اثر پارامترهای چاپ و جنس رشته بر کارایی مکانیکی قطعات ساخت رشته مذاب تقویت شده با نیروی غلتکی

فرضیه: در این پژوهش فرض بر آن است که اعمال نیروی فشاری به کمک غلتک در حین فرایند چاپ سه بعدی با روش ساخت رشته ذوبی (FFF) می تواند موجب بهبود چسبندگی بین لایه ای و در نتیجه افزایش استحکام مکانیکی قطعات ساخته شده از پلی( لاکتیک اسید) (PLA)، آکریلونیتریل بوتادی ان استیرن (ABS) و ترکیب آن ها شود.روش ها: برای بررسی این فرضیه، نمونه های آزمون کشش با استفاده از استاندارد ASTM D۶۳۸ به کمک چاپگر سه بعدی مجهز به سازوکار اعمال فشار غلتکی تولید شدند. طراحی آزمایش با روش سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی (CCD) انجام شد که شامل دو متغیر پیوسته (سرعت چاپ و نیروی غلتک) و یک متغیر گسسته (جنس رشته) بود. آزمون کشش با دستگاه SANTAM STM-۴۰۰ و سرعت mm/minn   ۵ انجام شد. همچنین برای تحلیل سطوح شکست از میکروسکوپ الکترونی پویشی گسیل میدانی (FE-SEM) استفاده شد. داده ها با نرم افزار Design-Expert ۱۳ تحلیل شد تا اثرهای اصلی و برهم کنش پارامترها بر استحکام کششی ارزیابی شود.یافته ها: نتایج تحلیل واریانس نشان داد، جنس رشته و برهم کنش آن با نیروی غلتک اثر معناداری بر استحکام کششی دارند (p < ۰.۰۵). اعمال نیروی فشاری موجب بهبود چسبندگی بین لایه ای، کاهش ضخامت لایه، افزایش زاویه برش بین رسترها و هم راستایی زنجیرهای پلیمری در راستای نیرو شد که در نهایت استحکام کششی را افزایش داد. در شرایط بهینه، بیشینه استحکام کششی برای نمونه های PLA، ABS و PLA/ABS به ترتیب ۵۸.۸، ۳۴.۷و ۲۴۷.۲ MPa به دست آمد که نسبت به نمونه های بدون غلتک تا حدود %۱۰.۹ افزایش نشان داد. نتایج FE-SEM نیز کاهش ضخامت لایه و بهبود پیوند بین لایه ای را تایید کرد. به طور کلی، اعمال نیروی غلتک حین چاپ می تواند بدون نیاز به عملیات پس فرایندی، استحکام و کیفیت قطعات ساخت رشته ذوبی را به طور موثری بهبود دهد.

کلیدواژه ها:

چاپ سه بعدی ، ساخت فیلامنت ذوبی ، نیروی فشاری غلتک ، استحکام کششی ، چاپ دوماده ای