بررسی تأثیر متغیرهای فرایند بر خواص مکانیکی قطعات چاپ‌شده از جنس پلی‌اکسی‌متیلن با استفاده از پرینتر سه‌بعدی به روش رسوب‌گذاری لایه‌ای (FDM)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده انقلاب اسلامی، دانشگاه فنی و حرفه ای استان تهران، ایران

3 دانشیار، گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران.

چکیده

در این پژوهش به بررسی تأثر پارامترهای متغیر چاپ سه‌بعدی روی استحکام کششی، استحکام خمشی، مقاومت به ضربه و فشار قطعات ساخته‌شده از جنس پلی‌اکسی‌متیلن  به روش رسوب‌گذاری لایه‌ای  پرداخته شده است و راه‌حل مناسب برای پرینت لایه اول و بهترین سطح مربوط به هر متغیر برای رسیدن به بهترین کیفیت پرینت قطعات ارائه‌شده است. همچنین تأثیر پارامترهای ارتفاع لایه، دمای نازل، الگوی پرشوندگی و زاویه پرشوندگی پرینت روی خواص مکانیکی (استحکام کششی، استحکام خمشی، مقاومت به ضربه و فشار) قطعات، بررسی شده است و از روش تاگوچی برای طراحی آزمایش‌ها و تعیین میزان تأثیر هر کدام از متغیرها استفاده شده است. مطابق با نتایج آزمایش‌ها، بالاترین استحکام کششی و خمشی به‌ترتیب در الگوهایی پرینت ویگل  و ریکتیلینیر  حاصل شد. برای آزمایش ضربه، الگوی پرینت ویگل، بیشترین انرژی ضربه را فراهم آورد. در نهایت برای آزمایش فشار، بهترین شرایط در الگوی ریکتیلینیر مشاهده شد. در آزمایش ضربه، دمای نازل و الگوی پرینت به ترتیب به‌عنوان تأثیرگذارترین پارامترها و در آزمایش فشار، الگوی پرینت تأثیرگذارترین پارامتر بود. همچنین بهترین دمای پرینت 260 درجه سانتی‌گراد گزارش شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of the effect of process variables on the mechanical properties of printed parts made of polyoxymethylene using a 3D printer by Fused Deposition Modeling (FDM)

نویسندگان [English]

  • Ali Asgari Aghdam 1
  • Yaghoub DadgarAsl 2
  • MohammadMorad Sheikhi 3
1 MSc Student, Department of Manufacturing, Faculty of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University (SRTTU), Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Enghelab-e Eslami, Tehran Branch, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
3 Associate Professor, Department of Manufacturing, Faculty of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University (SRTTU), Tehran, Iran.
چکیده [English]

In this study, the effect of variable parameters of 3D printing on tensile, compressive and bending strengths and impact resistance of parts made of Polyoxymethylene by Fused Deposition Modeling (FDM) method was investigated. The appropriate solution for printing the first layer and the best level for each variable was provided to achieve the best print quality of parts. In addition, the effect of layer height, nozzle temperature, filling pattern and print filling angle on the mechanical properties (compressive and bending strengths and impact and compressive resistance) of the parts was investigated and the Taguchi method used to design experiments and determine the effects. According to the results of the experiments, the highest tensile and bending strengths were obtained in wiggle and rectilinear print patterns, respectively. For impact testing, the Wiggle Print pattern provided the maximum impact energy. Finally, for pressure testing, the best conditions were observed in the rectilinear pattern. In the impact test, the nozzle temperature and print pattern were the most effective parameters, while in the pressure test, the print pattern was the most effective parameter. In addition, the best print temperature was reported to be 260 ° C.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Additive manufacturing
  • polyoxymethylene (POM)
  • Fused deposition modeling (FDM)
  • Mechanical properties

مراجع

[1] Jacobs, P. F. (1995). Stereolithography and other RP&M technologies: from rapid prototyping to rapid tooling. Society of Manufacturing Engineers. https://books.google.com/books/about/S tereolithography_and_Other_RP_M_Technol.html?   id=dvOwAAAACAAJ
[2] Masood, S. H., & Song, W. Q. (2004). Development of new metal/polymer materials for rapid tooling using Fused deposition modelling. Materials & Design, 25(7), 587-594. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2004.02.009
[3] Allahverdi, M., Danforth, S. C., Jafari, M., & Safari, A. (2001). Processing of advanced electroceramic components by fused deposition technique. Journal of the European Ceramic Society, 21(10), 1485-1490. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(01)00047-4
[4] Wu, G., A. Langrana, N., Sadanji, R., & Danforth, S. (2002). Solid freeform fabrication of metal components using fused deposition of metals. Materials & Design, 23(1), 97-105. https://do i.org/10.1016/S0261-3069(01)00079-6
[5] Panda, S. K., Padhee, S., Sood, A. K., & Mahapatra, S. S. (2009). Optimization of Fused Deposition Modelling (FDM) Process Parameters Using Bacterial Foraging Technique. Intelligent Information Management, 1(2), 9. https://doi.org/10.4236/iim.2009.12014
[6] Nikzad, M., Masood, S. H., & Sbarski, I. (2011). Thermo-mechanical properties of a highly filled polymeric composites for Fused Deposition Modeling. Materials & Design, 32(6), 3448-3456. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.01.056
[7] Lee, B. H., Abdullah, J., & Khan, Z. A. (2005). Optimization of rapid prototyping parameters for production of flexible ABS object. Journal of Materials Processing Technology, 169(1), 54-61. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2005.02.259
[8] Rayegani, F., & Onwubolu, G. (2014). Fused deposition modelling (FDM) process parameter prediction and optimization using group method for data handling (GMDH) and differential evolution (DE). The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 73(1-4), 509-519. https://doi.org/10.1007/s00170-014-5835-2
[9] Wu, W., Geng, P., Li, G., Zhao, D., Zhang, H., & Zhao, J. (2015). Influence of Layer Thickness and Raster Angle on the Mechanical Properties of 3D-Printed PEEK and a Comparative Mechanical Study between PEEK and ABS. Materials, 8(9), 5834-5846. https://doi.org/10. 3390/ma8095271
[10] Nabipour, M., Behravesh, A. H., & Akhoundi, B. (2017). Effect of printing parameters on Mechanical Strength of Polymer-Metal composites Printed via FDM 3D printer. Modares Mechanical Engineering, 17(1), 145-150. http://mme.modares.ac.ir/article-15-8030-en.html
[11] Altan, M., Eryildiz, M., Gumus, B., & Kahraman, Y. (2018). Effects of process parameters on the quality of PLA products fabricated by fused deposition modeling (FDM): surface roughness and tensile strength. Materials Testing, 60(5), 471-477. https://doi.org/10.3139/1 20.111178
[12] Shanmugam, V., Das, O., Babu, K., Marimuthu, U., Veerasimman, A., Johnson, D. J., Neisiany, R. E., Hedenqvist, M. S., Ramakrishna, S., & Berto, F. (2021). Fatigue behaviour of FDM-3D printed polymers, polymeric composites and architected cellular materials. International Journal of Fatigue, 143, 106007. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2020.106007
[13] Roy, R. K. (1990). A Primer on the Taguchi Method VNR competitive manufacturing series. Society of Manufacturing Engineers. https://books.google.com/books/about/A_Primer_on_t he_Taguchi_Method.html?id=OUI54mrYdqIC
[14] Taguchi, G., Chowdhury, Subir., & Wu, Yuin. (2004). Taguchi's Quality Engineering Handbook. Wiley-Interscience. https://doi.org/10.1002/9780470258354
فصلنامه علمی کارافن
دوره 18، شماره 1 - شماره پیاپی 52
فنی و مهندسی
اردیبهشت 1400
صفحه 169-188

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 05 آبان 1399
  • تاریخ بازنگری: 17 دی 1399
  • تاریخ پذیرش: 07 بهمن 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار