Spare parts applications of additively manufactured elastic sealing elements

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2017-04-10
Department
Major/Subject
Tuotantotekniikka
Mcode
K3002
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
50+12
Series
Abstract
The purpose of this thesis is to examine the currently available elastomeric additive manufacturing materials. This is done via a literary survey to find the materials that their manufacturers claim to possess suitability for elastomeric applications such as sealing, and examining the most promising found materials via testing. Additive manufacturing processes, seals and sealing processes and evaluation of spare part suitability for additive manufacturing processes are further explained as background information. The materials selected for further testing included Statasys Polyjet material TangoBlackPlus and associated digital materials, 3D Systems multi-jet printing material Visijet M2 EBK, Materialise TPU 92A-1 “rubber-like” sintering material, Carbon CLIP EPU material and Formlabs flexible FLGR2 material. The suitability of these elastomeric additive manufacturing materials was tested by manufacturing O-ring seals and testing the pressure leak rate of said seals in a simple pressure containment process. This testing was done with a pneumatic application, testing the O-ring seal in regards to sealing air in pressures around 6 bar, and hydraulically, in regards to sealing a liquid at pressure around 200 bar. The findings of these tests were that while certain additive manufacturing materials are suitable in regards to sealing air, they failed with the higher pressures used in the hydraulic testing. The damage most of the materials suffered from extruding into the clearance gap between sealing surfaces essentially set them to be single-use seals at 200 bar conditions. Formlabs Flexible FLGR02 was the only tested material found to tolerate test pressure without notable damage. The surface quality and finishing of the additively manufactured elastomeric material was found to be important to the sealing quality of the tested seal. The conclusions drawn from these results were that while some materials could be used in some applications even now, further research to the suitability of additively manufactured elastomeric seals would be required for serious exploitation.

Tämä diplomityö on laadittu selvittämään, mitä elastisia ominaisuuksia omaavia materiaaleja on saatavilla käytettäväksi materiaalia lisäävien menetelmien kanssa, sekä mitä ominaisuuksia näillä materiaaleilla on. Tutkimuksen pohjana olevan kysymyksen voi tiivistää muotoon: ”Voiko materiaalia lisäävillä menetelmillä valmistaa elastisia tiivisteitä?” Diplomityötä varten tehty tutkimus koostuu olemassa olevien elastisten, ainetta lisääville menetelmille soveltuvien materiaalien löytämisestä kirjallisuustutkimuksen avulla ja näistä poimittujen lupaavien materiaalien kokeilusta käyttöön. Materiaaleista valmistettujen testikappaleiden sopivuutta tiivisteiksi kokeiltiin käyttämällä niitä paineenkarkaustestissä, jossa mitattiin paine ajan funktiona. Taustatietona työssä esitellään materiaalia lisäävät menetelmät, elastomeeriset tiivisteet ja materiaalia lisäävien tekniikoiden käyttö varaosavalmistuksessa. Testausvaiheeseen valittiin materiaaleiksi Polyjet-tekniikan laitteille soveltuva TangoBlackPlus ja siihen liittyvät Stratasys:in digitaaliset materiaalit, 3D Systems:ltä multi-jet tekniikkaa käyttävä Visijet M2 EBK, Materialise TPU 92A-1 “rubber-like” sintrausmateriaali, Carbon CLIP:lle EPU-materiaali sekä stereolitografia-tekniikalla tulostettava Formlabs Flexible FLGR02. Nämä materiaalit testattiin valmistamalla ainetta lisäävillä menetelmillä O-rengastiivisteitä. Nämä O-renkaat kokeiltiin tarkoitusta varten valmistetulla testijärjestelmällä paineenpitotestissä ilman ja nesteen kanssa, käyttäen ilman kanssa 6 baarin ja nesteen kanssa 200 baarin testipainetta. Testien tuloksiksi saatiin se, että usea testattu materiaali soveltuisi käytettäviksi pienillä paineilla ilman kanssa, mutta suuremman testipaineen kanssa soveltuvia materiaaleja löytyi vain yksi, Formlabs flexible FLGR02. Muut materiaalit tunkeutuivat voimakkaasti tiivistepintojen väliseen rakoon ja toimivat kyseisillä paineilla lähinnä vain kertakäyttöisinä tiivisteinä.
Description
Supervisor
Partanen, Jouni
Thesis advisor
Salmi, Mika
Keywords
additive manufacturing, sealing, spare parts supply, o-rings
Other note
Citation