تحليل تجربي و شبيه‌سازي تاثير پارامترهاي هندسي چاپ سه‌بعدي بر روي بازيابي ‌شكلي پيچشي پليمر پلي لاكتيك اسيد

Experimental and Numerical Study on the Effect of 3D Printing Geometrical Parameters on the Torsional Shape Recovery Behavior of Polylactic Acid

ساخت افزايشي يكي از فرآيندهاي ساخت پيشرفته است كه امروزه به دليل ساخت قطعات با ساختارهاي پيچيده، سرعت و هزينه پايين توليد، در حال توسعه و گسترش است. چاپ سه بعدي قطعات حافظه‌دارشكلي در قالب چاپ چهاربعدي، پديده‌اي نوظهور در اين عرصه است كه به عنوان آينده ساخت افزايشي از آن ياد مي‌شود. در اين پژوهش، اثر پارامترهاي فرآيند لايه نشاني ذوبي شامل ضخامت لايه، سرعت چاپ و قطر نازل بر ميزان بازيابي‌شكلي پيچشي قطعه چاپ شده بر پايه ماده پلي لاكتيك اسيد، بررسي شد. براي كاهش هزينه و زمان همچنين بالا بردن اعتبار و دقت، از روش طرح مركب مركزي يكي از زيرمجموعه‌هاي روش سطح پاسخ استفاده گرديد. تعداد 17 آزمايش انجام شد و مدلي براي تعيين اثر پارامترهاي هندسي چاپ سه بعدي بر ميزان تغييرشكل بازيابي بدست آمد. 2R و Adj R2 مدل به ترتيب بالاتر از 99/0 و 98/0بدست آمد كه نشان‌دهنده دقت بالاي مدل و تشابه داده‌هاي آزمايشگاهي و مدل تجربي است. اين مدل نشان داد كه ضخامت لايه‌ها، قطر نازل و سرعت چاپ به ترتيب اثرگذاري بيشتري در ميزان بازيابي شكلي پيچشي دارند. براي بررسي رفتار بازيابي شكلي، اين فرآيند شبيه‌سازي شد و رابطه بين زاويه پيچش بازيابي شده و پيش‌تنش اعمالي در فرآيند چاپ بدست آمد. براي صحت‌سنجي مدل، اثر پارامترهاي چاپ سه بعدي بر ميزان بازيابي شكلي و رابطه پيش‌تنش با ميزان بازيابي شكلي، زاويه پيچش دلخواه 200 درجه در نظر گرفته شد كه پس از آزمايش تجربي خطاي مدل 2 درصد محاسبه شده و نتايج شبيه‌سازي منطبق با رفتارحافظه شكلي قطعه بدست‌آمد.

Additive manufacturing is one of the advanced manufacturing processes that is being developed nowadays due to the capability of manufacturing parts with complex structures, speed, and low production cost. 3D printing of shaped memory parts in the form of 4D printing is an emerging phenomenon, which is referred to as the future of additive manufacturing. In this study, the effect of three-dimensional printing fusion layer parameters including layer thickness, print speed, and nozzle diameter on the rate of shape recovery of Polylactic acid was investigated. To reduce the cost and time as well as to increase the validity and accuracy, the Central Composite Design method, one of the subsets of the Response Surface Methodology, was used. Seventeen experiments were performed and a model was obtained to determine the effect of 3D printing geometrical parameters on shape recovery. R 2 and Adj R2 of the model were obtained above of 0.99 and 0.98, respectively, which indicate the high accuracy of the model and the similarity of laboratory data and experimental model. This model showed that the layer thickness, nozzle diameter, and printing speed have a greater effect on the amount of torsional shape recovery, respectively. This process was simulated to investigate the shape recovery behavior. As a result, the relationship between the recovered shape torsion angle and the applied pre-stress was obtained. To validate the model, the effect of 3D printing parameters on the shape recovery, and the relationship between the pre-stress and the rate of shape recovery,...