Materialprüfung

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anwofis
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Materialprüfung

Beitrag #1 von anwofis » Sa 31. Aug 2019, 10:27

Nachdem mein RF1000-Umbau nach viel Arbeit bis auf ein paar Details fertig ist, habe ich jetzt mit dem Materialtest angefangen.

Denn ich werde mir jetzt doch einen kleinen Teststand bauen und hab' dazu schon ein paar Dinge bestellt:

Ein größerer Schrittmotor + Trapezgewindespindel werden eine Plattform bewegen,
an der ein Kraftmessgerät hängt. Unten und am Messgerät klemme ich die Probe ein.

Die Dimension der Proben mache ich normgerecht, dann kann man die Werte vergleichen:
http://www.dept.aoe.vt.edu/~aborgolt/ao ... .38935.pdf
(Hab' das nur überflogen: Seite 4 sind die Probenmaße)

Den Kraftmessstand (max. 500 N: müsste reichen für kleine Proben) mit Handbetrieb + Spannungsmesser habe ich komplett fertig bestellt.

Die Spannungswerte krieg' ich über serielle Schnittstelle direkt. Ist also schon mal die halbe Miete.

So kann ich aber nur die Bruchspannung messen bei jedesmal anderen Dehngeschwindigkeiten.

Also:

Den Fahrweg und damit die Dehnung bei Bruch - da werde ich mal mit einem Arduino wieder etwas experimentieren müssen:

Ich denke ein kleines Programm, wo man eine gewisse Zahl Mikroschritte + Geschwindigkeit einstellt, und dann fährt bis zum Stopp sollte erstmal reichen.

Über USB frage ich dann periodisch den Fahrweg vom Arduino ab, sowie seriell die Spannung vom Messgerät.

So sollte man mit etwas Umrechnerei ein schönes Spannungs-Dehnungs-Diagramm bekommen.

(Falls sich jemand wundert, warum die ganze Arbeit: "Ingeniör"-Hobby :developer: )

Soviel zur Planung: Wird jetzt erstmal eine Weile dauern bis die Teile alle da sind ;)

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Re: Materialprüfung

Beitrag #2 von AtlonXP » Sa 31. Aug 2019, 15:05

Hallo anwofis,
das ist eine nette Ansage.
Unser Forum lebt von solchen Beiträgen. :clapping:

Hier eine Überlegung meinerseits.
Umso geringer die Steigung der Spindel umso weniger Motorkraft wird benötigt.
Wäre es günstiger einfach eine M10 Gewindestange (Steigung 1,5 mm) zu verbauen.
1,5 mm / 200 = 0,0075 mm

Die Stepper haben die meiste Kraft im Vollstepp Betrieb.
Sollte dabei die Spindel etwas stramm laufen, kann man diese und auch die Mutter, mit einem Schneideisen nachschneiden.

Ein DRV 8825 ist zwar für den 3D Drucker verschrien, aber der bringt im Low Kostbereich den meisten Strom.
Bis max. 2,2 A pro Spule mit Kühlung, Betriebsspannung 8,2 - 45 V.

https://www.amazon.de/Stepper-Schrittmo ... al&sr=1-12

LG AtlonXP

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Re: Materialprüfung

Beitrag #3 von plastiker » Sa 31. Aug 2019, 19:34

Cool, habe ähnlichen Prüfstand in der Planung...nur zu wenig Zeit. :wundern:

Werde das Thema hier mit großem Interesse verfolgen. :woohoo:
Gerne mehr Details, besonders zum Arduino-Projekt....geht es auch mit einem RaspPi? :unsure:

VG
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Re: Materialprüfung

Beitrag #4 von plastiker » Sa 31. Aug 2019, 21:37

...warum eigentlich die ASTM und nicht die ISO527-1/2? Möchtest Du mit ASTM-Datenblattwerten vergleichen?

Probekörpergeometrien nach ISO527.pdf

IMG_0267.JPG


Ich denke da an die Kleinzugstäbe. Habe zufällig so eine Probe aus der Gummi-Norm und den kleinskaligen Zugstab rumliegen.
Werde mir aber die Absmessungen nochmal genauer besorgen.

Welche Art von Klemmen möchtest Du verwenden? Je nach Probe bekommt man ja unterschiedliche Klemmflächen...

VG
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Re: Materialprüfung

Beitrag #5 von anwofis » So 1. Sep 2019, 15:28

@plastiker:

Das letze Mal hatte ich mit Materialprüfung im Studium zu tun - das ist schon etwas her...
Ich bin auf die Norm bei der Recherche gestoßen (einige Filamenthersteller hatten die in ihren Datenblättern drinstehen) - ISO527-2 scheint ähnlich zu sein?

Welche Norm findest du sinnvoller?

Bzgl. Klemmflächen: da habe ich mir noch keine Gedanken gemacht?
Ich dachte, dass ich mir da einfach was aus Metall bastele.

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Re: Materialprüfung

Beitrag #6 von plastiker » So 1. Sep 2019, 19:45

Hallo anwofis,

ja, die ISO527-2 ist die Prüfnorm für den Zugversuch an Kunststoffen, im Prinzip also das Pendant zu der von Dir zitierten ASTM-Norm.
Die DIN EN ISO Normen sind aus dem nationalen/europäischen Raum zur internationalen Norm überführt geworden, um die Prüfungen vergleichbar zu machen und der Internationalität Rechnung zu tragen. ASTM Normen kommen aus dem Nordamerkanischem oder "angelsächsichen" Raum und haben natürlich das gleiche Ziel. Es gibt auch einen gewissen Wettbewerb zwischen den Normen bzw. Normverbänden. Jede Wirtschaftsmacht möchte natürlich "Ihre" Lieblingsnorm durchdrücken. Man kann hier also z.T. auch mit einer Landestypischen Norm gut fahren u.U. - aber eben nur dort.

Im Kunststoffbereich bzw. bei den Kunststoffrohstoffherstellern haben sich eben die ISO bzw. ASTM Normen durchgesetzt, weil das Material auch Kontinentweise oder global verkauft wird. Die meisten Hersteller bieten Datenblätter mit ASTM oder ISO Normen bzw. beides an, damit man Werkstoff (Kunststoff)eigenschaften besser vergleichen kann. Im Grunde ist es ja egal, an welcher Norm Du Dich orientierst bzw. hängt davon ab ob Du unbedingt bestimmte Herstellerangaben mit Deinen eigenen Messungenvergleichen willst. Die Datenblätter für Filamente sind aber generell meist sehr spartanisch und auf wenige Angaben reduziert.

Viele geben auch gar nicht den Probentyp genau an oder wie dieser gedruckt wurde, d.h. wie die Zugprobe im Bauraum orientiert wurde.
Da kann man viel durch "Verschweigen" tricksen damit das eigene Filament im Vergleich zu den Marktbegleitern gut darsteht. Das sagt aber oft noch gar nichts aus über die Druckbarkeit oder die späteren Material-/Bauteileigenschaften.

Für die Zugprüfmaschine würde ich -so habe ich es geplant und scheint mir auch nicht unüblich zu sein im 3D-Druckbereich- auf reduzierte Probengrößen zu gehen, schon alleine damit man ggf. mehrere Proben auf die Druckplattform bekommt. Wichtig ist halt immer die gleiche Probengeometrie zu verwenden und Parameter bzw. Baurichtung festzuhalten, damit man am Ende nicht Äpfel mit Birnen vergleicht.

Du siehst aber, dass sich die Klemmflächen der Proben unterscheiden. Die Klemmfläche sollte möglichst nicht zu klein sein, sonst zerstörst Du
die Probe schon beim Anziehen der Klemmbacken bzw. leitest zu viel Kraft ein (zudem Gefahr eines mehrachigen Spannungszustandes, Vorschädigung usw.).

Da solltest Du Dir schon ein paar Gedanken machen. Die Probe sollte schließlich idelaerweise im Messbereich reissen und nicht an der Einspannung. Und nicht aus der Klemme rutschen. Die Klemmfläche darf also nicht zu glatt sein.

Für Deine Zugprüfmaschine könnten evtl. diese Klemmen hier fürs Erste genügen (bei Amazon gefunden, nur Bsp.):
Clicke Kiefer Zwingen Set für präzises Fixieren von Werkstücken,Spannungsprüfstand Zwingen 500N Belastung Spanndurchmesser 3.5mm.JPG


Ich dachte auch erst ans selber Basteln, da Profiklemmsysteme sehr teuer sind (ein paar Tausender sind da nix...), daher hatte ich mir diese preiswerten Ersatzbacken besorgt:
Bahco ERSATZ-BACKEN U. -SCHRAUBEN FÜR SCHRAUBSTOCK 6010, 100MM.JPG


Die sind allerdings breiter als notwendig, bieten dafür aber eine schöne Riffelung. Im Grunde möchste ich mich aber auch nicht zu sehr mit dem Konstruieren und Fräsen optimaler Klemmen aufhalten.

Was Professionelles findet man z.B. unter:
http://www.grip.de/

Ich würde mich für die Keilspannklemmen entscheiden:
http://www.grip.de/G08/

Die TH256 oder THS622 wären schon interessant, aber auch recht voluminös (es muss ja noch zur Maschinengröße passen...) und vermutlich recht teuer. Hab's noch nicht angefragt.

WICHTIG ist, dass Du die Probe auch einachsig ziehst und gerade einspannen kannst. Es sollte also kein Versatz zw. den oberen und unteren Klemmbacken sein und die Probe muss rechtwinklig gespannt werden. Sonst kannst Du Deinen mühsam generierten Messwert gleich wieder in die Tonne kloppen.

Ansonsten dachte ich an einen U-Rahmen aus stabilen Alu-Profilen, Spindelgetriebender Traverse (2 Kugelumlaufspindel angetrieben synchron über Riemen + Stepper) und zusätzlich geführt über Linearschienen an den seitlichen Maschinenholmen. So jedenfalls meine Gedanken bisher.
An den Hinweisen von AtlonXP ist allerdings auch was dran, muss ich nochmal drüber nachdenken. In jeden Fall darf sich bei mir nix nach oben
rausspindeln. Ich will das Prüfmaschinchen auf den Tisch stellen und da ist oben gerade noch Platz für 'nen Stepper drauf.

Wenn so ein TPE oder Ninjaflex 50,100,200...400% Dehnung macht (bei Elastomeren keine Seltenheit!) brauchst Du Traversenweg.
Nur, falls man sowas auch mal ziehen möchte. :grins:

Viele Grüße
Plastiker

PS: Kannst Du was über den Kraftmesstsand rauslassen und wie Du an die Spannungswerte kommst?
PS2: Bzgl. Dehnung dachte ich an optische Dehnungsmessung per Kamera! RasPi Cam vorgesetzt, Markierung auf die Probe und los geht's...bin aber leider kein Programmierer :scham:
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Re: Materialprüfung

Beitrag #7 von zero K » So 1. Sep 2019, 20:46

Einen schönen Sonntag allen

Nur etwas Senf, weil das alles so einfach klingt.

Das mit der Normung im Allgemeinen und in unseren sehr eingeschränkten Möglichkeiten der Anwendung ist so eine Sache für sich.

Wer sich dafür wirklich interessiert kann sich in der nächsten "Technischen Informations Bibliothek mit Normensammlung" nach den im folgenden Link gelisteten Regelwerken bzw den Vorgängern umschauen.
Der Kauf dieser Fachbücher dürfte sich eher für Kunststofftechniker bzw Ingenieure zur häufigen Anwendung lohnen.
https://www.beuth.de/de/themenseiten/ad ... sverfahren

Die ersten beiden, Dimensionierung der Prüfkörper und zur fertigungsgerechten Konstruktion scheinen wohl die Interessantesten, liegen allerdings erst als Norm-Entwurf aus Juli 2019 vor.
Es dauert etwa drei bis vier Monate bis sie in den Bibliotheken vorliegen.

https://wiki.polymerservice-merseburg.d ... %C3%B6rper

Die DIN EN ISO 527-2 ist noch der Standard

Die darin beschriebenen Proben und Prüfungen erfordern einen hohen Aufwand

----

Für Normalsterbliche - nicht für Ingenieure und Techniker!

Wenn wir von einem optimal gelungenen PLA-Prüfkörper ausgehen dann hat er, mehr oder weniger optimistisch, eine Zugfestigkeit von etwa 45 bis 50 MPa (N/mm²). Das heißt, man kann an eine etwa Stecknadelkopf große Fläche bis zum Zerreißen mehr als 4,5 Liter Milch dranhängen.
(für die Bayern - wenn der Festwirt ehrlich ist, knapp der Inhalt von 5 Maß :) )

Eine sehr kleine Zugprobe mit einem Querschnitt von 4 x 5 mm² muss dann bis zum Bruch mit 900 N also rund 90 kg (9 Eimer Wasser) belastet werden.
Der Zugversuch ist eine Belastungsprüfung mit kontinuierlich zunehmender Last.
Im einfachsten Fall wird dazu der parallele Anteil der Probe, also die 4 x 5 mm², mit 50 mm/min bis zum Versagen gedehnt.

Der Lastrahmen sollte dann auch mit mehrfacher Sicherheit gegen Überlastung dimensioniert sein.
Die Strebenprofile stellen dabei weniger ein Problem dar als die sichere Verschraubung der Verbindungselemente.
Die Traverse, der Balken der durch Spindeln bewegt wird, der oft auch die Kraftmessdose trägt, sollte nicht durch die Spindeln geführt werden, sondern durch zwei Wellenführungen. (besonders wenn Spindeln von Hobby-CNC-Zulieferern kommen.) Die RF X000 Betreiber kennen alle das Z-Wobble-Feature.

BTW Auch wenn die RFX000 eigentlich schon wie ein Lastrahmen aussehen und nur das Heizbett entfernt werden müsste... - lieber nicht. :)

Das Thema finde ich sehr spannend.

Ach ja ich hab´ noch´n paar Bilder - als Einspannung könnte das Zweite vielleicht interessant sein.

Für Euch wohl weniger interessant, ging es mir eher um den Layerverband.
Daher druckte ich Taillierte Rundproben, als Metaller angelehnt an eine Probenform zur Gusseisenprüfung. :)

Gewinde M12,
Radius der Taille 30 mm,
Durchmesser in der Taille 6 mm.

20190901_200912_v1.jpg

20190901_201034_v1.jpg

20190901_200718_v1.jpg


Mangels Zeit konnte ich meinem natürlichen Drang zur Zerstörung noch keinen freien Lauf lassen.

Gruß zero K
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Re: Materialprüfung

Beitrag #8 von AtlonXP » So 1. Sep 2019, 21:34

Nur so als Überlegung für den Aufbau der Maschine.
Es müssen nicht einmal zwei Spindeln sein.

Wenn alles in der Flucht montiert ist geht die eine Spindel unter Zug (ganz wichtig).
Man muss also nur die Zugkraft und den Drehmoment abfangen.

Mit der M10er Gewindestange könnte man mit Kontermuttern arbeiten.
Einzig das Lager muss auch die für die Zugkräfte geeignet sein.
Um das Drehmoment aufzunehmen, reichen 2 Rohre oder was auch immer und ein Paar selber gedruckte Gleitlager,
um den Zug Bügel halbwegs gleichförmig zu bewegen.

LG AtlonXP

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Re: Materialprüfung

Beitrag #9 von anwofis » So 1. Sep 2019, 22:07

Also ich hab' das ganze nicht so professionell angehen wollen, weil sonst kann ich mir gleich eine fertige Zugmaschine kaufen ;)
Die sind aus China - von der Geschichte mit dem Zoll abgesehen - dann bezahlbar und ich hab' keine Arbeit ;)
Oder gleich meine Proben zum Testen einschicken ;)

Mit geht's hier erstmal nur darum das ganz als Hobby zum Laufen zu bekommen und mal wieder etwas mit Arduino zu basteln:

Ich hab' das Ding bestellt: https://www.aliexpress.com/item/32630453779.html
Die Kurbel kommt weg und ein Nema23 Schrittmotor dran.
mit dem passenden digitalen Spannnungsmesser dazu: https://www.aliexpress.com/item/32746623174.html
Das Messgerät hat RS232, also sollte man direkt an die Werte kommen.
(Könnte ich auch mit Arduino+DMS selbst machen, aber ob das dann gute Werte liefert - war ich jetzt unsicher?)

Ein kleiner Python-Skript (später eine GUI) startet dann die Messung und frägt z.B. pro Sekunde Mikroschritte und Spannung ab.
Bei Bruch (Spannung sinkt unter eine Grenzspannung), überfahren eines Endlagenschalters oder Überlastung stoppt die Messung.

So viel zum Plan.

-
@plastiker:

Jetzt wo ich deinen Kommentar lese, ist mir auch gekommen, dass das die China-konstruktion vielleicht etwas wackelig/ unterdimensioniert ist:
Aber man kann es immer noch versteifen mit Aluprofilen, wenn es elastisch etwas nachgeben sollte. Hab' von 40er Profilen genug da.
Die Werte werden so sicher nicht 100% "richtig", aber der Fehler sollte auch nicht so gewaltig sein.

Aber ich hab' sowieso nur vor "normale" Polymere zu testen und dann die kleinste mögliche Probengeometrie zu nehmen:
ich denke, ich wähle den Querschnitt so, dass ich mit 500N locker alles kaputt bekomme:

also ich denke >80MPa Zugfestigkeit wird keine Probe jemals haben: ~6,3 mm^2 Querschnitt -> 2 mm x 3mm

Geht auch eine größere Probe, weil 3D-Druck ist ja jetzt nicht annähernd Spritzgußqualität?

Läuft also erstmal auf "DIN EN ISO 527-2 Typ 5B"-Miniatur-Proben hinaus: https://q-tec-gmbh.de/fileadmin/_proces ... dad0f7.jpg

-

Die Dehnung bekomme ich doch durch den Verfahrweg bis zum Bruch, oder meinst du mit der optischen Messung die wahre Dehnung?

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Re: Materialprüfung

Beitrag #10 von AtlonXP » So 1. Sep 2019, 22:35

Ha ha, ich sags ja, die Chinesen können es besser. (Manchmal)

Hinweis: M-2950-S HF-5 HF-10 HF-20 HF-30 HF-50 HF-100 HF-200 HF-300 HF-500,
sie sind zur gleichen preis, bitte eine Mitteilung, die sie brauchen.

Welchen Kraftmesser hast du bestellt?

LG AtlonXP


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