Забезпечення параметрів якості поверхневого шару виробів, отриманих адитивними процесами, при торцевому фрезеруванні
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2026-1(97)-104-113Ключові слова:
адитивне виробництво, FDM, торцеве фрезерування, шорсткість поверхні, постоброблення, параметри різання, поверхневий шарАнотація
У статті досліджено закономірності формування параметрів якості поверхневого шару виробів, отриманих адитивними процесами, зокрема методом FDM, при їх механічній постобробці торцевим фрезеруванням. Розглянуто вплив режимів різання (швидкість обертання, подача, глибина різання), а також технологічних параметрів друку (товщина шару, орієнтація побудови, щільність заповнення) на формування мікрорельєфу поверхні та значення шорсткості. Проаналізовано особливості обробки полімерних матеріалів з анізотропною та пористою структурою, характерною для адитивного виробництва, з урахуванням ризиків розшарування, термічного розм’якшення та утворення дефектів. На основі експериментальних досліджень отримано залежності параметрів шорсткості поверхні від режимів обробки та напрямку різання відносно шарів матеріалу. Побудовано математичну модель формування шорсткості поверхні, що враховує основні технологічні фактори процесу фрезерування. Встановлено, що домінуючий вплив на якість поверхні має подача, тоді як підвищення швидкості обертання у допустимому діапазоні сприяє стабілізації процесу різання. Показано, що обробка перпендикулярно шарам призводить до збільшення шорсткості через посилення міжшарових деформацій. Запропоновано раціональні режими торцевого фрезерування, які забезпечують мінімальні значення шорсткості при збереженні структурної цілісності матеріалу. Отримані результати можуть бути використані для оптимізації процесів постобробки адитивних виробів та підвищення їх експлуатаційних характеристик.
Посилання
Abbasi, M., Váz, P., Silva, J. and Martins, P. (2025), «Head-to-head evaluation of FDM and SLA in additive manufacturing», Applied Sciences, Vol. 15, Issue 4.
Lalegani Dezaki, M., Mohd Ariffin, M.K.A. and Ismail, M.I.S. (2020), «Effects of CNC machining on surface roughness in fused deposition modelling (FDM) products», Materials, Vol. 13, Issue 11.
Kantaros, A., Soulis, E., Petrescu, F.I.T. and Ganetsos, T. (2023), «Advanced composite materials utilized in FDM/FFF 3D printing manufacturing processes: the case of filled filaments», Materials, Vol. 16, Issue 18.
Alnusirat, W., Hann, S., Salenko, O. et al. (2025), «Forming the properties of parts obtained by FDM by modifying the surface layer using mechanical and physical-technical treatment», Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 6.
Mondal, P., Das, A., Wazeer, A. and Karmakar, A. (2022), «Biomedical porous scaffold fabrication using additive manufacturing technique: porosity, surface roughness and process parameters optimization», International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, Vol. 5, No. 3, рр. 384–396.
Kechagias, J.D. (2024), «Effects of thermomechanical parameters on surface texture in filament materials extrusion: outlook and trends», F1000Research, Vol. 13.
Tran, N.H. and Phan, N.D.M. (2025), «Analyzing the impact of process parameters on surface roughness and mechanical properties in FDM 3D printing using machine learning», International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), Vol. 19, Issue 12, рр. 8709–8728.
Efa, D.A. and Ifa, D.A. (2025), «Optimization of design parameters and 3D-printing orientation to enhance the efficiency of topology-optimized components in additive manufacturing», Results in Materials, Vol. 26.
Valerga, A.P., Batista, M., Fernandez-Vidal, S.R. and Gamez, A.J. (2019), «Impact of chemical post-processing in fused deposition modelling (FDM) on polylactic acid (PLA) surface quality and structure», Polymers, Vol. 11, Issue 3.
Jayanth, N., Senthil, P. and Prakash, C. (2018), «Effect of chemical treatment on tensile strength and surface roughness of 3D-printed ABS using the FDM process», Virtual and Physical Prototyping, Vol. 13 (3), рр. 155–163.
Gómez-Gras, G. and Pérez, M.A. (2024), «Post-Processing of Additive Manufacturing Functional Polymeric Parts: Influence on Surface, Dimensional Quality and Mechanical Performance», Post-Processing of Parts and Components Fabricated by Fused Deposition Modeling, pp. 43–80.
Carta, M., Loi, G., El Mehtedi, M. et al. (2025), «Improving surface roughness of FDM-printed parts through CNC machining: A brief review», Journal of Composites Science, Vol. 9 (6).
Gao, J., Huang, S., Zhang, T. et al. (2025), «FDM 3D printing surface quality optimisation: multi-objective parameter control based on hybrid machine learning and response surface methodology», Nondestructive Testing and Evaluation, рр. 1–38.
Salenko, O., Strutinsky, V., Avramov, K. et al. (2025), «Providing technical and algorithmical support to the predictable properties of honeycomb filler obtained by additive processes», Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 135, No. 1.
Lalegani Dezaki, M., Mohd Ariffin, M.K.A. and Hatami, S. (2021), «An overview of fused deposition modelling (FDM): research, development and process optimization», Rapid Prototyping Journal, Vol. 27 (3), рр. 562–582.
Del Sol, I. et al. (2019), «Study of the FDM parameters of the ABS parts in the surface quality after machining operations», Key Engineering Materials, Vol. 813, рр. 203–208.
El Mehtedi, M., Buonadonna, P., El Mohtadi, R. et al. (2024), «Surface Quality Related to Machining Parameters in 3D-Printed PETG Components», Procedia Comput. Sci., Vol. 232, рр. 1212–1221.
El Mehtedi, M., Buonadonna, P., Loi, G. et al. (2024), «Surface Quality Related to Face Milling Parameters in 3D Printed Carbon Fiber-Reinforced PETG», J. Compos. Sci., Vol. 8.
Lalegani Dezaki, M., Mohd Ariffin, M.K.A. and Ismail, M.I.S. (2020), «Effects of CNC Machining on Surface Roughness in Fused Deposition Modelling (FDM) Products», Materials, Vol. 13.
Tomal, A.N.M.A., Saleh, T. and Khan, M.R. (2018), «Combination of Fused Deposition Modelling with Abrasive Milling for Attaining Higher Dimensional Accuracy and Better Surface Finish», IIUM Eng. J., Vol. 19, рр. 221–231.
Kadhum, A.H., Al-Zubaidi, S. and Abdulkareem, S.S. (2023), «Effect of the Infill Patterns on the Mechanical and Surface Characteristics of 3D Printing of PLA, PLA+ and PETG Materials», ChemEngineering, Vol. 7.
Mani, M., Karthikeyan, A.G., Kalaiselvan, K. et al. (2022), «Optimization of FDM 3-D Printer Process Parameters for Surface Roughness and Mechanical Properties Using PLA Material», Mater. Today Proc., Vol. 66, рр. 1926–1931.
Ferreira, I., Madureira, R., Villa, S. et al. (2020), «Machinability of PA12 and Short Fibre–Reinforced PA12 Materials Produced by Fused Filament Fabrication», Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol. 107, рр. 885–903.
El Mehtedi, M., Buonadonna, P., El Mohtadi, R. et al. (2024), «Optimizing Milling Parameters for Enhanced Machinability of 3D-Printed Materials: An Analysis of PLA, PETG, and Carbon-Fiber-Reinforced PETG», JMMP, Vol. 8.
Guo, C., Liu, X. and Liu, G. (2021), «Surface Finishing of FDM-Fabricated Amorphous Polyetheretherketone and Its Carbon-Fiber-Reinforced Composite by Dry Milling», Polymers, Vol. 13.
Boschetto, A., Bottini, L. and Veniali, F. (2016), «Finishing of Fused Deposition Modeling Parts by CNC Machining», Robot. Comput.-Integr. Manuf., Vol. 41, рр. 92–101.
Jiang, G., Yang, T., Xu, J. et al. (2020), «Investigation into Hydroxypropyl-Methylcellulose-Reinforced Polylactide Composites for Fused Deposition Modelling», Ind. Crops Prod., Vol. 146.
Kamer, M.S. and Uzay, Ç. (2024), «Investigation of The Effect of CNC Milling Cutting Process on The Tensile Test of PLA Samples Produced Using Two Different 3D Printers with The FDM Method», Derg. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Derg., Vol. 39, рр. 599–608.
Chen, Y., Ye, L., Kinloch, A.J. and Zhang, Y.X. (2023), «D Printed Carbon-Fibre Reinforced Composite Lattice Structures with Good Thermal-Dimensional Stability», Compos. Sci. Technol., Vol. 227.
El Mehtedi, M., Buonadonna, P., Carta, M. et al. (2023), «Effects of Milling Parameters on Roughness and Burr Formation in 3D-Printed PLA Components», Procedia Comput. Sci., Vol. 217, рр. 1560–1569.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Вадим Миколайович Орел
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
