spuiten 10 mL met een aangepaste spuitmond van 13 mm. o Een roerhoutje.
o Een mengbakje.
o Een plank.
Doe dit een voor een:
o Doe een de harscomponenten bij elkaar, totdat een egale kleur is ontstaan. o Doe een bakje zaagsel bij de hars en meng tot een homogene massa is ontstaan. o Doe het mengsel in de spuit.
o Spuit een streep van 10 cm op de plank.
o Beschrijf hoe het mengen en deponeren ging. Hoe het materiaal er uit ziet en of het consistent is. Maak ook foto’s.
o Herhaal voor elke verhouding.
Experiment 2.3 – Stapelbaarheid (Niet uitgevoerd!)
Zet klaar:
o 150mL lijm, let op de verhouding a en b component, zet deze apart van elkaar. Max. 310 mL in de kitkoker, let op hoeveelheid zaagsel.
o Een bakje zaagsel, met het hiervoor gekozen zaagsel. Max. 310 mL in de kitkoker, let op hoeveelheid zaagsel.
o Een lege kitkoker, met spuitdop van 13 mm en plunjer. o Het kitpistool.
o Een roerhoutje. o Een lepel. o Een plank.
Doe dit een voor een:
o Doe een bakje zaagsel bij de hars en meng goed.
o Doe vervolgens de harder erbij en roer een minuut heel goed. Schrijf de tijd op. o Doe het mengsel in de kitkoker.
o Doe de kitkoker in de kitspuit. o Spuit een streep van 15 cm.
o Spuit bovenop de vorige streep nog een streep van dezelfde lengte, doe dit vijf maal. o Herhaal de vorig twee stappen totdat de spuit leeg is, schrijf de tijd op.
o Beschrijf hoe het mengen en deponeren ging. Hoe het materiaal er uit ziet en of het consistent is. Maak ook foto’s. (Gebruik de kopjes: Nr. muur, Tijd, foto’s en beschrijving.
o Na drogen, zaag een deel door of zaag een zijkant weg zodat de binnenkant zichtbaar is. o Beschrijf hoe de binnenkant er uit ziet, consistentie, bijzondere eigenschappen. Maak foto’s.
Resultaten
De mengsels met 9,1%, 16,7% en 23,1% zaagsel werden geëxtrudeerd onder een hoek van ~45 graden. De spuitmond had een randje door de spuitmondgrootte van 13 mm. De mengsels extrudeerden redelijk gemakkelijk. Het bleek dat de mengsels met meer dan 23,1% zaagsel niet geëxtrudeerd konden worden, die liepen vast tegen het randje. Daarom zijn de mengsels met 28,6 en 33,3% zaagsel via de achterkant uit de spuit gehaald en in die vorm aangebracht. Doordat ze al geperst waren behouden ze heel goed de cilindervorm van de spuit.
De mengsels met 9,1 en 16,7%% zaagsel extruderen zeer gemakkelijk. De hoeveelheid vloeistof is daarvan de oorzaak. Het zaagsel kan die hoeveelheid vloeistof niet vasthouden en direct na het extruderen begint de vloeistof uit de strepen te lopen. Voornamelijk bij het mengsel met 9,1% zaagsel is de hoeveelheid uitgelopen vloeistof onacceptabel en kan dus niet gebruikt worden in de 3D printer. Ook is te zien dat de strepen daardoor inzakken en niet vormvast zijn. De streep met 23,1% zaagsel verliest niet het bindmiddel en behoud zijn vorm. Door de variabele spuitdruk wordt hier en daar meer vloeistof uit het zaagsel geperst en dat loopt wel uit. Dit mengsel extrudeert moeilijker en heeft last van opstoppingen. Doordat het mengsel nog wel te extruderen is en het bindmiddel vastgehouden wordt en de streep vormvast is, is dit een kandidaat om verder mee te experimenteren. Bij elk mengsel wordt onder druk wordt het bindmiddel een beetje tussen de zaagselvezels uit geperst.
Om hogere percentages zaagsel te testen is de spuit zonder randje gebruikt. Van percentages 23,1, 33,3 en 41,2% zijn mengsels gemaakt. Na het vullen werd de inhoud eerst samengedrukt om een perskracht te simuleren. Daarna werd met elk mengsel twee strepen getrokken, een onder een hoek van 90 graden en een onder een hoek van ~30 graden met het oppervlak.
Bij het extruderen van de mengsels met hogere percentages zaagsel is duidelijk te zien dat de richting van het extruderen invloed heeft op de kwaliteit van de gelegde streep. Als de richting van het extruderen nagenoeg horizontaal is blijft de streep heel. Het breekt niet en het oppervlak blijft mooi glad. Zodra grotere hoeken worden gekozen gaat de streep breken doordat de vaste massa niet vloeibaar genoeg is om een bocht te kunnen maken. Bij een hoek van 90 graden zorgt de verplaatsing van de spuitmond voor een afschuivende werking in het materiaal. Het materiaal dat op het oppervlak wordt geperst blijft staan en dat laagje breekt af van het geëxtrudeerde deel. Dat proces herhaalt zich, zodat een grof, gebroken en uit laagjes bestaande streep ontstaat.
Bij meer lijm heeft de streep een hogere dichtheid van vloeistof, maar de kwaliteit van de streep lijkt daardoor niet beter te worden.
Bij het uitvoeren van deze testen is opgevallen dat het zaagselmengsel snel achter een randje vast kan gaan zitten. Het is van belang de spuitmond dus geen plotselinge vernauwingen bevat. Om deze eigenschap te controleren is er een test gedaan met zonnebloemolie in de grote kitspuit. Zonnebloemolie heeft een viscositeit die ongeveer gelijk (iets dunner) is met die van de giethars. De spuitmond van de kitspuit heeft ook een plotselinge vernauwing van 3 cm naar 13 mm. Het mengsel zonnebloemolie en zaagsel was dan ook niet met de kitspuit te verwerken. De olie werd tussen het zaagsel uit geperst en het zaagsel kwam niet uit de spuitmond. Met fijner zaagsel en met een roomspuit, die een taps toelopende spuitmond heeft, leek de test iets beter te gaan. De spuit liep na extrusie van een brokje van het mengsel vast.
Conclusies
Als na droging de sterkte van de strepen met veel zaagsel voldoende is, geeft dat aan dat het bindmiddel sterk genoeg is en dat de eis van een hoog percentage zaagsel gehaald kan worden. Nadelen aan de combinatie bindmiddel en zaagsel die voor deze test gebruikt is zijn: Het mengsel breekt snel als het zacht is, het is geen nette hoog viskeuze streep met veel flexibiliteit en bij plotselinge verkleiningen in de extruder zet het zich vast en onder druk wordt het vloeibare bindmiddel tussen de vezels uit geperst.
Onder 23.1% loopt het bindmiddel uit de streep, ze zijn daardoor niet vormvast. Daarboven zijn de strepen vormvast en geschikt voor producten. Er kan met het hoogste percentage verder worden geëxperimenteerd om de maximale hoeveelheid zaagsel in de verhouding te verkrijgen.
Met de hogere percentages is ook geprobeerd eenmaal verticaal en eenmaal horizontaal te extruderen. Horizontaal worden de strepen nagenoeg perfecte cilinders. Verticaal worden de strepen grof en breekt de cilinder in plakjes om de bocht om te kunnen gaan.
Het is niet mogelijk om de hogere percentages te extruderen met de spuit met een randje. Enkele oplossingen worden geschikt geacht. Door fijner zaagsel te gebruiken zal het minder in elkaar grijpen en gemakkelijk langs elkaar schuiven, waardoor het sneller mee gaat met de binder. Door een hogere viscositeit binder te gebruiken wordt er meer kracht overgedragen aan de vezels van het zaagsel waardoor er een grotere kans is dat ze worden meegenomen door de binder. Een spuitmond die met een kleine hoek taps toe loopt creëert minder weerstand en oppervlakte waar het zaagsel zich op kan tegenhouden waardoor voor het samenpersen minder kracht nodig is.