فصلنامه علمی کارافن

فصلنامه علمی کارافن

مطالعۀ تجربی تأثیر پارامترهای فرآیند FDM بر روی چقرمگی، سختی و استحکام کششی محصولات فرآیند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان
1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران.
2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.
چکیده
روش پرینتر سه­بعدی یا تولید افزایشی جهت ساخت قطعات سه­بعدی به‌کار می­رود. در سال‌های اخیر، محققان بسیاری به روش پرینت سه­بعدی توجه نموده و این روش کاربرد گسترده­ای در حوزه­های مختلف مهندسی نظیر مکانیک، صنایع هوایی و بیودارویی پیدا کرده است. پلیمر پلی­اتیلن اکسید و پلیمر پلی اتیلن گلیکول، از جمله پلیمرهای بسیار رایج در صنایع دارویی و خودروسازی و سایر صنایع مرتبط می­باشند. در تحقیق حاضر، از دو پلیمر پلی­اتیلن اکسید و پلی اتیلن گلیکول برای ساخت نمونه­های آزمایشی به روش پرینت سه­بعدی استفاده گردید. جهت بررسی خواص مکانیکی قطعات ساخته شده در شرایط عملیاتی مختلف، از تست کشش، سختی­سنجی و تست ضربه استفاده گردید. نتایج به‌دست آمده نشان می­دهند که با افزایش ضخامت لایه، استحکام کششی نمونه، افت پیدا می­کند. همچنین، در سرعت اکسترود یکسان، با افزایش ضخامت لایه و کاهش دما نیز سختی قطعه پلیمری بیشتر می­شود. نتایج تست ضربه نیز حاکی از آن است که هر چقدر مقدار سختی و استحکام کششی بیشتر باشد، مقدار انرژی وارده به قطعه پلیمری بیشتر خواهد بود. همچنین نتایج بیانگر این است که نمونه­ای دارای بیشترین سختی است که دارای سرعت بالا، ضخامت لایه و دمای متوسط باشد. با افزایش دما، کاهش میزان سختی پلیمر پلی اتیلن گلیکول زمانی مشاهده گردید که نمونه در سرعت و ضخامت لایه ثابت است. همچنین مؤثرترین عامل پارامتر در تعیین میزان سختی پلیمر پلی اتیلن گلیکول، دماست.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Study of the Effect of FDM Parameters on the Toughness, Hardness and Tensile Strength of its Products

نویسندگان English

Farzad Pashmforoush 1
Mahdi Kazemi 2
1 Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of technology, Isfahan, Iran.
چکیده English

Additive manufacturing or 3D printing is used to make 3D parts. In recent years, many researchers have paid attention to the 3D printing method and this method has been widely used in various fields of engineering such as mechanics, aviation and biopharmaceutical industries. Polyethylene oxide polymer and polyethylene glycol polymer are among the most common polymers in the pharmaceutical and automotive industries and other related industries. In this research, two polymers, polyethylene oxide and polyethylene glycol, were used to fabricate test specimens by the 3D printing method. To investigate the mechanical properties of the manufactured parts under different operating conditions, tensile, hardness and impact tests were used. The obtained results showed that the tensile strength of the specimens decreased with the increase of the layer thickness. In addition, at the same extrusion speed, as the layer thickness increased and the temperature decreased, the hardness of the polymer specimen increased. The results of the impact test also indicated that the higher the hardness and tensile strength, the higher the energy input to the polymer piece. The results also showed that a sample with the highest hardness had higher extrusion speed, medium temperature and layer thickness. With the increase in temperature, a decrease in the hardness of polyethylene glycol polymer was observed when the specimen was constant in speed and layer thickness. The most effective parameter in determining the hardness of polyethylene glycol polymer was temperature.

کلیدواژه‌ها English

Additive Manufacturing
Fused Deposition Modeling Tensile Strength
Toughness
Hardness
[1] Gibson, I., Rosen, D. W., Stucker, B., Khorasani, M., Rosen, D., Stucker, B., & Khorasani, M. (2021). Additive manufacturing technologies (Vol. 17). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-56127-7
[2] Popescu, D., Zapciu, A., Amza, C., Baciu, F., & Marinescu, R. (2018). FDM process parameters influence over the mechanical properties of polymer specimens: A review. Polymer Testing, 69, 157-166.
[3] Davoud, M. S. (2005). Rapid Prototyping Systems: Types, Case Studies, and Integration in a Mechanical Engineering Technology Program. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition,
[4] Kazemi, M., & Rahimi, A. (2019). Improving the efficiency of fabrication of AM parts by segmentation design in DLP process. Rapid Prototyping Journal, 25(7), 1155-1168. https://doi.org/10.1108/RPJ-09-2018-0253
[5] Kazemi, M., & Rahimi, A. (2021). An experimental and theoretical study of the abrasion performance of digital light processing parts. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 235(6-7), 1022-1035.
https://doi.org/10.1177/0954405420981333
[6] Dey, A., & Yodo, N. (2019). A systematic survey of FDM process parameter optimization and their influence on part characteristics. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 3(3), 64.
[7] Ning, F., Cong, W., Qiu, J., Wei, J., & Wang, S. (2015). Additive manufacturing of carbon fiber reinforced thermoplastic composites using fused deposition modeling. Composites Part B: Engineering, 80, 369-378. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2015.06.013
[8] Durgun, I., & Ertan, R. (2014). Experimental investigation of FDM process for improvement of mechanical properties and production cost. Rapid Prototyping Journal, 20(3), 228-235.
https://doi.org/10.1108/RPJ-10-2012-0091
[9] Asgari Aghdam, A., DadgarAsl, Y., & Sheikhi, M. (2021). 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). Karafan Quarterly Scientific Journal, 18(1), 167-187.
[10] Yadav, K., Rohilla, S., Ali, A., Yadav, M., & Chhabra, D. (2023). Effect of Speed, Acceleration, and Jerk on Surface Roughness of FDM-Fabricated Parts. Journal of Materials Engineering and Performance, 1-10.
[11] Marsavina, L., Negru, R., Serban, D., Marghitas, M., & Popa, C. (2023). The notch effect on additive manufactured polymers. Procedia Structural Integrity, 47, 744-748. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2023.07.045
[12] Kam, M., Ipekci, A., & Şengül, Ö. (2023). Investigation of the effect of FDM process parameters on mechanical properties of 3D printed PA12 samples using Taguchi method. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 36(1), 307-325. https://doi.org/10.1177/08927057211006459
[13] Domingo-Espin, M., Puigoriol-Forcada, J. M., Garcia-Granada, A.-A., Llumà, J., Borros, S., & Reyes, G. (2015). Mechanical property characterization and simulation of fused deposition modeling Polycarbonate parts. Materials & Design, 83, 670-677.
[14] Bourell, D., Kruth, J. P., Leu, M., Levy, G., Rosen, D., Beese, A. M., & Clare, A. (2017). Materials for additive manufacturing. CIRP annals, 66(2), 659-681. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.05.009
[15] Solomon, I. J., Sevvel, P., & Gunasekaran, J. (2021). A review on the various processing parameters in FDM. Materials Today: Proceedings, 37, 509-514. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.05.484
[16] Wickramasinghe, S., Do, T., & Tran, P. (2020). FDM-based 3D printing of polymer and associated composite: A review on mechanical properties, defects and treatments. Polymers, 12(7), 1529.
https://doi.org/10.3390/polym12071529
[17] Kristiawan, R. B., Imaduddin, F., Ariawan, D., & Arifin, Z. (2021). A review on the fused deposition modeling (FDM) 3D printing: Filament processing, materials, and printing parameters. Open Engineering, 11(1), 639-649. https://doi.org/10.1515/eng-2021-0063
[18] Abdulhameed, O., Al-Ahmari, A., Ameen, W., & Mian, S. H. (2019). Additive manufacturing: Challenges, trends, and applications. Advances in Mechanical Engineering, 11(2), 1687814018822880.
[19] Maguluri, N., Suresh, G., & Rao, K. V. (2023). Assessing the effect of FDM processing parameters on mechanical properties of PLA parts using Taguchi method. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 36(4), 1472-1488. https://doi.org/10.1177/08927057211053036
[20] Ferretti, P., Leon-Cardenas, C., Santi, G. M., Sali, M., Ciotti, E., Frizziero, L., Donnici, G., & Liverani, A. (2021). Relationship between fdm 3d printing parameters study: Parameter optimization for lower defects. Polymers, 13(13), 2190. https://doi.org/10.3390/polym13132190
[21] Jihong, Z., Han, Z., Chuang, W., Lu, Z., Shangqin, Y., & Zhang, W. (2021). A review of topology optimization for additive manufacturing: Status and challenges. Chinese Journal of Aeronautics, 34(1), 91-110.
https://doi.org/10.1016/j.cja.2020.09.020

[22] Aliakbari, K., Saberi, M., & Andalib, M. (2021). Applying Taguchi method to optimize EDM parameters on Inconel 718 super alloy. Karafan Quarterly Scientific Journal, 17(4), 167-186.

https://doi.org/10.48301/kssa.2021.128402

[23] Panahizadeh, V., abootorabi, M., & Saliminia, A. (2022) . Optimization of Tool Wear and Surface Roughness in Machining with Cryogenic Treated Tool Using Genetic Algorithm. Karafan Quarterly Scientific Journal, 19(1), 565-581. https://doi.org/10.48301/kssa.2021.304929.1738

[24] Taheri, N., Akbari, E., Askari, N., Tajik, V., Orojlo, H., Kazemi, M., & Ghasemi, G. (2022). Supplementary Damping Controllers Design in VSC HVDC Systems and Wind Farms to Improve Stability and Energy Conversion in Wind Turbine Using Proposed Genetic-Bat Algorithm. Karafan Quarterly Scientific Journal, 19(1), 357-381.

https://doi.org/10.48301/kssa.2022.293314.1603

دوره 21، شماره 1 - شماره پیاپی 66
فنی و مهندسی
بهار 1403
صفحه 391-410

  • تاریخ دریافت 03 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 17 دی 1402
  • تاریخ پذیرش 23 فروردین 1402