مطالعه اثر افزودن نانوذرات سيليكا بر خواص كششي و سختي سطح رزين‌هاي پخت نوري مورد استفاده در چاپ سه‌بعدي

Effects of adding nano silica on hardness and tensile properties of stereolithography 3d printed parts

چاپگرسه‌بعدي يكي از فناوري‌هاي نوظهور است و اين قابليت را ايجاد مي‌كند كه اجسام سه‌بعدي را با هر نوع پيچيدگي بتوان به صورت لايه به لايه توليد نمود. هدف از تحقيق پيش‌رو بررسي تغيير سختي سطح و خواص فيزيكي و مكانيكي قطعات چاپ شده با روش استريوليتوگرافي برپايه تابش پروژكتور در اثر افزودن نانو ذرات سيليكا به رزين پليمري با ساختمان متاكريلاتي مي باشد. علت انتخاب اين روش بين روش‌هاي چاپ سه بعدي وضوح بالا، سرعت بالاي چاپ و صنعتي بودن آن است. براي اين منظور نانوذرات سيليكا در درصدهاي وزني 1، 3و 5 به‌وسيله هموژنايزر اولتراسونيك به رزين اضافه شده است. به‌منظور بررسي و تشخيص خواص فيزيكي و مكانيكي نمونه‌ها آزمونهاي باركول، كشش، ميكروسكوپي الكتروني روبشي و طيف‌سنج مادون قرمز تبديل فوريه انجام شد. باتوجه به نتايج به‌دست‌آمده افزايش سختي سطح براي لايه آخر نمونه حاوي 5 درصد وزني نانوذرات سيليكا در مقايسه با نمونه خالص در حالت بدون پساپخت 76 درصد و پس از كامل شدن پساپخت (105 دقيقه) 16 درصد بوده‌است. همچنين بين درصدهاي مختلف نانوذره، نمونه حاوي 3 درصد وزني با افزايش 5.7 درصدي مدول كششي نسبت به نمونه خالص بهترين نتايج را داشت. در ادامه اصلاح سطح سيلاني نانوذرات انجام شد و نتايج آزمون‌ها نشان داد كه در بين درصدهاي تهيه‌شده مجددا 3 درصد وزني به‌دليل پخش بهتر ذرات در ماتريس نتايج بالاتري از خود به نمايش گذاشت و باعث بهبود 8.8 درصدي استحكام نسبت به نمونه خالص شد.

3D printing is one of the emerging technologies that can create any complex 3D objects by layer by layer printing approach. The purpose of the present study is to study the effects of adding silica nanoparticles to a methacrylate-based UV curable resin on hardness and physical and mechanical properties of the printed parts by projector-based stereolithography (DLP) ,due to it's higher resolution, higher speed and higher capabilities for industrialization. Silica was chosen as additive due to its ability to increase the physical and mechanical properties of the final parts as well as reducing the final price of printed parts. For this purpose, silica nanoparticles were added to the resin in 1, 3 and 5 wt. % with the help of the ultrasonic homogenizer. To investigate the physical and mechanical properties of the specimens, barcol hardness, tensile, FTIR and SEM tests were also performed. In this study, silica nanoparticles were added to the resin at three different weight percentages with the best results showing at 3 wt. % of nano-silica with 5.7% increases in tensile modulus respectively due to better distribution. Furthermore results showed the surface modification of silica nanoparticles enhanced the specimen’s strength further up to 8.8%. The surface hardness increase for the last layer of the samples containing 5% wt. silica nanoparticles in non-post cure state was 76% compared with the pure sample, and 16% after the post cure step (105 minutes). The results showed adding nanoparticles in order to increase hardness of the specimens is so effective.