ABRASIV NÖTNING AV POLYMERER TILLVERKADE GENOM 3D-SKRIVNING

Transkript

1 i ABRASIV NÖTNING AV POLYMERER TILLVERKADE GENOM 3D-SKRIVNING ABRASIVE WEAR IN 3D- PRINTED POLYMERS Examensarbete inom Maskinteknik Grundnivå 22,5 Högskolepoäng Vårtermin 2015 Erik Svensson Marcus Wiechert Huvudhandledare: Karl Mauritsson Examinator: Ulf Stigh Industriell handledare: Patrik Hansson

2 ii

3 i Sammanfattning Volvo Cars i Skövde tillverkar och monterar Volvomotorer. Vid monteringen av tändspolen till alla 4 cylindriga motorer behövs ett monteringsverktyg. Detta monteringsverktyg tillverkas för närvarande från formsprutad termoplast polyoximetylen (POM). Det har noterats att livslängden av verktyget förkortas på grund av abrasiv nötning som uppkommer under monteringsprocessen av tändspolen. Möjligheterna att tillverka monteringsverktyget med en 3D skrivare utvärderas i samverkan med ÅF, en konsult till Volvo Cars. En litteraturstudie presenteras för att introducera en bredare kunskap i ämnet. Den abrasiva nötningen och materialegenskaper såsom draghållfasthet, tryckhållfasthet samt töjning hos POM och ett alternativt material för 3D skrivning, Ultem, en amorf termoplast polyeterimid, behandlas. Dessa materialegenskaper studeras vidare och tas i beaktning med både en teoretisk analys och ett nötningsexperiment, baserat på pin on disc metoden. Enligt den teoretiska analysen är nötningen hos Ultem approximativt 6 gånger större vid jämförelsen med POM. Nötningsbeständigheten hos Ultem är högst då nötning sker parallellt med 3D skrivningsriktningen av lagren. Nötningsexperimenten visar att nötningen hos Ultem är ungefär 3 gånger större vid jämförelsen med POM. Den högsta draghållfastheten hos Ultem uppkommer också parallellt med 3D skrivningsriktningen av lagren. Problem med den låga töjningen hos det 3D skrivna materialet behandlas. ÅF rekommenderas att tillämpa 3D skrivning med materialet Ultem främst för detaljer med komplexa geometrier med en töjning som inte överskrider 5 %. ÅF rekommenderas även att både stödja och bidra till denna innovativa teknik för att kunna skapa en ledande expertis i ämnet.

4 ii

5 iii Abstract Volvo Cars in Skövde manufacture and assemble Volvo engines. When attaching the ignition coil to all 4 cylinder engines, a special mounting tool is required. This mounting tool is currently manufactured from injection molded polyoxymethylene (POM), a thermoplastic. It has been noted that the life span of the tool is shortened as a result of abrasive wear that occurs during the attachment process of the ignition coil. An investigation of the possibility of manufacturing the mounting tool with a 3D printer is undertaken in cooperation with ÅF, a consultant to Volvo Cars. A literature study is first presented to introduce broader knowledge on the subject. The abrasive wear and other material characteristics such as tensile strength, compressive strength and elongation of POM and an alternative material for 3D printing, Ultem, an amorphous thermoplastic polyetherimide are discussed. These material characteristics are studied further and considered in tandem with both a theoretical analysis and a wear experiment, based on the pin on disc method. It is shown in the theoretical analysis that the wear is approximately six times larger for Ultem when compared to POM. The wear resistance of Ultem is highest when wear occurs parallel to the direction of the printed layers. In contrast, the experiment shows that the wear is about three times larger in Ultem than in POM. The highest tensile strength of Ultem is also found in the direction of the printed layers. Some issues with the small elongation of the 3D printed material are presented. It is recommended that ÅF apply the 3D printing technique with Ultem only for construction details with complex geometries and where the material elongation will not exceed 5%. It is also recommended that ÅF both support and contribute to this innovative technique in order to develop leading edge competence in the subject.

6 iv

7 v Intyg Denna uppsats har lämnats in av Erik Svensson och Marcus Wiechert till Högskolan i Skövde som uppsats för erhållande av betyg för kandidat och högskoleingenjörsexamen inom ämnet maskinteknik. Undertecknade intygar härmed att allt material i denna uppsats som inte är eget arbete har redovisats med källangivelse. Uppsatsen innehåller inte heller material som undertecknade redan tidigare fått tillgodoräknat sig inom sina akademiska studier. Erik Svensson Marcus Wiechert Skövde Institutionen för Ingenjörsvetenskap

8 vi

9 vii Förord Stor tacksamhet till vår huvudhandledare och programansvarige Karl Mauritsson, universitetslektor vid Högskolan i Skövde, för bidragande kunskap och stöd för arbetet. Vi vill även tacka inblandade på ÅF Consult i Skövde, främst Martin Andersson och Patrik Hansson för stöd, engagemang och visat intresse. Ett stort tack riktas även till berörda lärare på högskolan i Skövde, som bidragit med kunskap, information och metoder till att slutföra detta examensarbete: Lennart Ljungberg, universitetslektor vid Högskolan i Skövde Stefan Zomborcsevics, adjunkt vid Högskolan i Skövde

10 viii

11 ix Symbol F T F N H V K k s Nomenklatur Beskrivning Friktionskoefficient Tangentiell kraft Normalkraft Hårdhet hos det mjukare materialet Volym bortnött material Dimensionslös nötningskoefficient Lancasters nötningskoefficient Glidsträcka Brottgräns U Brottöjning U Y Y v B B M M P m b Sträckgräns Flyttöjning Glidhastighet Brottgräns vid tryck Brottöjning vid tryck Sträckgräns vid tryck Flyttöjning vid tryck Kontakttryck Riktningskoefficient Värdet vid skärning av y axeln

12 x

13 Innehållsförteckning Sammanfattning... i Abstract... iii Intyg... v Förord... vii Nomenklatur... ix 1 Introduktion Bakgrund Problemformulering Mål Syfte Avgränsningar Översikt Litteraturstudie Introduktion till polymerer Termoplaster Kostnadsjämförelse mellan polymererna Jämförelse i materialåtgång mellan polymererna Introduktion till 3D skrivning Typer av 3D skrivare för plaster Fused deposition modeling Mekanisk effekt av lagrens positionering Introduktion till anisotropi Introduktion till tribologi Verklig kontaktarea vid nötning Abrasiv nötning Nötning i FDM tillverkade polymerer Tribometer Tidigare utförda tribometer experiment Metod Test av nötningsbeständighet... 16

14 3.1.1 Experimentutrustning Konstruktion av testanordning Analytiska beräkningar Volym bortnött material Glidhastighet Glidsträcka Kontaktkraft Resultat Nötningsbeständighet från experimentella resultat Volym bortnött material Glidhastighet Nötningskoefficient Antalet cykler Hållfasthet Diskussion Teori Experiment TSE (Technology, society and environment) Rekommenderat fortsatt arbete till ÅF och vidare utveckling Slutsatser Referenser Appendix Arbetsfördelning Work breakdown structure och tidsplan Diskussion och reflektion om tidsplan Appendix III Tillhörande material Härledning av nötningskoefficient Tidigare utförda tribometer experiment Illustrationer... 41

15 Figurförteckning Figur 1.1. Mothållet på bränslefördelningsröret. A: Mothåll; B: Monteringshylsa; C: Bränslefördelningsrör Figur 2.1. Polymerisation, sammankoppling av monomerer. (Klason & Kubát, 2001)... 3 Figur 2.2. Molekylstruktur hos polymerer Figur 2.3. Fused deposition modeling (efter Bagsik et al. 2010)... 6 Figur 2.4. Lagerpositionering av 3D skrivna detaljer (Vega et al. 2011)... 7 Figur 2.5. Spännings och töjningsdiagram vid dragprov (Bagsik et al. 2010) Figur 2.6. Formsprutad Ultem och 3D skriven Ultem i x lagerriktning Figur 2.7. Spännings och töjningsdiagram vid tryckbelastning Figur 2.8. Skjuvdeformation och knäckning vid tryckbelastning för 3D skrivna polymerer Figur 2.9. Enkelriktad komposit med hexagonal fiberpackning Figur Deformerade kontaktytor Figur Relation mellan brott och töjningsgräns samt nötningskoefficienten för POM Figur Glidsträckans påverkan på nötningsvolymen för POM Figur Glidhastighetens påverkan på nötningskoefficienten för POM Figur Parallell och vinkelrät förstärkning (a) och förstärkning i normalriktningen (b) Figur a) Öppet system: Linjär fram och återgående rörelse; b) Pin on disc (slutet system) Figur Parametrar som påverkar nötningsbeständigheten i 3D tillverkade detaljer Figur 3.1. CAD modell av testanordning Figur 4.1. Vipparmsindikator för att mäta bortnött volym Figur 7.1. Work breakdown structure av arbetet Figur 7.2. Ursprunglig tidsplan till Figur 7.3. Ursprunglig tidsplan till Figur 7.4. Reviderad tidsplan till Figur 7.5. Reviderad tidsplan till Figur 7.6. Reviderad tidsplan till Figur 7.7. Reviderad tidsplan till Figur 7.8. Reviderad tidsplan till Figur 7.9. Lancasters relation med flertalet polymerer Figur Nötning av Ultem (x riktning) Figur Nötning av Ultem (y riktning) Figur Nötning av POM Figur Mothåll med längdskala Figur CAD modell av infästningen i fräs Figur Horisontell vy av den roterande skivan Figur Triboytor vid kontakt mellan mothåll och bränslefördelningsrör Figur Positionering av specifik detalj Figur Riktning av provbitar vid tryckande belastning... 44

16 Tabellförteckning Tabell 2.1. Fördelar och begränsningar, POM Tabell 2.2. Fördelar och begränsningar, Ultem Tabell 2.3. Materialkostnad, POM och Ultem Tabell 2.4. Materialdata från dragprovskurva för Ultem Tabell 2.5. Materialdata från tryckprovskurva för Ultem Tabell 2.6. Testfaktorer med olika nivåer för experiment på 3D skriven polymer (efter Sood et al. 2012) Tabell 4.1. Experimentella resultat Tabell 4.2. Materialdata och nötningskoefficient för materialen POM och Ultem Tabell 7.1. Arbetsfördelning för rapporten Tabell 7.2. Experimentell data för experiment utförda av Sood et al. (2012)

17 1 1 Introduktion ÅF i Skövde är ett konsultföretag som arbetar med att konstruera och utveckla verktyg inom industribranschen, bland annat till Volvo Personvagnar. På Volvo Personvagnar i Skövde tillverkas och monteras Volvos bilmotorer. Vid monteringen går varje motor genom olika slingor och stationer som behandlar flertalet moment som krävs för en effektiv och fullständig montering. Volvo Personvagnar i Skövde ska tillverka och montera totalt av sina fyrcylindriga bensinmotorer under 2015, där arbetstakten varierar med efterfrågan. 1.1 Bakgrund Under monteringsprocessen ska fyra tändspolar monteras i cylinderhuvudet. Om dessa monteras utan något mothåll kommer de att börja rotera runt längdaxeln på grund av momentet som via friktion överförs från skruvhuvudet till tändspolen. Denna oönskade rotation medför försvårad montering av kontaktstycket. När friktionen mellan tändspolen och bränslefördelningsröret blir tillräckligt stor kommer tändspolen att sluta rotera. För att undvika att tändspolen roterar under montering och dessutom underlätta montörens arbete används ett mothåll som fixerar tändspolen då momentet appliceras från handverktyget. Mothållet som används av Volvo idag är tillverkat av ÅF och är med sin låga vikt ergonomiskt anpassad. Det tillverkas genom maskinell bearbetning. I dagsläget tillverkas mothållet i acetalplasten polyoximetylen (POM). Det befintliga mothållet har enligt Hansson 1 (2015) använts i drygt 18 månader och genomgått över motortillverkningar och cykler. 1.2 Problemformulering Mothållet som idag används av Volvo visas nedan i figur 1.1. Varje monteringscykel förkortar dess livslängd, främst genom den nötning som uppstår på grund av friktion mellan bränslefördelningsröret och mothållet. Enligt Jacobsson och Hogmark (1996) ger nötningen upphov till materialförlust och efterlämnar nötningsmärken. Denna nötning försvårar monteringen och förkortar livslängden på mothållet. Monteringen försvåras främst genom att passformen på mothållet förändras. Den maskinella bearbetningen leder till överdrivet spill och en relativt hög tillverkningskostnad (5500 SEK), på grund av mothållets komplicerade form. På grund av arbetsbelastningen och antalet moment som varje montör behöver utföra ökar kraven på ergonomi. Dessutom ökar kraven på att montörerna ska kunna utföra sina uppgifter på ett så enkelt sätt som möjligt. Genom att studera alternativa tillverkningsmaterial kan kostnaderna för Volvo minskas. Dessutom kommer materialens miljöpåverkan diskuteras. 1 Patrik Hansson, Maskiningenjör ÅF Consult, personlig kontakt 5 februari 2015

18 Mål Figur 1.1. Mothållet på bränslefördelningsröret. A: Mothåll; B: Monteringshylsa; C: Bränslefördelningsrör. Målet är att ta fram jämförande data för det traditionellt bearbetade mothållet respektive det nya mothållet, i materialet Polyeterimid (PEI). Fortsättningsvis kommer PEI att benämnas med försäljningsnamnet Ultem 2. Målet är att presentera följande data för mothåll tillverkade med respektive material: Syfte Mothållens livslängd; mätt genom antalet cykler innan något som försämrar monteringen inträffar, i första hand nötning på grund av friktion. Mothållet i POM används som referens. Materialåtgång [cm 3 ]; volymen material som krävs för att tillverka mothållen. Materialkostnad [SEK]; mothållens kostnad med hänsyn till nya material. Mothållens hållfasthet, procentuell jämförelse av sträckgränsen vid drag och tryckbelastning. Nötningen på det nya materialet påverkar livslängden hos detaljen. Livslängd och jämförande data är av intresse för ÅF och Volvo Personvagnar för att kunna avgöra om det är lönsamt att tillämpa 3Dskrivararteknik för tillverkning av framtida konstruktionsdetaljer Avgränsningar Arbetet kommer endast översiktligt att behandla 3D skrivarens funktion. Tidsåtgång för tillverkning och maskintid kommer inte att beaktas. Temperaturpåverkan på mothållen kommer inte att behandlas. Materialvalet för det nya mothållet kommer begränsas till Ultem. 1.3 Översikt Detta arbete kommer att ligga till grund för en jämförande livslängdsstudie av traditionellt bearbetad POM och 3D skrivet Ultem. En fördjupning i nötning och polymerer samt sambanden mellan dessa behandlas. Hållfasthetsanalyser vid dragande och tryckande belastning utförs på det 3D skrivna 2 Ultem TM 9085 högpresterande termoplast för additiv tillverkning.

19 3 materialet Ultem vilket jämförs med POM. Nötningsanalysen delas in i en teoretisk del och en experimentell del. 2 Litteraturstudie För att öka förståelsen för 3D skrivning, polymerer och nötning följer nedan en litteraturstudie. Informationssamlingen behandlar grundläggande fakta samt fördjupning inom områdena polymerer, 3D skrivare, anisotropi och tribologi. Informationen är hämtad från vetenskapliga artiklar, litteratur samt elektroniska källor. 2.1 Introduktion till polymerer Enligt Klason & Kubát (2001) definieras en polymer som en organisk förening som har en kedjeformad uppbyggnad. Detta är en förening där kolatomer ingår, vanligtvis tillsammans med bl.a. syre, väte och kväve. Molekyllängden är i relation till andra organiska föreningar såsom alkohol, väldigt lång, ofta tusentals gånger längre. Denna långa följd av molekyler ger polymeren dess egenskaper vilket gör den intressant ur ett tekniskt och tillverkningsperspektiv, främst som konstruktionsmaterial. För att få molekyler med sådan längd sker en sammankoppling på lämpligt sätt, av ett stort antal mindre molekyler som kallas monomer. Figur 2.1 visar den kemiska reaktion som sker vid sammankopplingen. Denna process kallas polymerisation (Klason & Kubát, 2001). Den intermolekylära bindningen mellan kedjans atomer är betydligt starkare än bindningen som uppstår mellan molekylkedjorna. Eftersom inget material är starkare än motsvarande bindningskraft mellan kedjorna, ökar hållfastheten och slagseghet för högmolekylära polymerer (Klason & Kubát, 2001). Figur 2.1. Polymerisation, sammankoppling av monomerer. (Klason & Kubát, 2001) Figur 2.2 visar hur polymerer skiljer sig åt mer än bara genom den kemiska sammansättningen i molekylerna (efter Cambridge, 2014). Många polymerer består av symmetriskt uppbyggda kedjor där strukturen kallas kristallin. Dock är det omöjligt för en polymer att ha en fullständigt kristallin struktur, ofta är polymeren kristallin med små segment av amorf struktur. Strukturen kallas då semikristallin. Däremot finns det polymerer som är väldigt styva som gör att polymeren inte kan kristallisera trots en symmetrisk uppbyggnad. Dessa polymerer kallas amorfa (Klason & Kubát, 2001). Figur 2.2. Molekylstruktur hos polymerer.

20 4 Då en delkristallin polymer hettas upp till smältpunkten och sedan härdas långsamt kommer den kristallina strukturen att blir än mer kristallin. Detta jämförs mot en amorf polymer, där strukturen blir än mer amorf vid långsam härdning efter uppvärmning till dess smältpunkt (Ljungberg 3, 2015) Termoplaster Acetalplasten polyoximetylen är den mest kristallina av alla konstruktionsplaster och har många användningsområden, främst inom industrin. De mekaniska egenskaperna påverkas obetydligt på materialet i temperaturområdet 40 C till +80 C (Bruder, 2013). Materialkostnaden för POM är relativt låg, priset redovisas i tabell 2.3. Vissa för och nackdelar för acetalplasten POM redovisas i tabell 2.1 (Bruder 2013; Klason & Kubát 2001). Fördelar Fördelaktiga mekaniska egenskaper såsom hög styvhet och seghet relativt andra konstruktionsplaster Tabell 2.1. Fördelar och begränsningar, POM. Begränsningar Dålig vidhäftningsförmåga vid limning med olika, eller samma material. Goda tribologiska egenskaper Töjningen bör ej överstiga 4 % Motståndskraftig mot oxidativ och termisk nedbrytning Hög dimensionsstabilitet efter bearbetning Kvarstående åverkan från starka syror (ph < 4) Polyeterimid är en termoplast som till skillnad från exempelvis POM har en amorf strukturuppbyggnad (Klason & Kubát, 2001). Enligt Edshammar (2002) har Ultem goda mekaniska egenskaper kombinerat med hög flamsäkerhet och resistivitet mot kemikalier. I jämförelse med andra amorfa plaster är Ultem den plast som är mest motståndskraftig mot spänningssprickbildning. Ultem har ett relativt lågt pris i jämförelse med andra avancerade termoplaster (Bruder, 2013). Priset redovisas i tabell 2.3. Fördelar och nackdelar med Ultem redovisas i tabell 2.2 (Bruder 2013; Klason & Kubát 2001). Fördelar Tabell 2.2. Fördelar och begränsningar, Ultem. Begränsningar Motståndskraftig mot många kemikalier Tål ej en yttre miljö på ph över 9 Motståndskraftig mot spänningssprickbildning Hydrolyseras i ånga över 100 C Flamsäker Hög dimensionsstabilitet efter bearbetning Relativt lågt pris i jämförelse med andra avancerade plaster Anvisningskänslig 3 Lennart Ljungberg, Lektor i integrerad produktutveckling, telefonsamtal den 16 februari 2015

21 Kostnadsjämförelse mellan polymererna En viktig aspekt att ta hänsyn till är materialkostnaden för de olika materialen. Materialkostnaden för POM och Ultem är sammanställda av Sjöberg 4 från materialleverantören Digital Mechanics och representerar priset för påbörjad kubikcentimeter vid friformsframställningen. Den slutgiltiga kostnaden beräknas utifrån volymen för den färdiga konstruktionen som är 30 cm 3. Kostnaden redovisas nedan i tabell 2.3. Skillnaden i SEK/cm 3 är dock missvisande eftersom priset för Ultem inkluderar kostnad för maskintid och arbetstid, medan priset för POM endast baseras på råmaterialet. Tabell 2.3. Materialkostnad, POM och Ultem. Material Pris [SEK/cm 3 ] Kostnad [SEK/färdig detalj] POM 0, Ultem Jämförelse i materialåtgång mellan polymererna En annan viktig aspekt inte minst med avseende på miljön är materialåtgången. Materialåtgången för de olika mothållen är sammanställda av Sjöberg och beskrivs som volymen material i cm 3 som krävs för att tillverka respektive mothåll. Material Volym, konstruktionsfas [cm 3 ] Volym, färdig detalj [cm 3 ] Spill, totalt [cm 3 ] POM Ultem Introduktion till 3D skrivning Enligt Horvath (2014) blir det allt vanligare att använda 3D skrivning för plast och metall inom industrin. 3D skrivning har åstadkommit en betydande förändring för formgivning, prototyptillverkning och visualisering av abstrakta koncept. 3D skrivning innebär att ett objekt skapas genom att material fylls på lager för lager tills produkten är framställd. 3D skrivning är en form av additiv tillverkning. Ett enkelt och praktiskt exempel på additiv tillverkning är en tegelvägg. Tegelväggen byggs upp med en sten i taget, med tillsats av murbruk, tills dess att en solid vägg har skapats. Motsatsen, konventionell bearbetning, är vanligtvis subtraktiv tillverkning ett objekt fås ur ett block av material genom bearbetning. En 3D skrivare använder sig av en tredimensionell modell som kan fås genom nedladdning av en modell från en webbsida, genom skanning av ett existerande objekt eller genom skapandet av en modell i ett behandlingsprogram för CAD filer, Computer Aided Design (Horvath, 2014). Anders Sjöberg, Digital Mechanics, e post den 10 februari

22 Typer av 3D skrivare för plaster En 3D skrivare utgår från en grafisk datormodell av ett objekt. Den grafiska modellen bestämmer rörelsen hos en robotlik apparat som använder sig av tre olika typer av additiv tillverkning. Dessa beskrivs av Horvath (2014) och redovisas nedan. Selective binding Ett objekt skapas från pulver genom tillsats av bindningsmedel eller värme för att sammansmälta pulvret. Ett exempel är SLS (Selective laser sintering) där en laser används för att smälta samman pulvret med det underliggande lagret. Ett annat exempel är FDM (fused deposition modeling) som är en vanlig additiv metod. Mer om FDM i kapitel (Horvath, 2014). Selective solidification Ett objekt skapas från flytande vätska genom att applicera energi till ett specifikt lager. Ett exempel är SLA (Stereolithography) som använder UV ljus för att stelna ett tillsatsmedel. Vanligtvis krävs ytterligare en förstärkning efter stelning (Horvath, 2014). Selective deposition Ett fibermaterial smälts och placeras ut. Det finns även 3D skrivare som skriver ut flytande tillsatsämnen vilket sedan behandlas med UV ljus. Skrivare som använder pulver blandat med ett bindemedel kan tolkas som en hybrid av Selective Binding och Selective deposition (Horvath, 2014) Fused deposition modeling Enligt Bagsik, Schöppner och Klemp (2010) är FDM den vanligaste additiva metoden för tillverkning av prototyper och slutprodukter. Detaljer byggs upp lager för lager i en additiv process. Ett huvud strängsprutar och placerar den smälta fibern på önskad position, huvudet positioneras i x och y koordinater, se figur 2.3. Byggplattan kan positioneras i z led vilket tillåter tillverkning lager för lager. Materialet binder i det underliggande lagret och stelnar. På så sätt skapas en permanent bindning mellan lagren. Om nödvändigt kan ytterligare ett stödmaterial användas då arbetsstycket har ett överhäng eller en hålighet. Detta förhindrar att materialet kollapsar vid tillverkning. Stödmaterialet kan enkelt avlägsnas genom att brytas av eller läggas i ett varmt bad. Ultem är ett typiskt material som används i FDM (Sjöberg, 2015). Figur 2.3. Fused deposition modeling (efter Bagsik et al. 2010)

23 Mekanisk effekt av lagrens positionering Lagren i en 3D skrivare läggs alltid horisontellt, men det är möjligt att positionera detaljen på olika sätt för att framhäva vissa materialegenskaper. Lagerpositioneringen för tre provstavar av en polymer visas enligt i figur 2.4. Provstav nummer ett (vänster) i figur 2.4 har positionerats längs med x axeln i xy planet, se figur 7.17 i appendix för positionering av detalj (efter Vega et al. 2011). Positioneringen av de två andra provstavarna görs på samma sätt. Provstav nummer två (mitten) i figur 2.4, har positionerats längs med y axeln, i xy planet. Provstav nummer tre (höger) i figur 2.4 har positionerats längs z axeln, i xy planet, på samma sätt som föregående provstavar. Figur 2.4. Lagerpositionering av 3D skrivna detaljer (Vega et al. 2011) Enligt Vega et al. (2011) är orienteringen av lagren en viktig aspekt för detaljens slutgiltiga egenskaper. Mekanisk effekt vid dragande last Bagsik et al. (2010) undersökte hur de mekaniska egenskaperna i polymeren Ultem påverkades av lagrens position. Tre provstavar, med lagerpositionering i x, y och z riktning, undersöktes. Provstavarna testades först i en dragprovsmaskin i enlighet med den amerikanska standarden ASTM D638 vid rumstemperatur (ASTM D638, 2008). Stavarna utsattes för en hastighet på 5 mm per minut och belastades tills brott uppkom. Testet bestod av 12, 12 respektive 40 stycken provstavar i x y och z riktning. Dragprovskurvorna för de olika provstavarna visas nedan i figur 2.5 (Bagsik et al. 2010). Figur 2.5. Spännings och töjningsdiagram vid dragprov (Bagsik et al. 2010).

24 8 Testet visar att provstavar med lager orienterade i x riktning erhåller störst spänning och töjning innan brott. Testet visar också att provstavarna där lagren är positionerade i x och z riktningen når brott vid den maximala spänningen. Elasticitetsmodulen är lika stor i x och z riktningen men provstaven med lager i z riktningen når brott vid en lägre spänning. Sammansmältningen mellan lagren i z riktningen klarar inte att ta upp lika stor belastning som de andra provstavarna, där lagerpositioneringen och dess sammansmältning inte har samma avgörande betydelse. Det framgår tydligt från testet att ett material har högre brottgräns, flytgräns och elasticitetsmodul då lagren är positionerade i x riktningen i dess lokala koordinatsystem än om de är positionerade i y eller z riktningen. Materialet har olika elasticitetsmodul och brottgräns i olika riktningar, vilket innebär att materialet är anisotropt. Begreppet anisotropi behandlas vidare i kapitel 2.3. Data från dragprovskurvan i figur 2.5 redovisas i tabell 2.4 med en given standardavvikelse för varje test. (Bagsik et al. 2010). Tabell 2.4. Materialdata från dragprovskurva för Ultem. Riktning X Y Z Elasticitetsmodul [GPa] 2 033,54 ± 64, ,41 ± 194, ,26 ± 129,92 Brottgräns [MPa] 61,34 ± 1,31 45,67 ± 1,38 40,71 ± 2,07 Sträckgräns [MPa] 63,25 ± 1,07 45,87 ± 1,32 40,75 ± 2,06 Brottöjning [%] 6,35 ± 0,28 5,00 ± 0,45 2,29 ± 0,19 Flyttöjning [%] 5,65 ± 0,08 4,99 ± 0,44 2,29 ± 0,19 Eftersom draghållfastheten, enligt experiment utförda av Bagsik et al. (2010), är högst då lagren är positionerade i x led kommer hållfasthetsdata för x riktningen att jämföras mot Ultem i solid form. Figur 2.6 visar spänning töjnings diagrammet för Ultem (efter Fischer & Josupeit, 2014). Den blåa linjen representerar formsprutad Ultem och den röda linjen Ultem med lagren positionerade i x riktning. Figuren visar tydligt att detaljer tillverkade genom formsprutning töjs längre innan brott än en detalj med samma geometri fast 3D skriven. Denna skillnad har en stor betydelse vid bestämmandet av nötningskoefficienten (Evans & Lancaster, 1979). Vidare är spänningen vid brottgränsen för de olika fallen relativt lika i jämförelse med töjning vid brottgränsen. Figur 2.6. Formsprutad Ultem och 3D skriven Ultem i x lagerriktning.

25 9 Mekanisk effekt vid tryckande last För att jämföra förhållandet då en tryckande kraft appliceras skapades nya provdetaljer, i xyriktningen på grund av symmetri och i z riktningen, se figur 7.18 i appendix. Detta innebär att samma resultat uppnås i x respektive y riktningen och att de mekaniska egenskaperna är samma i alla riktningar i xy planet. Totalt genomfördes 10 test per riktning. Geometrin för detaljerna utformades så att samtliga provstavar var av samma längd, bredd och tjocklek. Kompressionstestet av provstavarna utfördes av Bagsik et al. (2010) i rumstemperatur med hastigheten 1,3 mm/min, tills dess att detaljerna knäcktes. Kurvorna från spännings och töjningsdiagrammet visas nedan i figur 2.7. Figur 2.7. Spännings och töjningsdiagram vid tryckbelastning. Data från kompressionstestet åskådliggörs i figur 2.7 och redovisas i tabell 2.5 (efter Bagsik et al. 2010). Tabell 2.5. Materialdata från tryckprovskurva för Ultem. Riktning XY Z Brottgräns vid tryck [MPa] 57,5 ± 4,59 69,5 ± 4,65 Sträckgräns vid tryck [MPa] 82,7 ± 5,69 96,8 ± 4,43 Brottöjning vid tryck [%] 9,47 ± 0,97 12,0 ± 0,42 Flyttöjning vid tryck [%] 7,98 ± 1,25 10,1 ± 0,60 Detaljen som har lagren positionerade i z riktningen klarar en högre belastning och töjning, innan brott, än detaljen som har lagren längs xy riktningen. Provdetaljerna i z riktningen utsätts för skjuvdeformation mellan lagren vid tryckande belastning, på grund av att de succesivt byggs upp, lager för lager, se kapitel Figur 2.8 visar hur skjuvdeformationen varierar beroende på detaljens lagerpositionering. Skjuvdeformationen i detaljen med lagren längs xy riktningen utsätts för knäckning medan lagren längs z riktningen utsätts för skjuvning (Bagsik et al. 2010). Figur 2.8. Skjuvdeformation och knäckning vid tryckbelastning för 3D skrivna polymerer.

26 Introduktion till anisotropi Till skillnad från ett isotropt material, som har samma egenskaper i alla riktningar, finns material med olika egenskaper i olika riktningar. Dessa material kallas anisotropa material. En detalj som är tillverkad genom 3D skrivning får olika egenskaper i olika riktningar och är således anisotropt. Figur 2.9 visar en enkelriktad komposit som kan betraktas som anisotropisk på en makroskopisk skala, likt en 3D skriven polymer (Daniel & Ishai, 2006). 2.4 Introduktion till tribologi Figur 2.9. Enkelriktad komposit med hexagonal fiberpackning. Samlingsnamnet för vetskapen om friktion, nötning och smörjning är tribologi. Sammanfattningsvis kan tribologi beskrivas som växelverkande ytor i relativ rörelse det vill säga flera ytor i rörelse som samverkar med varandra. Enligt Gustafsson (2013) är det mycket svårt att utföra renodlade teoretiska beräkningar på nötningsbeständigheten hos ett material. De tribologiska värdena tas fram främst av renodlade experiment och teoretiska approximationer. Friktionskoefficienten definieras enligt ekvation (2.2) Verklig kontaktarea vid nötning Eftersom ingen yta är helt plan är det enligt Gustafsson (2013) svårt att avgöra vilka ytor som kommer i kontakt med varandra. Den reella kontaktarean definieras som summan av de ytor som kommer i kontakt. Yttopparna från de två kropparna deformeras elastiskt eller plastiskt till kontaktytor till dess att arean är tillräckligt stor för att bära upp normalkraften, se figur 2.10 (efter Wikimedia, 2015). Figur Deformerade kontaktytor

27 Abrasiv nötning Enligt Jacobsson och Hogmark (1996) påverkas ytor på många olika sätt vid tribologisk kontakt d.v.s. förslitningsfenomen i kontaktytor som rör sig relativt varandra. Det uppstår skador i ytan som innebär att den ursprungliga mikrostrukturen, form eller topografin förändras. Enligt definitionen är nötning förlust av material mellan plan som kommer i kontakt. Nötning klassas som en ytskada. Nötning innebär materialförlust och efterlämnar nötningsmärken. Material avlägsnas från ytan genom en lång rad mekanismer såsom skjuvbrott, sprödbrott, rivning, spånbildning, diffusion, kemisk upplösning och utmattningsbrott (Jacobsson & Hogmark, 1996). Abrasiv nötning definieras som slitage av en mjukare yta som repas av hårda spetsar eller korn (Jacobsson & Hogmark, 1996). Om en hård yttopp eller främmande korn ett abrasivt element glider över ett mjukare plan under tillräckligt hög last bildas en repa, även kallat fåra. Repan kan bildas genom att material avverkas från planet eller bildar vallar i planet. För att en repa ska bildas krävs enligt Jacobsson & Hogmark (1996) att: Det abrasiva elementet måste vara fixerat, så att det inte rullar mellan kontaktplanen. (Lösa korn kan repa ena planet effektivt om det först bäddas in i det andra.) Hårdheten på det abrasiva elementet måste vara större än det repade materialet. För att en stor del av den bildade fåran skall avverkas krävs enligt Jacobsson & Hogmark (1996) även att: Den repande spetsen måste vara tillräckligt vass trubbiga spetsar ger en plogande effekt utan spånbildning. Den repande spetsen måste vara tillräckligt hållbar och nötningsbeständig för att inte själv trubbas av genom nötning. Observera att begynnelsevillkoren ändras med tiden, vilket innebär att bland annat geometrin, tribologiska egenskaper och materialets struktur förändras. Det finns flertalet aspekter som påverkar nötning av ett visst material. Några av dessa parametrar är kontakttrycket och glidhastigheten men även fibrernas riktning i polymeren (Gustafsson, 2013). Lancaster (1969) beskriver att för abrasiv nötning i polymerer är det lämpligt att använda Archards nötningsekvation som visas nedan i ekvation (2.3). V s FN K, (2.3) H där V betecknar volymen bortnött material, betecknar glidsträckan, K betecknar nötningskoefficienten, F N betecknar normalkraften och H betecknar hårdheten hos det mjukare materialet. Vid jämförelser av nötning mellan två olika material är det mer användbart att utnyttja Lancasters (1967) empiriska ekvation (2.4) som bygger på Archards nötningsekvation, se ekvation (2.3) (Lee et al. 2002; Pirso et al. 2004; Friedrich et al. 2005). V k s F N, (2.4) där V betecknar volymen bortnött material, k betecknar Lancasters nötningskoefficient, s betecknar glidsträckan och F N är normalkraften.

28 12 Nötningskoefficienten härleds från Archards ekvation. Koefficienten är beroende av flertalet faktorer och återfås oftast genom experiment gjorda i exempelvis en tribometer. En hög nötningskoefficient sänker materialets benägenhet att motstå nötning (Jacobsson & Hogmark, 1996). Enligt Jacobsson och Hogmark (1996) beror nötningskoefficienten på formen av yttopparna från det nötande materialet. Nötningskoefficienten hos polymerer är relaterad till brottgränsen och brottöjningen hos det mjukare materialet. Relationen beskrivs i ekvation (2.5) och relationen visas i figur 2.11 (efter Evans & Lancaster, 1979). k 1 (2.5) Enligt ekvation (2.5) är nötningskoefficienten proportionell mot inversen av produkten mellan σ och ε där σ är brottgränsen och är brottöjningen. u u Figur Relation mellan brott och töjningsgräns samt nötningskoefficienten för POM. Enligt Unal, Sen, och Mimaroglu (2004) är nötningskoefficienten inte beroende av skillnaden i pålagt tryck för flertalet polymerer. Liknande experiment har gjorts för att se hur den bortnötta volymen V varierar linjärt med glidsträckan s och glidhastigheten v för flera polymerer, däribland acetalplasten POM. Se figur 2.12 och figur 2.13 (efter Unal et al. 2005).

29 13 Figur Glidsträckans påverkan på nötningsvolymen för POM. Figur Glidhastighetens påverkan på nötningskoefficienten för POM Nötning i FDM tillverkade polymerer Tekniken att skriva ut genom att addera lager på varandra är relativt ny och därmed har få studier gjorts gällande nötning i FDM tillverkade detaljer. Enligt Mody, Chou och Friedrich (1988) påverkas nötningsegenskaperna väldigt mycket av ytans mikrostruktur. Som tidigare nämnts ses en stor skillnad av både friktionskoefficienten och nötningskoefficienten vid olika glidriktningar. Eftersom materialet består av lagerkompositioner med olika hårdhet görs antagandet att materialet ses som ett förstärkt material, där smältan mellan lagren är en försvagning i konstruktionen. Ett sådant material borde därför kunna ses som ett heterogent material, det vill säga att det enskilda materialet har flera olika egenskaper i olika punkter. Vid glidande kontakt med ett heterogent material nöts de svagare delarna av materialet bort först och det hårdare materialet verkar som stöd för att ta upp normalkraften. Detta fenomen uppstår oavsett lagerriktning. Vid glidning som sker parallellt med lagerriktningen uppstår sprickor och brott i förstärkningarna parallellt med lagerriktningen. Detta ger upphov till relativt lite nötning, se figur 2.14a. Då glidning sker vinkelrätt mot lagerriktningen framhävs nötningen i förstärkningarna. Detta

30 14 sker på grund av sprickorna och brotten som uppstår på grund av ökad friktion. Se figur 2.14a (efter Mody et al. 1988). Vid glidning i normalriktningen skyddas lagersmältan av förstärkningarna vilket sänker nötningsgraden. Dock försämras denna egenskap om detaljen utsätts för bland annat böjande moment, eftersom förstärkningarna då tar upp för stor last vilket ger upphov till brott, se figur 2.14b (efter Mody et al. 1988). Figur Parallell och vinkelrät förstärkning (a) och förstärkning i normalriktningen (b). Enligt Mody et al. (1988) är nötningsbeständigheten störst om lagerriktningen läggs parallellt med glidriktningen Tribometer Enligt Jacobsson & Hogmark (1996) kan rätt materialval medföra enorma besparingar, dessvärre är möjligheten att välja rätt materialval ur handböcker för tribologiska tillämpningar idag svårt. Detta beror på att friktionskoefficienter och nötningskoefficienter är systemparametrar d.v.s. unika för de system till vilka de har framtagits. De kan alltså inte betraktas som materialparametrar så som sträckgräns, elasticitetsmodul eller brottförlängning. Detta medför att det nästan alltid är lämpligt att utföra någon form av nötningsprovning vid materialval för tribologiska tillämpningar, ett så kallat modelltest. Målsättningen för testet kan t.ex. vara att välja optimalt material med avseende på kostnad eller nötningsbeständighet för att ersätta en detalj i ett redan existerande system (Jacobsson & Hogmark, 1996). Nötningstest av abrasiv eller glidande kontakt kan uppdelas i slutna respektive öppna tribosystem. Om spåret hela tiden förnyas är systemet öppet, se figur 2.15a. Om samma kontaktyta möts gång efter gång är systemet slutet, ett exempel på detta är pin on disc, se figur 2.15b (Jacobsson & Hogmark, 1996).

31 15 Figur a) Öppet system: Linjär fram och återgående rörelse; b) Pin on disc (slutet system). Det öppna kontaktförhållandet är vanligt i praktiska tillämpningar, men kan vara svårt att tillämpa i ett laboratorium på grund av den stora ytan som krävs. De flesta testmaskiner använder istället slutna system (Jacobsson & Hogmark, 1996) Tidigare utförda tribometer experiment Experiment av glidande nötning av FDM tillverkade detaljer har gjorts tidigare med hjälp av en så kallad tribometer av typen pin on disc. Det finns flera parametrar som påverkar nötningsbeständigheten i material som är tillverkade genom 3D skrivning. De fem viktigaste enligt Sood et al. (2012) är lagertjockleken, detaljens positionering i skrivaren, lagerorienteringen, lagerbredden samt luftfickans tjocklek. Dessa illustreras nedan i figur 2.16 (efter Sood et al. 2012). a. Lagertjocklek: Varje lager som adderas har en specifik tjocklek. Tjockleken beror på vilken typ av munstycke som kommer att användas. b. Positionering θ: Detaljens positionering i tillverkningsplattformen på 3D skrivaren med hänsyn till dess lokala koordinatsystem, där x och y axlarna är parallella mot plattformen och z axeln är riktad längs detaljen. c. Lagerorientering α: Lagrens positionering i relation till x axeln på plattformen. d. Lagerbredd: Lagrens bredd som används vid varje intervall. e. Luftfickans tjocklek: Tjockleken på den uppkommande luftfickan mellan två närliggande lager. Figur Parametrar som påverkar nötningsbeständigheten i 3D tillverkade detaljer.

32 16 Sood et al. (2012) utförde ett nötningstest varpå en polymer utsattes för glidande abrasiv nötning där dessa viktiga parametrar beaktades. Parametrarna testades i steg med 3 olika nivåer, dessa betecknades med en låg nivå ( 1), central nivå (0) och hög nivå (1). Detta gör det möjligt att approximera resultat inom dessa gränser för att kunna utvärdera vilka faktorer som har störst påverkan på detaljen, sett ur nötningssynpunkt. Undersökningsvärdena i dess olika nivåer visas nedan i tabell 2.6. Tabell 2.6. Testfaktorer med olika nivåer för experiment på 3D skriven polymer (efter Sood et al. 2012). Faktor Symbol Nivå Låg nivå ( 1) Central nivå (0) Hög nivå (1) Enhet Lagertjocklek A 0,127 0,178 0,254 mm Positionering B Lagerorientering C Lagerbredd D 0,406 0,456 0,506 mm Luftfickans tjocklek E 0 0,004 0,008 mm Experimentell data från testet redovisas i tabell 7.2 i appendix. Den sammanställda volymen som nötts bort redovisas i tabellen som ett resultat av faktorerna med enheten bortnött material per sträcka. Tabell 7.2 visar tydligt att flera faktorer är beroende av varandra och dessa är viktiga att ta hänsyn till vid säkerställning av en detaljs totala nötningsresistens. 3 Metod Arbetet delas in i analytiska beräkningar och fysiska experiment. Experimenten behandlar formsprutad POM samt 3D skriven Ultem. Från experimentet kommer endast jämförande data att erhållas. Experimentell data jämförs med teoretiska värden för att kunna beräkna livslängden. 3.1 Test av nötningsbeständighet För att bestämma nötningsbeständigheten i två olika polymerer har ett experiment utförts. Experimentet bygger på pin on disc metoden vars syfte är att jämföra nötningsbeständigheten hos olika material. Polymererna nöttes mot en roterande skiva med hastigheten 1 m/s och en konstant kraft. Provbitarna nöttes mot skivan lika lång tid och lika lång sträcka varpå volymen bortnött material utvärderades för att få fram ett jämförande resultat Experimentutrustning En vertikalfräs av märket Somatec användes för att rotera skivan som utförde nötningen. Fräsen har en ställbar växellåda vilket gör det möjligt att använda olika varvtal. Ett varvtal på 50 varv/minut användes för att simulera en hastighet som motsvarar ungefär 1 m/s Konstruktion av testanordning Konstruktionen som användes vid testet av nötningsbeständigheten visas i figur 3.1. Två järn monterades i fräsens koordinatbord och monterades i varandra med hjälp av ett vinkelbeslag. Högst upp på det vertikala järnet sitter ett 20x20 mm fyrkantsrör monterat, vilket kommer låsa polymeren i alla riktningar förutom i vertikalled. Ovanpå polymeren monterades en vikt på 510 gram för att få en konstant kraft på 5 N. Den roterande skivan har en diameter på 200 mm och ett centrumhål om 8

33 17 mm i diameter. I centrumhålet på skivan har en axel med en fläns monterats. Axelns diameter är 7,8 mm och flänsens diameter är 20 mm. I flänsen och skivan finns ett hål för montering av styrstift, vilket förhindrar oönskad relativ rörelse mellan skiva och axel. Konstruktionens detaljer illustreras vidare i appendix. R a värdet på skivan är större än vid de teoretiska beräkningarna för att påskynda experimentet. Detta har ingen betydelse eftersom metoden endast är ett jämförande mellan två material. Lagertjockleken på den 3D skrivna Ultem detaljen är 0,254 mm. 3.2 Analytiska beräkningar Figur 3.1. CAD modell av testanordning. Enligt Hegadekatte, Huber och Kraft (2006) är användandet av Archards nötningsekvation en väldigt bra ersättning till experimentella analyser. Enligt Lancaster (1969) beror nötningskoefficienten k på brottgränsen och brottöjningen. Lancaster antar således att brottöjningen är en materialegenskap, vilket är omdiskuterat. Antagandet är en approximation vilket används vid bestämmandet av nötningskoefficienten för Ultem. Materialegenskaperna som påverkar nötningskoefficienten vilka har undersökts är brottgränsen och brottöjningen Volym bortnött material Total volym bortnött material på det befintliga mothållet i POM mättes med hjälp av en vertikalfräs som har ett digitalt positioneringssystem. Maskinen är stationerad i modellverkstaden på Högskolan i Skövde och mätningen skedde med hjälp från Stefan Zomborcsevics 5. Maskinen utrustades med en vipparmsindikator för att kunna mäta djupet på fåran av det bortnötta materialet. Mothållet kunde sedan flyttas parallellt och vinkelrätt längs planet. Genom att avläsa värdet på vipparmsindikatorn samt fräsens koordinatsystem är det möjligt att bestämma mothållets position. Genom att mäta djupet vid olika punkter är det möjligt att approximativt uppskatta volymen bortnött material. 5 Stefan Zomborcsevics, Adjunkt i integrerad produktutveckling, Högskolan i Skövde

34 Glidhastighet Då glidhastigheten enligt Unal et al. (2004) har relativt liten inverkan på nötningskoefficienten uppskattades denna utifrån studier av monteringar i den verkliga arbetssituationen. Det är dock viktigt att använda samma glidhastighet vid uppskattning av nötningskoefficienterna för att få en så exakt jämförelse som möjligt Glidsträcka Sträckan som mothållet tillryggalägger i varje cykel analyserades genom att studera måttsättningen i den befintliga CAD modellen av bränslefördelningsröret skapad i Inventor (Autodesk, 2013). Den reella sträckan antar den längsta möjliga nötningssträckan som uppstår mellan bränslefördelningsröret och gafflarna, detta för att erhålla en minimigräns Kontaktkraft Kraften uppskattades genom användandet av Archards nötningsekvation (2.4). Det är svårt att avgöra det exakta kontakttrycket P, eftersom denna beror på den mänskliga faktorn och det faktum att varje montör använder verktyget på olika sätt. Så länge kontakttrycket är samma i varje fall så är det möjligt att göra en jämförelse. 4 Resultat I detta kapitel presenteras de teoretiska resultaten samt resultatet från experimentet. Eventuella felmarginaler, approximationer och missvisningar diskuteras vidare i kapitel Nötningsbeständighet från experimentella resultat Totalt genomfördes experiment på 9 stycken olika detaljer. Tre av dessa var bitar i acetalplasten POM medan de andra 6 var 3D skrivna i materialet Ultem. Ultem testades i både x och y riktning, tre bitar vardera. Resultaten är enbart av jämförande betydelse mellan materialen. Startvikten vägdes innan experimentets början varpå en slutvikt för vardera bit noterades vid experimentets slut. Vågens felmarginal är ± 0,01 gram. Resultatet och den procentuella förändringen visas i tabell 4.1. Illustrativa bilder med 5 gångers förstoring för Ultem (x riktning), Ultem (y riktning) samt POM visas i figur 7.10, figur 7.11 respektive figur 7.12 i kapitel 7.3. Tabell 4.1. Experimentella resultat. Typ av material Startvikt [g] Slutvikt [g] Procentuell förändring [%] Ultem x riktning #1 Ultem x riktning #2 Ultem x riktning #3 Ultem y riktning #1 Ultem y riktning #2 Ultem y riktning #3 POM #1 POM #2 POM #3 4,66 4,66 4,66 4,65 4,66 4,65 9,63 9,30 7,64 4,50 4,47 4,51 4,49 4,50 4,47 9,54 9,19 7,63 3,43 4,08 3,22 3,44 3,43 3,87 0,93 1,18 1,31

35 Volym bortnött material Volymen bortnött material på originalmothållet i POM bestämdes genom metoden som förklarades i kapitel 3.2.1, se figur 4.1. Volymen som har nötts bort från det befintliga mothållet är totalt 74,8 mm Glidhastighet Figur 4.1. Vipparmsindikator för att mäta bortnött volym. Vid tidigare besök på Volvo Personvagnar uppskattades glidhastigheten för att få en ungefärlig uppfattning. Glidhastigheten definieras som hastigheten montören förflyttar mothållet med. Glidhastigheten approximeras till en medelhastighet på 1 m/s. Enligt Unal et al. (2004) har en glidhastighet på 0,5 m/s till 1 m/s ingen påverkan på nötningskoefficienten vilket visas i figur Nötningskoefficient För att approximera nötningskoefficienten för polymererna POM och Ultem används Lancasters relation mellan brottöjningen och brottgränsen. Detta görs genom att bestämma värdet av kvoten 1/ för de båda polymererna. Enligt Lancaster förhåller sig nötningskoefficienten proportionellt mot inversen av produkten mellan brottöjningen och brottgränsen för polymerer. Detta gör det möjligt att approximera nötningskoefficienten för de båda polymererna med hjälp av tabell 2.4, figur 2.11 och motsvarande materialdata (Automation Creations Inc, 2015). Skalan på diagrammet i figur 2.11 är logaritmisk och har en riktningskoefficient b = 1,0. Värdet för nötningskoefficienten för de olika polymererna kan sedan beräknas med hjälp av riktningskoefficienten. Nötningskoefficienten och materialdata för respektive polymer redovisas i tabell 4.2. Beräkningar av nötningskoefficienten med hjälp av Lancasters relation härleds i appendix.

36 20 Materialegenskaper Tabell 4.2. Materialdata och nötningskoefficient för materialen POM och Ultem. POM PEI/Ultem 9085 (x riktning) PEI/Ultem 9085 (y riktning) Brottgräns [MPa] 75,8 61,0 46,0 Brottöjning [%] 30,0 6,35 5,00 Nötningskoefficient [mm 3 /Nm] 2, , , För att kontrollera tillförlitligheten på Lancasters relation enligt figur 7.9, utvärderas nötningskoefficienten för ytterligare material. Exempelvis polymeren polystyren har en brottgräns U = 40 MPa och U = 7 %. Detta ger en nötningskoefficient på ungefär 0,02 mm 3 /Nm, vilket enligt figur 7.9 är ett tillförlitligt resultat. 4.5 Antalet cykler Användandet av Lancasters relation visar att endast nötningskoefficienten är materialberoende variabel. Antalet cykler för mothållet i POM är approximativt Detta ger ett linjärt samband mellan nötningskoefficienten och den bortnötta volymen då kraften och glidsträckan är konstant. Det är därför möjligt att enbart notera skillnaderna mellan nötningskoefficienterna. Enligt resultatet från kapitel 4.4 är nötningskoefficienten för Ultem i x riktningen ungefär 5,9 gånger så stor som nötningskoefficienten för POM. Detta innebär att 3D skrivna detaljer i materialet Ultem med lager positionerade i x riktningen kommer att nötas ungefär 5,9 gånger mer än detaljer i POM. Jämförs resultatet med antalet cykler som bestämdes i kapitel 1.1 kommer ett 3D skrivet mothåll i Ultem att avverka ungefär cykler innan samma volym bortnött material har uppnåtts. 4.6 Hållfasthet Materialdata från experiment utförda av Sood et al. (2012) presenteras i tabell 2.4 och tabell 2.5. Experimenten är utförda på provbitar som är tillverkade genom 3D skrivning och i materialet Ultem. Resultatet som presenteras i tabell 4.2 beskriver endast hållfastheten vid dragande belastning och resultatet i tabell 4.3 beskriver hållfastheten vid tryckande belastning för materialen Ultem och POM. Resultatet för Ultem baseras på detaljer tillverkade genom 3D skrivning. Tabellerna visar att då materialen utsätts för en dragande kraft är Ultem i x riktningen ungefär 13 % svagare och relaterad brottöjning är hela 80 % mindre än POM. Vid tryckande kraft är Ultem ungefär 124 % starkare än POM. Dessa värden gäller spänning och töjning vid brott. Tabell 4.2. Hållfasthet vid dragande belastning. Material Brottgräns [MPa] Brottöjning [%] Ultem (x riktning) ~ 61,3 ~ 6,4 Ultem (y riktning) ~ 45,7 ~ 5,0 Ultem (z riktning) ~ 40,7 ~ 2,3 POM ~ 70.0 ~ 30,0

37 21 Tabell 4.3. Hållfasthet vid tryckande belastning. Material Brottgräns [MPa] Ultem (xy riktning) ~ 57,5 Ultem (z riktning) ~ 69,5 POM ~ 31,0 5 Diskussion I diskussionskapitlet behandlas eventuella felkällor och faktorer som kan anses vara missvisande. Kapitlet delas upp i en del där de teoretiska resultaten diskuteras och en del där de experimentella resultaten diskuteras. Vidare behandlas även TSE (Technology, Society and Environment) och rekommenderat fortsatt arbete. 5.1 Teori De presenterade materialkostnaderna för de olika materialen kan vara missvisande, eftersom priset för Ultem redovisas som kostnader för startavgift, maskintid och arbetstid. Maskintiden och arbetstiden kan variera från företag till företag, men presenterade kostnader ger ändå en klar bild av skillnaden. Priset för POM är baserat på ett större stycke formsprutad POM. Vid tillverkning av detaljer i POM i mindre skala och färre antal kan priset variera. Kostnadsjämförelsen bör utvärderas vidare där bland annat maskintid behöver räknas in i bägge fall. Volymen bortnött material mättes genom avläsning av punkter på det nötta mothållet, med ett givet avstånd mellan varje mätpunkt på 1 mm. Noterbart är att vipparmsindikatorns marginal för avläsningsfel ger en procentuellt liten felmarginal. För ett mer exakt resultat bör mätningen utföras antingen genom att minska avståndet mellan avläsningspunkterna eller utföras med en annan mätmetod. Däremot gav mätningen ett tillräckligt noggrant mätresultat för att vara användbart vid uppskattningen av det bortnötta materialet, och anses därmed som tillförlitlig. Eftersom montörer använder mothållet med olika hastigheter vid montering är det svårt att ta fram ett tillförlitligt värde. En hastighet på 1 m/s uppskattas utgöra ett rimligt medelvärde och används i Lancasters nötningsekvation för att uppskatta ett medelvärde av den bortnötta volymen. Efter studier av monteringen på Volvo Personvagnar och tidtagning av dessa, är en hastighet på 1 m/s ett rimligt resultat. Den totala glidsträckan och reella kontaktkraften är svår att bestämma analytiskt då nötning inte alltid uppstår mellan mothåll och bränslefördelningsrör. Det går inte att avgöra när nötning faktiskt sker, men antagandet är att nötning sker vid samtliga monteringar. Detta är troligen en stor felkälla. Antalet cykler mothållet avverkar enligt beräkningarna är således en grov uppskattning men bör ge ett godtagbart referensvärde. Vid jämförandet mellan POM och Ultem med hjälp av linjära ekvationer krävs det endast att glidsträckan och kontaktkraften som används antar samma värde i båda fall. Den procentuella nötningen kommer endast att bero på nötningskoefficienten vid jämförande av fall med samma glidsträcka och kontaktkraft. Bestämmandet av nötningskoefficienten för POM och Ultem bygger på det antagande att Lancasters relation går att utnyttjas för nötning i polymerer.

38 22 Eftersom relationen bygger på en interpolering av data för flertalet polymerer ges en hänvisning om var på linjen polymererna hamnar. Detta antagande ger upphov till ett fel, men det bedöms vara så litet att det inte hindrar uppskattningen och bestämmandet av nötningskoefficienten för polymererna. Kontroll för ytterligare polymerer har även utförts för att bekräfta rimligheten i antagandet, detta med goda resultat. Ytterligare felmarginal uppstår då materialdata från tabell 2.4 endast är ett medelvärde av flera utförda experiment. På grund av detta uppstår en differens mellan högsta och lägsta värdet vid provtillfället. Efter beräkningar av differensen mellan högsta och lägsta värdet visar det sig att felmarginalen så pass liten att den kan betraktas som försumbar. Uppskattandet av antalet cykler då de två olika mothållen fortfarande visar en godtagbar funktion är anses rimligt. Efter en fördjupning i ämnet står det klart att nötningen av en polymer påverkas i störst utsträckning av materialets brottgräns och den relaterade töjningen vid brott. En enkel överslagsräkning är då möjlig efter bestämning av dessa data från experiment för ett önskvärt material. Att nötningen i första hand skulle påverkas av brottgränserna vid spänning och töjning uppfattas som rimligt eftersom Lancasters relation är vanligt förekommande och har hög tillförlitlighet. Antagandet menar högst troligt på att när små segment av polymeren nöts bort sker detta eftersom spänningen och töjningen för det segmentet blir för stort. En polymer som har hög brottgräns blir följaktligen mer nötningsbeständig än en polymer som har låg brottgräns. Eftersom nötningsproverna inte utfördes efter någon standard kan data från dessa inte användas för ytterligare studier. Experimentell data är endast ett jämförande resultat av nötningsbeständigheten mellan POM och 3D skriven Ultem. Experimentet är praktiskt användbart som en jämförelse mellan de två olika polymererna, men bör inte ligga till grund för forskning inom området. Förslag på vidareutveckling redovisas i kapitel 5.4. Materialdata för de hållfasthetsberäkningar som redovisas i tabell 2.4 och tabell 2.5 bygger endast på data från experiment utförda av Bagsik et al. (2010) vilket bör tas i beaktning. Tillförlitligheten hos framtagen experimentell data anses dock vara hög och hänvisas dessutom till vid flera vetenskapliga artiklar inom området. Ytterligare lastfall bör utredas trots överdimensionering i konstruktionsfasen, något som föreslås i kapitel Experiment De experimentella resultaten visar att skillnaden mellan lagerriktningarna i det 3D skrivna materialet inte är noterbar. Nötningen av Ultem, oavsett lagerriktning, är ungefär 3 gånger så stor som av POM. Experimentets felkällor är att vikten inte är helt jämnt fördelad över provbiten samt att en transferfilm bildas av spånor som uppkommer av nötningen. En transferfilm bildas vid nötning av polymerer och består av spånor som bildar en hinna av bortnötta segment av polymeren. Transferfilmen gör att nötningen minskar. Dock bildas en transferfilm som procentuellt är nästan lika stor vid alla tester, vilket gör att detta inte har någon större inverkan på resultatet. Anledningen till att nötningen i de olika lagerriktningarna är lika stor beror med största sannolikhet på att luftfickorna som bildas mellan lagren är så pass små att provbiten blir näst intill solid. Detta innebär att lagerriktningen, teoretiskt, inte bör påverka nötningsbeständigheten.

39 23 Alla provbitar i experimentet har utsatts för nötning enligt samma förutsättningar och ger ett jämförande resultat som anses vara tillförlitligt. 5.3 TSE (Technology, society and environment) 3D skrivningstekniken är en innovativ och framåtgående teknik vars fördelar är dess förmåga att skapa komplexa geometrier på relativt kort tid. ÅF Consult som företag har möjligheterna och resurserna att driva tekniken framåt. Om ÅF tillämpar 3D skrivningstekniken till framtagandet av komplexa konstruktionsdetaljer kommer säkerligen fler företag att göra detsamma vilket leder, inte bara 3D skrivningstekniken framåt, utan även främjar den tekniska utvecklingen som sådan. Detta lär på sikt gynna teknologin i samhället. En nackdel med en etablering av 3D skrivningstekniken är att arbetssituationen skulle automatiseras än mer vilket kan leda till färre jobb inom industrin. Dock kommer tillgängliga arbeten att vara än mer stimulerande vilket förmodligen leder till en effektivare arbetsplats. Genom att tillämpa 3D skrivning och dess additiva tillverkning kommer mängden spill vid tillverkning att minskas jämfört med maskinell bearbetning, vilket är positivt ur främst miljösynpunkt. Även tillgängligheten av material och smidigheten vid framställandet är tillmötesgående med tekniken. Samhället kommer att dra fördel av den tekniska utvecklingen på flera plan. Tillgängligheten för 3Dutskrifter kommer att öka vilket leder till att även den enskilda privatpersonen kommer att kunna tillämpa tekniken. Detta är något som förmodligen kommer att öka intresset för tekniken i allmänhet vilket leder till fler engagerade individer som kan driva utvecklingen vidare. POM och Ultem är båda syntetiska plaster vilket innebär att de släpper ut ämnen giftiga för människan och miljön vid framställningen. Framställningen av POM kan bland annat frigöra formaldehyd (Kusy & Whitley, 2005). Detta är en färglös gas vilken klassas som cancerframkallande (World Health Organization, 2000). POM och Ultem är termoplaster, vilket betyder att de går att återanvända. Den återanvända plastens egenskaper kommer dock att vara betydligt lägre än innan den återanvänts. Plaster innehåller mycket energi och därför är energiåtervinning vid förbränning i värmekraftverk det bästa alternativet idag (Bruder, 2013). Med tanke på giftutsläppen som kan förekomma vid bland annat bearbetning i POM rekommenderas 3D skrivningstekniken ur miljösynpunkt.

40 Rekommenderat fortsatt arbete till ÅF och vidare utveckling Vid eventuellt fortsatt arbete av 3D skrivna polymerer anses det att följande punkter bör utvärderas: Utvärdering av materialet FullCure (Digital Mechanics, 2005) som enligt Lancasters relation i figur 2.11 (efter Evans & Lancaster, 1979) har den högsta nötningsbeständigheten. Flera faktorer i 3D skrivningsprocessen behöver inkluderas för att bestämma nötningsbeständigheten hos 3D skrivna polymerer. Tabell 2.6 visar att bland annat lagerbredd och luftfickans storlek är faktorer av intresse för detta. Andra materialegenskaper bör tas i beaktning, såsom temperaturbeständighet och påverkan från omgivande miljö vid en nötningsanalys. Fler sammansmältningstekniker och fler miljövänliga tekniker bör utvärderas. I dagsläget reduceras nötningsbeständigheten av den låga töjningen innan brott. Företaget bör bli ledande vid utvecklingen av 3D skrivningstekniken för att främja utvecklingen av såväl tekniken som samhället. 6 Slutsatser Ur ett livslängdsperspektiv där nötning förekommer är det inte lönsamt att tillämpa 3Dskrivningstekniken med materialet Ultem. Nötningen hos Ultem är enligt den teoretiska undersökningen ungefär 6 gånger så stor än hos POM, vilket främst beror på att den maximala töjningen innan brott reduceras kraftigt vid 3D skrivning. Enligt den experimentella undersökningen är nötningen hos Ultem ungefär 3 gånger så stor som hos POM. Materialåtgången reduceras kraftigt med tekniken eftersom allt spill elimineras. Materialkostnaden skiljer sig åt markant vilket främst beror på att fler faktorer än endast materialet som sådant är medräknat vid beräkningen av priset för Ultem. Priset ger dock indikationer på att tekniken endast bör tillämpas vid komplexa geometrier. Ultem är ungefär 13 % svagare i x riktningen och relaterad brottöjning är hela 80 % mindre, än POM. Då detaljer utsätts för tryckande kraft är Ultem ungefär 124 % starkare än POM. 3D skrivningstekniken rekommenderas inte med materialet Ultem vid följande fall: Konstruktionsdetaljer som direkt utsätts för abrasiv nötning. Konstruktionsdetaljer med relativt enkel geometri. Massproducerade konstruktionsdetaljer. Situationer då töjningen överskrider 5 %. 3D skrivningsteknikens fördelar ligger i dess flexibilitet, tillgänglighet och nästintill obefintliga materialspill. Tekniken rekommenderas tillsammans med materialet Ultem vid följande situationer: Konstruktionsdetaljer ej utsatta för nötning eller nötning som anses vara acceptabel. Konstruktionsdetaljer där krav på komplexa geometrier ställs. Konstruktionsdetaljer där krav på hög tillgänglighet ställs. Konstruktionsdetaljer som utsätts för tryckande belastning. Slutligen rekommenderas ÅF att i det stora hela tillämpa 3D skrivningstekniken och undersöka vidare bland annat ytterligare material och andra sammansmältningstekniker.

41 25 Referenser ASTM D638. (2008). Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics. West Conshohocken, Pennsylvania: ASTM International. Autodesk. (2013, Mars 27). Autodesk Inventor San Rafael, California, America. Automation Creations Inc. (2015, April 1). MatWeb, Your Source for Materials Information. Retrieved from Bagsik, A., Schöppner, V., & Klemp, E. (2010). FDM Part Quality Manufactured with Ultem* th International Scientific Conference on Polymeric Materials. Halle (Saale). Bruder, U. (2013). Värt att veta om plast. Karlskrona: Bruder Consulting AB. Cambridge, U. o. (2014). Den fundamentala skillnaden mellan kristallina, delkristallina och amorfa solider. Retrieved from scale structure/intro.php Daniel, I. M., & Ishai, O. (2006). Engineering mechanics of composite materials. New York: Oxford University Press, Inc. Digital Mechanics. (2005, 04 22). Produkter & Tjänster. Retrieved from Rapid Prototyping: Edshammar, L. E. (2002). Plast: en materialguide för industrin. Uppsala: Industrilitteratur AB. Evans, D., & Lancaster, J. (1979). The Wear of Polymers. Treatise on Materials Science & Technology, 13, Fischer, M., & Josupeit, S. (2014). Material Properties of Additive Manufactures Polymer Parts. Inside 3D Printing Conference and Expo. Berlin. Friedrich, K., Zhang, Z., & Schlarb, A. K. (2005, December). Effects of various fillers on the sliding wear of polymer composites. Composites Science and Technology, 65(15 16), Gustafsson, E. (2013). Investigation of friction between plastic parts. Göteborg: Chalmers University of Technology. Hegadekatte, V., Huber, N., & Kraft, O. (2006). Modeling and simulation of wear in a pin on disc tribometer. Tribology letters Vol. 24 No. 1, Horvath, J. (2014). Mastering 3D printing. Berkeley: Aspress. Jacobsson, S., & Hogmark, S. (1996). Tribologi: friktion, nötning, smörjning. Arlöv: Berling. Klason, C., & Kubát, J. (2001). Plaster: materialval och materialdata. Göteborg: Industrilitteratur AB. Kusy, R. P., & Whitley, J. Q. (2005, April). Degradation of plastic polyoxymethylene brackets and the subsequent release of toxic formaldehyde. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, 127(4),

42 26 Lancaster, J. K. (1967). The influence of substrate hardness on the formation and endurance of molybdenum disulphide films. Wear 10, Lancaster, J. K. (1969). Abrasive wear of polymers. Wear, 14(4), Lee, J., Euh, K., Oh, J. C., & Lee, S. (2002). Microstructure and hardness improvement of TiC/stainless steel surface composites fabricated by high energy electron beam irradiation. Materials Science and Engineering A, vol. 323 no. 1 2, Mody, P. B., Chou, T. W., & Friedrich, K. (1988). Effect of testing conditions and microstructure on the sliding wear of graphite fibre/peek matrix composites. Journal of materials science 23, Pirso, J., Viljus, M., & Letunovits, S. (2004). Sliding wear of TiC NiMo cermets. Tribology International, vol. 37 no. 10, Sawyer, W., Argibay, N., Burris, D. L., & Krick, B. A. (2014). Mechanistic Studies in Friction and Wear of Bulk Materials. Annual Review of Materials Research Vol.44, Sinha, S., & Briscoe, B. (2009). Polymer tribology. London: Imperial College Press. Sood, A. K., Equbal, A., Toppo, V., Ohdar, R., & Mahapatra, S. (2012). An investigation on sliding wear of FDM built parts. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 5, Unal, H., Sen, U., & Mimaroglu, A. (2004). Dry sliding wear characteristics of some industrial polymers against steel counterface. Tribology International 37, Unal, H., Sen, U., & Mimaroglu, A. (2005). Abrasive wear behaviour of polymeric materials. Materials and Design 26, Vega, V., Clements, J., Lam, T., Abad, A., Fritz, B., Ula, N., & Es Said, O. (2011). The Effect of Layer Orientation on the Mechanical Properties and Microstructure of a Polymer. Journal of Materials Engineering and Performance, Wikimedia. (2015, Februari 5). Asperties. Retrieved from Asperities.svg.png World Health Organization. (2000). Air Quality Guidelines for Europe. WHO Regional Publications, European Series, 2(91).

43 27 7 Appendix Appendix behandlar arbetsfördelning, Work Breakdown Structure, tidsplan samt övrigt material som hänvisats till i arbetet. 7.1 Arbetsfördelning Tabell 7.1 visar arbetsfördelningen av rapporten. Tabell 7.1. Arbetsfördelning för rapporten. Kapitel Rubrik Marcus Erik Sammanfattning i x x Abstract iii x x Intyg v x x Förord vii x x Nomenklatur ix x x 1 Introduktion x x 1.1 Bakgrund x x 1.2 Problemformulering x x Mål x x Syfte x x Avgränsningar x x 1.3 Översikt x x 2 Litteraturstudie 2.1 Introduktion till polymerer x Termoplaster x Kostnadsjämförelse mellan polymererna x Jämförelse i materialåtgång mellan polymererna x 2.2 Introduktion till 3D skrivning x Typer av 3D skrivare för plaster x Fused deposition modeling x Mekanisk effekt av lagrens positionering x / 2.3 Introduktion till anisotropi x 2.4 Introduktion till tribologi x Verklig kontaktarea vid nötning x Abrasiv nötning / x Nötning i FDM tillverkade polymerer x Tribometer x Utförda tribometer experiment x 3 Metod 3.1 Test av nötningsbeständighet x x Experimentutrustning x x Konstruktion av testanordning x x 3.2 Analytiska beräkningar x x Volym bortnött material x x Glidhastighet x x

44 3.2.3 Glidsträcka x x Kontaktkraft x x 4 Resultat 4.1 Nötningsbeständighet från experimentella resultat x x 4.2 Volym bortnött material x x 4.3 Glidhastighet x x 4.4 Nötningskoefficient x x 4.5 Antalet cykler x x 4.6 Hållfasthet x x 5 Diskussion x x 5.1 Teori x x 5.2 Experiment x x 5.3 TSE (Technology, society and environment) x x 5.4 Rekommenderat fortsatt arbete till ÅF x x 6 Slutsatser x x Referenser x x 7.1 Appendix I Arbetsfördelning x x 7.2 Appendix II Work Breakdown och tidsplan x x Diskussion och reflektion om tidsplan x x 7.3 Appendix III Tillhörande material x x Härledning av nötningskoefficient x x Tidigare utförda tribometer experiment x Illustrationer x x 28

45 Work breakdown structure och tidsplan Figur 7.1 visar nedbrytningen och struktureringen av arbetet. Figur 7.1. Work breakdown structure av arbetet.

46 Diskussion och reflektion om tidsplan Figur 7.2 och figur 7.3 visar den ursprungliga tidsplanen. Denna skapades innan arbetets början i januari Figur 7.4 figur 7.8 visar den reviderade tidsplanen. Denna har uppdaterats kontinuerligt under arbetets gång. Tidsåtgången för de olika uppgifterna i tidsplanen visade sig vara svåra att planera i förhand. Vi utnyttjade att vi hade lagt undan tid för oförutsägbara händelser och förstod således vikten av att planera ett projekt. En av dem största skillnaderna mellan den ursprungliga tidsplanen och den reviderade tidsplanen var den planerade sluträttningen av handledaren som beräknades till 14 dagar. Denna rättning delades upp löpande under rapportskrivningen och vissa handledarmöten ställdes in varpå tiden lades på rättning istället. All den avlagda tiden för skrivning av diskussion och slutsats visade sig inte behövas. Den tiden lades istället på utförandet av experiment som inte hade avlagd tid i den ursprungliga tidsplanen.

47 Figur 7.2. Ursprunglig tidsplan till

48 Figur 7.3. Ursprunglig tidsplan till

49 33 Figur 7.4. Reviderad tidsplan till

50 34 Figur 7.5. Reviderad tidsplan till

51 35 Figur 7.6. Reviderad tidsplan till

52 36 Figur 7.7. Reviderad tidsplan till

53 37 Figur 7.8. Reviderad tidsplan till

54 Appendix III Tillhörande material I appendix III presenteras relaterat material till projektet såsom utvecklingar av ekvationer, figurer samt tabeller Härledning av nötningskoefficient Ekvationerna nedan härstammar från Lancasters relation samt räta linjens allmänna ekvation. Ekvation (7.3) beräknar nötningskoefficienten för en given spännings och töjningsgräns vid brott. Ekvationen hänvisar till logaritmsambandet i Lancasters relation för nötning i polymerer. k 1, (7.1) U U k mx b, (7.2) där betecknar brottgränsen, betecknar brottöjningen m = 1 och b = 4,75. b 10 k m (7.3) u u POM Enligt ekvation (7.3) är nötningskoefficienten för POM: 10 b k 2,49 10 POM m u u 3 med brottgränsen och brottöjningen 76 MPa 30 % Ultem (x riktning) Enligt ekvation (7.3) är nötningskoefficienten för Ultem (x riktning): 10 b k, 14,7 10 Ultem x m u u 3 med brottgränsen och brottöjningen 61 MPa 6,35 %

55 39 Ultem (y riktning) Enligt ekvation (7.3) är nötningskoefficienten för Ultem (y riktning): 10 b k, 24,7 10 Ultem y m u u 3 med brottgränsen och brottöjningen 46 MPa 5,00 % Figur 7.9 visar Lancaster relation mellan brottgränsen, brottöjningen och nötningskoefficienten för flertalet polymerer. Figur 7.9. Lancasters relation med flertalet polymerer.

56 Tidigare utförda tribometer experiment Nedan följer experimentell data till test utfört av Sood et al. (2012). För vidare information se kapitel Tabell 7.2. Experimentell data för experiment utförda av Sood et al. (2012). Exp.nr. A B C D E Nötning (mm 3 /m) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,03660

57 Illustrationer Nedan följer diverse illustrationer som hänvisats till i arbetet. De tre första illustrationerna visar nötning av ytan på POM och Ultem med fem gångers förstorning. Bilderna är tagna med ett mikroskop av modellen Axiovert 40 MAT stationerad i maskinrummet på Högskolan i Skövde. Vidare visas illustrationer på mothåll, testanordningen, illustration av detalj använd vid tester utförda av Vega et. al (2011). Slutligen visas riktningen på provdetaljer som utsattes för tryckande belastning i experiment utförda av Bagsik et. al (2010). Figur Nötning av Ultem (x riktning). Figur Nötning av Ultem (y riktning).

58 42 Figur Nötning av POM. Figur Mothåll med längdskala.

59 43 Figur CAD modell av infästningen i fräs. Figur Horisontell vy av den roterande skivan.

60 44 Figur Triboytor vid kontakt mellan mothåll och bränslefördelningsrör. Figur Positionering av specifik detalj. Figur Riktning av provbitar vid tryckande belastning