The influence of printing temperature on mechanical properties of 3D-printed PETG-CF specimens Einfluss der Drucktemperatur auf die mechanischen Eigenschaften von 3D-gedruckten PETG-CF-Proben

Abstract

The article is oriented to additive manufacturing, specifically the fused deposition modelling (FDM) 3D printing method. The effect of carbon fibers (CF) on the selected properties (mechanical and thermal) of a polyethylene terephthalate glycol (PETG) specimen prepared by utilizing the fused deposition modelling method, is investigated. First, the effect of 3D printing temperatures (from 220 °C to 265 °C in 5 °C increments) on the quality of fused deposition modelling-printed PETG-CF temperature and bridging tower was studied. Subsequently, the specimens were manufactured using two 3D printing orientations (horizontally and vertically) with a shape and geometry 1B for tensile tests according to the standard ISO 527-2. The nozzle (printing) temperatures were chosen to be 230 °C and 260 °C with a heated bed temperature of 90 °C. Filament with a carbon fiber content of 20 %, two different filaments with a carbon fiber content of 10 %, and a filament PETG were selected for comparison. Based on the quality of 3D printed specimens and tensile test results, the nozzle temperature of 230 °C is better than the nozzle temperature of 260 °C. The printing was unstable at 260 °C for all filaments with carbon fibers, with material accumulating behind the nozzle. Finally, the results of PETG-CF were compared with PETG without carbon fibers.

Der Artikel befasst sich mit der additiven Fertigung, insbesondere mit dem 3D-Druckverfahren des Fused-Deposition-Modeling (FDM). Untersucht wird der Einfluss von Kohlenstofffasern (CF) auf ausgewählte mechanische und thermische Eigenschaften von Probekörpern aus Polyethylenterephthalatglykol (PETG), die mittels FDM hergestellt wurden. Zunächst wurde der Einfluss verschiedener Drucktemperaturen (von 220 °C bis 265 °C in 5 °C-Schritten) auf die Druckqualität von Temperatur- und Brücken-Türmen aus PETG-CF untersucht. Anschließend wurden die Proben in zwei Druckorientierungen (horizontal und vertikal) gemäß der Norm ISO 527-2 mit der Probengeometrie Typ 1B für Zugversuche gefertigt. Die gewählten Düsentemperaturen betrugen 230 °C und 260 °C bei einer beheizten Druckbett-Temperatur von 90 °C. Für den Vergleich wurde ein Filament mit 20 % Kohlenstofffasernanteil, zwei verschiedene Filamente mit 10 % Kohlenstofffasernanteil sowie ein PETG-Filament ohne Kohlenstofffasern verwendet. Basierend auf der Druckqualität der hergestellten Proben und den Ergebnissen der Zugversuche zeigte sich, dass eine Düsentemperatur von 230 °C bessere Resultate liefert als 260 °C. Bei 260 °C trat bei allen kohlenstofffaserhaltigen Filamenten eine instabile Extrusion auf, wobei sich Material hinter der Düse ansammelte. Abschließend wurden die Ergebnisse der PETG-CF-Proben mit denen von PETG ohne Kohlenstofffasern verglichen.