Research on the Impact of 3D Model Preparation Tools on the Quality of 3D Printing for Promotional and Souvenir Products

Тетяна Юріївна Киричок; Тетяна Євгенівна Клименко; Марина Юріївна Володько

doi:10.20535/2077-7264.1(87).2025.321851

Автор(и)

Тетяна Юріївна Киричок Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» [https://ror.org/00syn5v21], Україна https://orcid.org/0000-0002-9639-5486
Тетяна Євгенівна Клименко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» [https://ror.org/00syn5v21], Україна https://orcid.org/0000-0002-7229-3995
Марина Юріївна Володько Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» [https://ror.org/00syn5v21], Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/2077-7264.1(87).2025.321851

Ключові слова:

рекламно-сувенірна продукція, адитивне виробництво, 3D друк, точність відтворення, розмірні характеристики, зносостійкість, якість друку, CAD-модель

Анотація

Метою цієї роботи є дослідження впливу програмних засобів підготовки тривимірних моделей 3D елементів рекламно-сувенірної продукції на якість 3D друку за технологією FDM, зокрема на точність відтворення їх розмірних характеристик.

Проаналізовано групу програмного забезпечення, до якої увійшли програмні засоби: XYZware, Ultimaker Cura та PrusaSlicer, кожен з яких має унікальний алгоритм обробки CAD-моделей. Встановлено параметри налаштувань друку (швидкість, щільність заливки, товщина шарів) та їх вплив на точність відтворення розмірних характеристик елементів рекламно-сувенірної продукції, створених за технологією FDM.

Друкування тестових зразків проведено на 3D принтері XYZprinting da Vinci Jr. 1.0 Pro з використанням PLA-пластику. Вибір PLA обумовлений його екологічністю та мінімальними показниками виділення токсичних речовин.

Аналіз точності відтворення розмірних характеристик та кутів друкованих елементів рекламно-сувенірної продукції перевірено штангенциркулем ШЦЦПМ-150 (точність ±0,01) та електронним цифровим кутоміром Elecall (точність ±0,2°).

При аналізі результатів друку елементів рекламно-сувенірної продукції не виявлено критичних відхилень щодо розмірних характеристик та проблем у роботі 3D обладнання та витратних PLA-матеріалів.

Для об’єктивного порівняння проведено друк тестових зразків у двох швидкостях (30 мм/с та 60 мм/с) із використанням однакових параметрів для всіх програм. Вимірювання відхилень розмірів здійснювалося методами статистичного аналізу за допомогою контрольних карт Шухарта.

Отримані результати показали, що всі розглянуті програмні засоби забезпечують прийнятну точність друку. Найменші відхилення розмірних характеристик (до 0,15 мм) спостерігалися при використанні Ultimaker Cura, що дозволяє рекомендувати її для виготовлення якісних рекламно-сувенірних виробів.

Біографії авторів

Тетяна Юріївна Киричок, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» [https://ror.org/00syn5v21]

д-р техн. наук, проф., зав. кафедри технології поліграфічного виробництва, член редколегії збірника наукових праць «Технологія і техніка друкарства»

Тетяна Євгенівна Клименко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» [https://ror.org/00syn5v21]

канд. техн. наук, доц., кафедра технології поліграфічного виробництва

Марина Юріївна Володько, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» [https://ror.org/00syn5v21]

асп.

Посилання

Anastasiadou, C., & Vettese, S. (2019). ‘From souvenirs to 3D printed souvenirs’. Exploring the capabilities of additive manufacturing technologies in (re)-framing tourist souvenirs. Tourism Management, 71, 428–442. https://doi.org/10.1016/j.tourman.2018.10.032 [in English].

ISO/ASTM 52900:2015. Additive manufacturing — General principles — Terminology. Retrieved from https://www.iso.org/obp/ui/ru/#iso:std:iso-astm:52900:ed-1:v1:en [in English].

Volodko, M., Klymenko, T., & Talimonova, N. (2023). Vplyv tekhnolohichnykh rezhymiv adytyvnoho 3 D druku na yakist suvenirnoi produktsii. [Influence of Additive 3D Printing Technological Modes on the Souvenirs Quality]. Tekhnolohiia i tekhnika drukarstva (Technology and Technique of Typography, Tekhnolohiia I Tekhnika Drukarstva), (1(79), 46–58. https://doi.org/10.20535/2077-7264.1(79).2023.277426 [in Ukrainian].

ISO/ASTM 52900:2021. Additive manufacturing — General principles — Fundamentals and vocabulary. Retrieved from https://cdn.standards.iteh.ai/samples/74514/57d795b6267a427899d7b351598bece2/ISO-ASTM-52900-2021.pdf [in English].

Šljivic, M., Pavlovic, A., Kraišnik, M. & Ilić, J. (2019). Comparing the accuracy of 3D slicer software in printed enduse parts. Proc. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 659, 012082. doi:10.1088/1757-899X/659/1/012082 [in English].

Grgić, I., Karakašić, M., Glavaš, H., & Konjatić, P. (2023). Accuracy of FDM PLA Polymer 3D Printing Technology Based on Tolerance Fields. Processes, 11(10), 2810. https://doi.org/10.3390/pr11102810 [in English].

Naveed, N. (2020). Investigate the effects of process parameters on material properties and microstructural changes of 3D-printed specimens using fused deposition modelling (FDM). Materials Technology, 36(5), 317–330. https://doi.org/10.1080/10667857.2020.1758475 [in English].

Cahyati, S., & Aziz, H. R. (2021). The Influence of Different Slicer Software on 3d Printing Products Accuracy and Surface Roughness. Jurnal Rekayasa Mesin, 12(2), 371–380. https://doi.org/10.21776/ub.jrm.2021.012.02.14 [in English].

Chacón, J. M., Caminero, M. A., García-Plaza, E., & Núñez, P. J. (2017). Additive manufacturing of PLA structures using fused deposition modelling: Effect of process parameters on mechanical properties and their optimal selection. Materials & Design, 124, 143–157. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.03.065 [in English].

ISO/ASTM 52915:2020. Specification for additive manufacturing file format (AMF) Version 1.2. Retrieved from https://www.iso.org/standard/74640.html [in English].

PrusaSlicer: Software downloads. Retrieved from https://www.prusa3d.com/page/prusaslicer_424/?utm_source=chatgpt.com [in English].

Ultimaker Cura: Software downloads. Retrieved from https://ultimaker.com/software/ultimaker-cura/ [in English].

XYZware: Software downloads. Retrieved from https://erc.ua/erc-reviews/21905/programne-zabezpechennia-dlia-3d-druku [in Ukrainian].

Pernet, B., Nagel, J. K., & Zhang, H. (2022). Compressive Strength Assessment of 3D Printing Infill Patterns. Procedia CIRP, 105, 682–687. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.02.114 [in English].

Zhao, D., & Guo, W. (November 1, 2019). Shape and Performance Controlled Advanced Design for Additive Manufacturing: A Review of Slicing and Path Planning. ASME. J. Manuf. Sci. Eng., January 2020; 142(1): 010801. https://doi.org/10.1115/1.4045055 [in English].

3D XYZprinting da Vinci Jr. 1.0 Pro. Retrieved from https://www.express-service.com.ua/ua/products/tehnika-ielektronika/ustroystva_pechati_i_skanirovaniya/3d_printery_3d_skanery_3d_ruchki_i_3d_ferezery/printer_3d_xyzprinting_da_vinci_junior_1_0_pro/?srsltid=AfmBOoqck4GjvXAO_lI-yl8NOzc5pRAcAUSzhKZj40w7aN-fymAzt5lC#props [in Ukrainian].

Kopar, M., & Yildiz, A. R. (2023). Experimental investigation of mechanical properties of PLA, ABS, and PETG 3-d printing materials using fused deposition modeling technique. Materials Testing, 65(12), 1795–1804. https://doi.org/10.1515/mt-2023-0202 [in English].

Algarni, M., & Ghazali, S. (2021). Comparative Study of the Sensitivity of PLA, ABS, PEEK, and PETG’s Mechanical Properties to FDM Printing Process Parameters. Crystals, 11(8), 995. https://doi.org/10.3390/cryst11080995 [in English].

Prajapati, S., Sharma, J. K., Kumar, S., Pandey, S., & Pandey, M. K. (2024). A review on comparison of physical and mechanical properties of PLA, ABS, TPU, and PETG manufactured engineering components by using fused deposition modelling. Materials Processing. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2024.05.018 [in English].

Lalegani Dezaki, M., & Mohd Ariffin, M. K. A. (2020). The effect of combined infill patterns on the mechanical properties in the FDM process. Polymers, 12(12), 2792. https://doi.org/10.3390/polym12122792 [in English].

Ansari, A. A., & Kamil, M. (2021). Effect of print speed and extrusion temperature on properties of 3D printed PLA using fused deposition modeling process. Materials Processing, Materials Today: Proceedings, 45(6), 5462–5468. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.02.137 [in English].

Kharakterystyky shtanhentsyrkulia [Characteristics of the caliper]. Retrieved from https://microtech.kiev.ua/images/files/microtech_price_62_ua.pdf [in Ukrainian].

National standards of Ukraine. (2018). DSTU EN ISO 13385-1:2018 Tekhnichni vymohy do heometrychnykh parametriv produktsii (GPS). Prylady dlia liniinykh ta kutovykh vymiriuvan. Chastyna 1. Shtanhentsyrkuli. Proektni ta metrolohichni kharakterystyky [Technical requirements for geometric product parameters (GPS). Linear and angular measuring instruments. Part 1: Calipers. Design and metrological characteristics]. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=80498 [in Ukrainian].

Mushtaq, R. T., Iqbal, A., Wang, Y., Rehman, M., & Petra, M. I. (2023). Investigation and Optimization of Effects of 3D Printer Process Parameters on Performance Parameters. Materials 16 (9), 3392. https://doi.org/10.3390/ma16093392 [in English].

National standards of Ukraine. (2018). DSTU EN ISO 13385-1:2018 Tekhnichni vymohy do heometrychnykh parametriv produktsii (GPS). Prylady dlia liniinykh ta kutovykh vymiriuvan. Chastyna 1. Shtanhentsyrkuli. Proektni ta metrolohichni kharakterystyky [Basic tolerances. Part 1. Tolerances on linear and angular dimensions without special tolerance designation]. ISO 2768-1:1989, IDT. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=68820 [in Ukrainian].