تحلیل‎ ‎تجربی خواص مکانیکی و میکروسکوپی کامپوزیت ‏ABS-Ni‏ ساخته‌شده در روش مدل‌سازی لایه نشانی ذوبی (‏FDM‏)‏

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

با توسعه روش­‌های ساخت افزایشی در چند دهه اخیر، تولید قطعاتی با جنس متفاوت نیز اهمیت بسیاری یافته است. روش چاپ سه‌بعدی ذوبی (FDM) به‌عنوان یکی از متداول‌­ترین روش‌­های ساخت افزایشی، امکان تولید قطعات پیچیده کامپوزیتی را فراهم می­‌نماید. فیلامنت­‌های مصرفی مورد استفاده در روش لایه به لایه FDM معمولاً به‌صورت پلیمری و با قطر معین می‌­باشد. در این روش از طریق ذوب فیلامنت در نازل سامانه و پیشروی لحظه‌­ای آن، مواد در راستای حرکت سیستم از نازل سامانه خارج می­‌گردد. مواد میکرو کامپوزیت به دلیل کاربرد­های فراوان از این دسته مواد بشمار می­‌روند. در این بین نحوه کامپوزیت­‌سازی بر روی رفتار قطعه تأثیرگذار است به همین منظور در این پژوهش با استفاده از فیلامنت میکرو کامپوزیتی ABS-Ni و چاپ آن با چاپگر سه‌­بعدی FDM ساخته­‌شده توسط محققین همین مقاله و مقایسه آن با دیگر پلیمر­های تولید­شده در این روش نظیر PLA، ABS و TPU به بررسی خواص مکانیکی و خواص میکروسکوپی قطعات تولید شده، پرداخته‌ شده است. همچنین، قطعات مشابه با استفاده از روش DLP با این روش مقایسه گردید. با توجه به نتایج به دست آمده، با افزایش 15% پودر نیکل، استحکام کششی به میزان 62/11% کاهش یافته که این مقدار برابر با کاهش 50% میزان پرشوندگی در قطعه غیر کامپوزیت ABS است. در مقایسه دو روش FDM و DLP، با وجود کیفیت سطح و ساختار یکپارچه­‌تر، عملیات فتوپلیمریزاسیون می­‌تواند استحکام قطعات را تا 2 برابر کاهش دهد؛ همچنین درازش پلیمر TPU، 26 برابر دیگر مواد برآورد گردید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of mechanical and microscopic properties of ABS-Ni composite made by Fused Deposition Modeling (FDM) method

نویسندگان [English]

  • Siavash Moayedi Manizani 1
  • Jamal Zamani Ashani 2
  • Mohammad Salehi 1
1 Department of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

The development of additive manufacturing processes in the last several decades has made the manufacture of parts made of various materials quite significant. Fused deposition modeling, being one of the most widely used additive manufacturing processes, enables the creation of complex composite parts. In this technique, the material comes out of the system's nozzle in the direction of the system's movement due to the melting of the filament in the nozzle and its momentary progress. Because of their numerous applications, micro-composite materials are considered one of these materials. However, the technique of manufacturing the composite has an influence on the behavior of the component; for this purpose, in this research, ABS-Ni micro composite filament was employed and printed with the FDM 3D printer developed by the researchers of this article, and it was compared to other polymers such as PLA, ABS, and TPU. The mechanical and microscopic behavior of the polymers made with this approach, have been investigated. Furthermore, similar parts manufactured using the DLP approach were compared to this method. According to the results, a 15% increase in nickel powder reduced tensile strength by 11.62%, which is equivalent to a 50% drop in the volume of infill in the non-composite ABS part. When comparing the FDM and DLP methods, the photopolymerization operation can diminish the strength of the products by 2 times despite the higher surface quality and more integrated structure. The elongation of TPU polymers was determined to be 26 times higher than that of other polymers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Additive manufacturing
  • Composite filament
  • Fusion printing
  • ABS-Ni composite
  • Layer by layer

مراجع

[1] K. Deshmukh, A. Muzaffar, T. Kovářík, T. Křenek, M. B. Ahamed, S. K. Pasha, Fundamentals and applications of 3D and 4D printing of polymers: challenges in polymer processing and prospects of future research,  3D and 4D Printing of Polymer Nanocomposite Materials:Elsevier, pp. 527-560, 2020. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816805-9.00017-X
[2] A. E. Alexander, N. Wake, L. Chepelev, P. Brantner, J. Ryan, K. C. Wang, A guideline for 3D printing terminology in biomedical research utilizing ISO/ASTM standards, 3D Printing in Medicine, Vol. 7, pp. 1-6, 2021. https://doi.org/10.1186/s41205-021-00098-5
[3] L. Y. Zhou, J. Fu, Y. He, A review of 3D printing technologies for soft polymer materials, Advanced Functional Materials, Vol. 30, No. 28, pp. 187, 2020. http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202000187
[4] A. Pikkarainen, H. Piili, A. Salminen, The design process of an occupationally safe and functional 3d printing learning environment for engineering education, European Journal of Education Studies. Vol. 7, No. 12, 2020. http://dx.doi.org/10.46827/ejes.v7i12.3400
[5] J. Fernandes, A. M. Deus, L. Reis, M. F. Vaz, M. Leite, editors, Study of the influence of 3D printing parameters on the mechanical properties of PLA, Proceedings of the 3rd International Conference on Progress in Additive Manufacturing (Pro-AM 2018), Singapore, 2018.
[6] N. A. Nguyen, C. C. Bowland, A. K. Naskar, A general method to improve 3D-printability and inter-layer adhesion in lignin-based composites, Applied Materials Today, Vol. 12, pp. 138-52, 2018. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2018.03.009
[7] S. A. Raj, E. Muthukumaran, K. Jayakrishna, A case study of 3D printed PLA and its mechanical properties, Materials Today: Proceedings, Vol. 5, No. 5, pp. 11219-26, 2018. http://dx.doi.org/10.1016/j.matpr.2018.01.146
[8] I. Blanco, The use of composite materials in 3D printing, Journal of Composites Science, Vol. 4, No. 2, pp. 42, 2020. http://dx.doi.org/10.3390/jcs4020042
[9] V. Tokdemir, S. Altun. A case study of wood thermoplastic composite filament for 3D printing. BioResources. Vol. 17, No. 1, pp. 21, 2022. https://doi.org/10.15376/biores.17.1.21-36
[10] S. V. Raut, A. Bongale, S. Kumar, A. Bongale, editors, Influence of metal powder reinforced polymer composite on the mechanical properties of injection moulded parts, AIP Conference Proceedings;AIP Publishing LLC, 2020. https://doi.org/10.1063/5.0030157
[11] M. Hanon, L. Zsidai, editors, Sliding surface structure comparison of 3D printed polymers using FDM and DLP technologies, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering; IOP Publishing, 2020. https://doi.org/10.1088/1757-899X/749/1/012015
[12] E. Mackiewicz, T. Wejrzanowski, B. Adamczyk-Cieślak, G. J. Oliver, Polymer–Nickel composite filaments for 3D printing of open porous materials, Materials, Vol. 15, No. 4, pp. 1360, 2022. https://doi.org/10.3390/ma15041360
[13] A. Rodríguez-Panes, J. Claver, A.M. Camacho, The influence of manufacturing parameters on the mechanical behaviour of PLA and ABS pieces manufactured by FDM: A comparative analysis, Materials, Vol. 11, No. 8, pp. 1333, 2018. https://doi.org/10.3390/ma11081333
[14] T. Vukasovic, J. F. Vivanco, D. Celentano, C. García-Herrera, Characterization of the mechanical response of thermoplastic parts fabricated with 3D printing, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 104, pp. 4207-4218, 2019. https://doi.org/10.1007/s00170-019-04194-z
[15] M. Salehi, S. Moayedi, J. Zamani. Investigating the effect of polyester UV absorber on the quality of printed polymer parts in Digital Light Processing method. Modares Mechanical Engineering. Vol. 22, No. 10, pp. 259-263, 2022. (in Persian)

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار