بررسي اثر پارامترهاي چاپ سه‌بعدي به روش لايه‌نشاني ذوبي بر روي بازيابي شكلي مخروطي در فرآيند چاپ چهاربعدي

Investigation of the Effect of FDM 3D Printing Parameters on Conical Shape Recovery in the 4D Printing Process

چاپ چهاربعدي يك فناوري نوظهور است كه از تركيب چاپ سه‌بعدي و مواد حافظه‌شكلي حاصل‌شده و در آن ساختار چاپ‌شده مي‌تواند در اثر اعمال محرك مناسب دچار تغييرشكل شود. هدف از چاپ چهاربعدي كنترل نوع و ميزان بازيابي‌شكلي مي‌باشد. در اين پژوهش به كمك شبيه‌سازي عددي رابطه‌اي بين پيش‌تنش ذخيره‌شده در ديسك‌هاي چاپ‌شده و ميزان بازيابي‌شكلي به دست آمد. سپس اثر پارامترهاي ارتفاع لايه، دماي بستر ، دماي نازل و سرعت چاپ بر ميزان پيش‌تنش اعمال‌شده در ديسك‌هاي چاپ‌شده بر پايه ماده پلي‌لاكتيك‌اسيد در فرآيند چاپ سه‌بعدي لايه‌نشاني ذوبي بررسي شد. در اين تحقيق با استفاده از 27 آزمايش تجربي به كمك طرح مركب مركزي مدل‌سازي با صرف كمترين هزينه و زمان و بيشترين اعتبار و دقت انجام شد و رابطه‌اي بين پارامترهاي ارتفاع لايه، دماي بستر، دماي نازل و سرعت چاپ و ميزان پيش‌تنش اعمال‌شده در ديسك‌هاي چاپي به دست آمد. مقادير R2 و Adj R2 بيش از 99 درصد به دست آمد كه نشان‌دهنده دقت بالاي مدل است. مدل تجربي نشان داد كه ترتيب ميزان اثرگذاري پارامترها بر مقدار ارتفاع مخروط بازيابي شده به ترتيب سرعت چاپ، ارتفاع لايه، دماي نازل و دماي بستر مي‌باشد و مقدار پيش‌تنش ايجادشده با سرعت چاپ رابطه مستقيم و با ديگر پارامترها رابطه عكس دارد. براي صحت‌سنجي مدل تجربي، شبيه‌سازي و آزمايش تجربي در شرايط بيشترين ميزان بازيابي‌شكلي انجام شد. نتايج نشان داد خطاي مدل تجربي اثر پارامترهاي چاپ بر ميزان بازيابي‌شكلي 9/5 درصد و خطاي بين پيش‌تنش اعمال‌شده و ميزان بازيابي‌شكلي 95/2 درصد است.

4D printing is an emerging technology in which the printed parts can change their shapes when exposed to an external stimulus. In this research, a relationship between the pre-stress stored in the printed discs and the amount of shape recovery was obtained using FE simulations. Then, the effect of layer height, bed temperature, nozzle temperature, and printing speed on the amount of pre-stress applied in the printed discs based on polylactic acid material in the Fused deposition modeling 3D printing was investigated. In this paper, 27 experimental tests were performed using a central composite design, and modeling was done with the least cost and time and the most reliability and accuracy. Then a relationship between the mentioned parameters and the amount of pre-stress applied to the printed discs was obtained. R2 and Adj R2 of the model were obtained more than 99% which shows the high accuracy of the model. In order to validate the experimental model, simulation and experimental tests were carried out in the conditions of the highest amount of shape recovery. The results showed that the experimental model error is 5.9% and the error between the applied pre-stress and the amount of shape recovery is 2.95%.