مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بررسی پارامترهای تأثیرگذار بر زبری سطح قطعات ساخته ‌شده پلیمری توسط مدل‌سازی رسوبی ذوب ‌شده (FDM) با‌ هدف پولیش لیزری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
چکیده
فرایند مدل‌سازی رسوبی ذوب‌ شده، یک تکنیک ساخت پیشرفته است که قطعات را به روش لایه به لایه می‌سازد. قطعات چاپ ‌شده با این فرآیند به دلیل ساخت لایه‌ای، دارای کیفیت سطح پایین و دقت ابعادی ضعیف هستند. زبری سطح بالا، کاربرد این قطعات را در بسیاری از زمینه‌های کاربردی مانند هوافضا و پزشکی که نیازمند دقت و کیفیت سطح بالا هستند، محدود می‌سازد. پولیش لیزری یک فرآیند نوظهور صنعتی است که می‌تواند کیفیت سطح را بهبود بخشد. انتخاب صحیح پارامترهای لیزر بر هزینه و زمان پرداخت سطح قطعات ساخت افزایشی بسیار مؤثر است. در پژوهش حاضر تأثیر پارامترهای چاپگر سه‌بعدی و زاویه سطح نمونه‌های تولید‌ شده بر زبری سطح قطعات، به‌صورت مجزا مورد ‌مطالعه قرار‌ گرفته است. میزان تأثیر هر یک از پارامترهای چاپ با ترسیم یک نقشه حرارتی تبیین و ضخامت لایه به‌عنوان مهم‌ترین پارامتر مؤثر بر زبری سطح معرفی گردیده است. همچنین روند تغییرات زبری بر اساس زاویه سطح قطعات چاپ‌ شده در قالب یک نمودار مورد ارزیابی قرار‌ گرفته شده و سپس روند نمایی از ارتباط پارامترهای چاپ و شکل هندسی قطعات چاپ ‌شده با پارامترهای انتخابی لیزر به‌ منظور دستیابی به بهترین کیفیت سطح ارائه گردیده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigating the influencing parameters on the surface roughness of polymer parts made by Fused Deposition Modeling with respect to laser polishing

نویسندگان English

Seyed Morteza Mousavi 1
Seyed Morteza Mousavi 2
Mohammad Reza Movahhedy 3
1 MSc Student, Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
2 PhD Student, Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
3 Professor, Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

The fused deposition modeling process is an advanced manufacturing technique that builds parts layer_by_layer. Due to the layered construction, printed parts with this process have low surface quality and poor dimensional accuracy. high surface roughness limits the use of these parts in many fields of application such as aerospace and medicine, which require high precision and quality. Laser polishing is an emerging industrial process that can improve surface quality. correct selection of laser parameters greatly reduces the cost and time of surface treatment of additive manufacturing parts. In this research, the effect of 3D printer parameters and surface angle of the produced samples on the surface roughness of the parts was studied separately. The effect of each printing parameters is explained by drawing a thermal map and layering thickness is introduced as the most important parameter affecting the surface roughness. Also, the process of roughness changes is evaluated based on the angle of the printed surface in the form of a diagram. Then, the relationship between printing parameters and the geometric shape of printed parts with selected laser parameters was presented to achieve the best surface quality.

کلیدواژه‌ها English

Additive Manufacturing
Laser Polishing
Surface Roughness
FDM
[1] Redwood B, Schöffer F, Garret B. The 3D Printing Handbook [Internet]. Vol. 3, 3D Hubs. 3D Hubs; 2017. 304 p.
[2] Gibson I, Rosen D, Stucker B. Additive manufacturing technologies: 3D printing, rapid prototyping, and direct digital manufacturing, second edition. Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing, Second Edition. Springer; 2015:1–498. doi: 10.1007/978-1-4939-2113-3
[3] El-Katatny I, Masood SH, Morsi YS. Error analysis of FDM fabricated medical replicas. Rapid Prototyping Journal. 2010;16(1):36–43. doi: 10.1108/13552541011011695
[4] Sidambe AT. Biocompatibility of advanced manufactured titanium implants-A review. Materials (Basel). 2014;7(12):8168–88. doi: 10.3390/ma7128168
[5] Singh R, Singh G. Investigations for statistically controlled investment casting solution of FDM-based ABS replicas. Rapid Prototyp Journal. 2014;20(3):215–20. doi: 10.1108/RPJ-03-2013-0036
[6] Sood AK, Ohdar RK, Mahapatra SS. Improving dimensional accuracy of Fused Deposition Modelling processed part using grey Taguchi method. Materials and Design. 2009;30(10):4243–52. doi: 10.1016/j.matdes.2009.04.030
[7] Melenka GW, Cheung BKO, Schofield JS, Dawson MR, Carey JP. Evaluation and prediction of the tensile properties of continuous fiber-reinforced 3D printed structures. Composite Structures. 2016;153:866–75. doi: 10.1016/j.compstruct.2016.07.018
[8] Taşcıoğlu E, Kıtay Ö, Keskin AÖ, Kaynak Y. Effect of printing parameters and post-process on surface roughness and dimensional deviation of PLA parts fabricated by extrusion-based 3D printing. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2022;44(4):1–14. doi: 10.1007/s40430-022-03429-7
[9] Tyberg J, Bøhn JH. Local adaptive slicing. Rapid Prototyping Journal. 1998;4(3):118–27. doi: 10.1108/135525498102993
[10] Pérez M, Medina-Sánchez G, García-Collado A, Gupta M, Carou D. Surface quality enhancement of fused deposition modeling (FDM) printed samples based on the selection of critical printing parameters. Materials (Basel). 2018;11(8):1382. doi: 10.3390/ma11081382
[11] Gade SR, Vagge ST. Process optimization of additively manufactured PLA specimens on surface quality using the Taguchi method. International Journal of Mechanical Engineering.
[12] Galantucci LM, Lavecchia F, Percoco G. Experimental study aiming to enhance the surface finish of fused deposition modeled parts. CIRP Annals-Manufacturing 2009;58(1):189–92. doi: 10.1016/j.cirp.2009.03.071
[13] Jin Y, Wan Y, Liu Z. Surface polish of PLA parts in FDM using dichloromethane vapour. InMATEC Web of Conferences 2017 (Vol. 95, p. 05001). EDP Sciences. doi: 10.1051/matecconf/20179505001
[14] Neff C, Trapuzzano M, Crane NB. Impact of vapor polishing on surface quality and mechanical properties of extruded ABS. Rapid Prototyp Journal. 2018;24(2):501–8. doi: 10.1108/RPJ-03-2017-0039
[15] Chen L, Zhang X, Gan S. Effects of laser polishing on surface quality and mechanical properties of PLA parts built by fused deposition modeling. Journal of Applied Polymer Science. 2020;137(3):48288. doi: 10.1002/app.48288
[16] Ahn D, Kweon JH, Kwon S, Song J, Lee S. Representation of surface roughness in fused deposition modeling. Journal of Materials Processing Technology. 2009;209(15–16):5593–600. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2009.05.016
[17] Garzon-Hernandez S, Garcia-Gonzalez D, Jérusalem A, Arias A. Design of FDM 3D printed polymers: An experimental-modelling methodology for the prediction of mechanical properties. Materials and Design. 2020;188:108414. doi: 10.1016/j.matdes.2019.108414
[18] Khodaygan S. (2021). Academic presentation, Sharif UT