مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بررسی تجربی نقش پارامترهای ساخت افزودنی بر خواص مکانیکی قطعه ساخت افزودنی از جنس پلی‌اتیلن ترفتالات گلیکول در فرایند مدل‌سازی رسوب ذوب شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، دانشکده مهندسی و پرواز، دانشگاه افسری امام علی (ع)، تهران، ایران
2 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی پزشکی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
چکیده
فناوری‌های ساخت افزودنی در دهه‌های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته‌اند. در میان این روش‌ها، مدل‌سازی رسوب ذوب‌شده، به دلیل توانایی در تولید قطعات پیچیده با هزینه مناسب، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این پژوهش به بررسی تأثیر پارامترهای فرایندی بر خواص مکانیکی قطعه ساخته شده از ماده پلی اتیلن ترفتالات گلیکول در این فرایند می‌پردازد. سه پارامتر اصلی شامل ضخامت لایه، نرخ تغذیه و چگالی پرشدگی مورد مطالعه قرار گرفتند. نمونه‌های استاندارد برای آزمون‌های کشش و خمش تولید و مورد آزمایش قرار گرفتند. برای ارزیابی تأثیر هر یک از پارامترها، از تحلیل واریانس استفاده شد. نتایج نشان داد که ضخامت لایه، با سهم 56% برای استحکام کششی و 98/37% برای استحکام خمشی، بیشترین تأثیر را بر خواص مکانیکی در مقایسه با دیگر پارامترها دارد. برای دستیابی به خواص کششی مطلوب، ضخامت لایه و نرخ تغذیه باید کمینه و چگالی پرشدگی بالا باشد. در مورد خواص خمشی، ضخامت لایه کم، نرخ تغذیه متوسط و چگالی پرشدگی پایین، نتایج بهتری نشان داد. این مطالعه اهمیت بهینه‌سازی پارامترهای فرایندی در چاپ سه‌بعدی PETG را برجسته می‌کند و می‌تواند به بهبود کیفیت و کارایی قطعات تولیدی در صنایع و کاربردهای مختلف کمک نماید.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental investigation of the role of additive manufacturing parameters on the mechanical properties of PETG parts in the FDM process

نویسندگان English

Seyed Mostafa MirtabaeI 1
Aliasghar Naderَi 1
Mahdi Alizadeh Yousefi Babaki 2
1 Assistant Professor, Department of Engineering and Flight, Imam Ali University, Tehran, Iran
2 MSc Graduate, Department of Biomedical Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

Additive manufacturing technologies have seen significant advancements in recent decades. Among these methods, Fused Deposition Modeling has garnered considerable attention due to its ability to produce complex parts at a reasonable cost. This research investigates the impact of process parameters on the mechanical properties of parts made from glycol-modified polyethylene terephthalate in this process. . Three main parameters were studied: layer thickness, feed rate, and infill density. Standard specimens were produced for tensile and flexural tests. Analysis of Variance was used to assess the impact of each parameter. The results indicated that layer thickness had the greatest effect on mechanical properties compared to the other parameters, contributing 56% to tensile strength and 37.98% to flexural strength. To achieve optimal tensile properties, both layer thickness and feed rate should be minimized, while infill density should be high. For flexural properties, a low layer thickness, moderate feed rate, and low infill density yielded better results. This study highlights the importance of optimizing process parameters in the 3D printing of glycol-modified polyethylene terephthalate and can contribute to improving the quality and performance of manufactured parts across various industries and applications.

کلیدواژه‌ها English

Additive Manufacturing
Polyethylene Terephthalate Glycol
Layer Thickness
Feed Rate
Infill Density
[1] Nie S. Comparative analysis of three-dimensional (3D) printing technology and traditional machining methods. InAIP Conference Proceedings 2024 Jun 26 (Vol. 3144, No. 1). AIP Publishing. doi: 10.1063/5.0215371
[2] Robles Martinez P, Basit AW, Gaisford S. The history, developments and opportunities of stereolithography. 3D Printing of Pharmaceuticals. 2018:55-79. doi: 10.1007/978-3-319-90755-0_4
[3] Min JK, Mosadegh B, Dunham S, Al'Aref SJ, editors. 3D Printing applications in cardiovascular medicine. Academic Press; 2018 Jul 4.
[4] Acierno D, Patti A. Fused deposition modelling (FDM) of thermoplastic-based filaments: process and rheological properties—an overview. Materials. 2023 Dec 15;16(24):7664. doi: 10.3390/ma16247664
[5] Gokhare VG, Raut DN, Shinde DK. A review paper on 3D-printing aspects and various processes used in the 3D-printing. Int. J. Eng. Res. Technol. 2017 Jun 6;6(06):953-8. doi: 10.17577/IJERTV6IS060409
[6] Wickramasinghe S, Do T, Tran P. FDM-based 3D printing of polymer and associated composite: A review on mechanical properties, defects and treatments. Polymers. 2020 Jul 10;12(7):1529. doi: 10.3390/polym12071529
[7] Calignano F, Lorusso M, Roppolo I, Minetola P. Investigation of the mechanical properties of a carbon fibre-reinforced nylon filament for 3D printing. Machines. 2020 Sep 4;8(3):52. doi: 10.3390/machines8030052
[8] Baraheni M, Shabgard MR, Tabatabaee AM. Effects of FDM 3D printing parameters on PLA biomaterial components dimensional accuracy and surface quality. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2024 May;238(9):3864-73. doi: 10.1177/09544062231202142
[9] Padhi SK, Sahu RK, Mahapatra SS, Das HC, Sood AK, Patro B, Mondal AK. Optimization of fused deposition modeling process parameters using a fuzzy inference system coupled with Taguchi philosophy. Advances in Manufacturing. 2017 Sep;5:231-42. doi: 10.1007/s40436-017-0187-4
[10] Basavaraj CK, Vishwas M. Studies on effect of fused deposition modelling process parameters on ultimate tensile strength and dimensional accuracy of nylon. InIOP conference series: materials science and engineering 2016 Sep 1 (Vol. 149, No. 1, p. 012035). IOP Publishing. doi: 10.1088/1757-899X/149/1/012035
[11] Frunzaverde D, Cojocaru V, Bacescu N, Ciubotariu CR, Miclosina CO, Turiac RR, Marginean G. The influence of the layer height and the filament color on the dimensional accuracy and the tensile strength of FDM-printed PLA specimens. Polymers. 2023 May 19;15(10):2377. doi: 10.3390/polym15102377
[12] Saraeian P, Shakouri E. Evaluation of cyclic bending fatigue and creep performance in PLA parts during melt lamination process. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2021 Nov;8(9):60–9. [In Persian]
[13] Kumar KR, Soms N, Kumar M. Investigation of fused deposition modeling parameters on mechanical properties and characterization of ABS/carbon fiber composites. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2024 Jun;238(3):1398-408. doi: 101177/09544089231156068
[14] Gholizadeh Roshan A, Zulfiqari A, Shakri M. Investigating the physical and mechanical properties of 3D printed parts using ABS plastic filaments filled with alumina. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2020 Jun;7(4):1–9. [In Persian]
[15] Pandžić A, Hodžić D. Tensile Mechanical Properties Comparation of PETG, ASA and PLA-Strongman FDM Printed Materials With and Without Infill Structure. doi: 10.2507/33rd.daaam.proceedings.xxx
[16] PETG Filament – Filatech. Available from: https://fila-tech.store/product/petg-filament/
[17] Kristiawan RB, Imaduddin F, Ariawan D, Ubaidillah, Arifin Z. A review on the fused deposition modeling (FDM) 3D printing: Filament processing, materials, and printing parameters. Open Engineering. 2021 Apr 16;11(1):639-49. doi: 10.1515/eng-2021-0063
[18] Chatterjee S, Chakraborty S. A Multi-criteria decision making approach for 3D printer nozzle material selection. Reports in Mechanical Engineering. 2023 Apr 21;4(1):62-79. doi: 10.31181/rme040121042023c
[19] Standard AS. D638: Standard test method for tensile properties of plastics. West Conshohocken (PA): ASTM International. 2010.
[20] Standard AS. Standard test methods for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials. ASTM D790. Annual book of ASTM standards. 1997.
[21] Amini E, Fathi A, Baghestani AM. The effect of interlayer adhesion in predicting fatigue failure of 3D printed parts. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2023 Oct 23;10(8):36-48. doi: 10.22034/ijme.2024.434383.1906 [In Persian]
[22] Houshmand M, Mansour S. Investigating the effect of construction direction on surface quality and construction time in molten sediment modeling technology. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2021 Feb 19;7(12):37–53. [In Persian]