N. V. Piatkovsky, M. A. Tashkinov
MODELING OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF NONPLANAR MULTI-AXIS FDM-PRINTED PARTS WITH LOCAL MATERIAL ANISOTROPY
DOI: 10.17804/2410-9908.2026.2.073-086 The paper presents an approach to finite element modeling of parts manufactured by non-planar multi-axis FDM printing, taking into account the local spatial anisotropy of the material. A software algorithm is developed for the parametric generation of print paths for thin-walled hollow tubes without preliminary slicing. The main contribution of the study lies in the comparative modeling of two layer deposition strategies, namely planar and non-planar, using geometrically oriented local coordinate systems reflecting the expected orientation of orthotropic properties in the walls of a curved tube. The methodology is validated using the example of thin-walled hollow square-section tubes made of ABS plastic. The numerical analysis of the stress-strain state under static three-point bending shows that non-planar deposition, in which non-parallel layers follow the geometry of the part, provides a more uniform stress distribution and reduces local stress concentrations induced by unfavorable layer orientation, but is at the same time more susceptible to delamination.
Acknowledgement: The study was performed at Perm National Research Polytechnic University and supported by the Russian Science Foundation (project No. 22-79-10350-П). Keywords: additive manufacturing, multi-axis printing, non-planar printing, FDM printing (fused deposition modeling), finite element method (FEM), three-point bending
Н. В. Пятковский, М. А. Ташкинов
МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ НЕПЛАНАРНОЙ МНОГООСЕВОЙ FDM-ПЕЧАТИ, С УЧЕТОМ ЛОКАЛЬНОЙ АНИЗОТРОПИИ МАТЕРИАЛА
В статье представлен подход к конечно-элементному моделированию изделий, полученных методом многоосевой непланарной FDM-печати, с учетом локальной пространственной анизотропии материала. Разработан программный алгоритм для параметрической генерации траектории печати полых тонкостенных трубок без предварительного слайсинга. Основной вклад работы состоит в сравнительном моделировании двух схем укладки слоев (планарной и непланарной) с использованием геометрически ориентированных локальных систем координат, отражающих предполагаемую ориентацию ортотропных свойств в стенках изогнутой трубы. Методика протестирована на примере тонкостенных полых труб квадратного сечения, изготовленных с использованием ABS-пластика. Численный анализ напряженно-деформированного состояния при статическом трехточечном изгибе показывает, что непланарная укладка (формирование непараллельных друг другу слоев, повторяющих геометрию изделия) обеспечивает более равномерное распределение напряжений и снижает связанные с неблагоприятной ориентацией слоев локальные концентрации, но при этом более уязвима к расслоению.
Благодарность: Исследование выполнено в Пермском национальном исследовательском политехниче-ском университете при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-79-10350-П). Ключевые слова: аддитивное производство, многоосевая печать, непланарная печать,
FDM-печать, метод конечных элементов, трехточечный изгиб 
Библиографическая ссылка на статью
Piatkovsky N. V., Tashkinov M. A. Modeling of the Mechanical Behavior of Nonplanar Multi-Axis Fdm-Printed Parts with Local Material Anisotropy // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. -
2026. - Iss. 2. - P. 73-86. - DOI: 10.17804/2410-9908.2026.2.073-086. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2026-2/2026-2_565.html (accessed: 16.06.2026).
|
