فصلنامه علمی کارافن

فصلنامه علمی کارافن

مطالعه تجربی و بهینه‌سازی تاثیر پارامترهای تولید چاپ سه‌بعدی بر استحکام نهایی و انرژی ضربه نمونه‌های پلی لاکتیک اسید با روش سطح پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک و مواد، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران
10.48301/kssa.2026.536563.3265
چکیده
در این مقاله، به بررسی تاثیر برخی از پارامترهای چاپ سه‌بعدی همچون ضخامت لایه، قطر نازل و درصد توپری نمونه‌های چاپ شده بر روی خواص مکانیکی قطعات چاپ شده به روش رسوبی ذوبی شامل استحکام نهایی و انرژی ضربه، پرداخته شده است. با توجه به پارامترهای ورودی در 3 سطح و طراحی آزمایشات توسط روش سطح پاسخ، 17نمونه جهت انجام آزمون کشش و ضربه شارپی چاپ شدند. پس از استخراج نتایج دو پاسخ مذکور، مدل‌سازی ریاضی جهت برازش خروجی‌ها و تاثیر متقابل هر کدام از ورودی‌ها بر خروجی‌های مسئله انجام شده است و در نهایت بهینه‌ترین حالت ممکن این پارمترها استخراج گردیده است. نتایج نشان داد که مدل‌سازی صورت گرفته پیش‌بینی مناسبی از تاثیر پارامترهای ورودی بر پاسخ‌های خروجی دارند. همچنین، افزایش ضخامت لایه نسبت به دو پارامتر دیگر، بیشترین اثرگذاری بر پاسخ‌های خروجی را داراست. از سویی، بر خلاف نیروی معادل استحکام نهایی که افزایش درصد توپری و قطر نازل، الزاما سبب افزایش مقدار آن نمی‌شود، افزایش هر کدام از پارامترهای چاپ موجب افرایش انرژی ضربه می‌شود. در حالی که بالاترین انرژی ضربه شارپی به مقدار 16/1 ژول و بیشینه نیروی معادل استحکام نهایی در نمونه‌های چاپ‌شده برابر با ۳/۱۲۹۹ نیوتن در نمونه‌های متفاوتی ثبت شد، اما بهینه‌ترین انتخاب پارامترها برای بیشینه مقادیر همزمان نیروی استحکام نهایی (1 کیلو نیوتن) و انرژی ضربه شارپی (16/1 ژول)، مربوط به نمونه‌ای با ضخامت لایه 2 میلی‌متر، قطر نازل 5/0 میلیمتر و درصد توپری 50 درصد است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Study and Optimization of the Effect of 3D Printing Production Parameters on Ultimate Strength and Impact Energy of Polylactic Acid Samples Using Response Surface Methodology

نویسندگان English

Mohammad Khosravi
Ali Azhdari
Seyed Mohammad Hosseini
Department of Mechanical Engineering،Faculty of Mechanical and Materials Engineering، Birjand University of Technology، Birjand،Iran
چکیده English

In this study, the influence of specific 3D printing parameters, including layer thickness, nozzle diameter, and infill density, on the mechanical properties of parts fabricated via Fused Deposition Modeling (FDM), specifically ultimate strength and impact energy, was investigated. Based on input parameters at three levels and experimental design using the Response Surface Methodology (RSM), 17 samples were printed for tensile and Charpy impact testing. Following the extraction of results for the aforementioned responses, mathematical modeling was conducted to fit the outputs and analyze the interaction of each input on the problem's responses, ultimately determining the optimal parameter settings. The results indicated that the developed modeling provides a suitable prediction of the impact of input parameters on output responses. Furthermore, increasing the layer thickness exhibited the most significant effect on the output responses compared to the other two parameters. Conversely, unlike the equivalent ultimate strength force, where increasing infill density and nozzle diameter does not necessarily lead to an increase in its value, increasing any of the printing parameters results in enhanced impact energy. While the maximum Charpy impact energy (1.16 J) and the maximum equivalent ultimate strength force (1299.3 N) were recorded in different samples, the optimal parameter selection for maximizing both ultimate strength force (1 kN) and Charpy impact energy (1.16 J) simultaneously corresponds to a sample with a layer thickness of 2 mm, nozzle diameter of 0.5 mm, and infill density of 50%.

کلیدواژه‌ها English

3D printer
Fused deposition modeling (FDM)
Response surface methodology (RSM)
Ultimate strength
Impact energy

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 31 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 05 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 22 فروردین 1405
  • تاریخ پذیرش 31 شهریور 1405