بهينه‌سازي پارامترهاي فراورش در چاپ سه‌بعدي پلي‌لاكتيك اسيد به روش لايه‌گذاري هم‌جوش

Optimization of Processing Parameters in 3D-Printing of Poly(lactic acid) by Fused Deposition Modeling Method

امروزه فناوري­‌هاي نوين ساخت به روش بر­هم­‌افزا مانند لايه­‌گذاري هم­‌جوش در حوزه­‌هاي مختلف صنعت نظير مدل­‌سازي، ماشين‌­سازي، صنايع هوافضا و نيز علوم پزشكي به نحو چشمگيري در حال گسترش است، كه علت آن را مي‌توان قابليت اين روش در ساخت قطعه‌هاي كاربردي با هندسه‌­هاي پيچيده در مدت زمان كوتاه‌تر و با هزينه كمتر نسبت به روش­‌هاي متداول دانست. از اين‌­رو، شناخت متغيرهاي موثر بر فرايند لايه­‌گذاري هم­‌جوش با توجه به اثر انكارناپذير آن­‌ها در كيفيت قطعات پليمري ساخته شده، حايز اهميت است. در اين مقاله، اثر متغيرهاي فراورش مانند ضخامت لايه‌ها، زاويه‌ رشته‌نشاني و صفحه‌ چاپ بر خواص كششي و زبري نمونه‌هاي ساخته شده از پلي­‌لاكتيك اسيد به روش لايه‌گذاري هم­‌جوش، ارزيابي شده است. نتايج حاكي از آن است كه در شرايط انتخاب شده براي چاپ، با كاهش ضخامت لايه‌ها، استحكام و تا حدي مدول كششي افزايش پيدا مي‌كند. بيشترين مقدار استحكام و مدول كششي براي نمونه‌هايي به‌دست مي‌آيد كه زاويه ‌رشته­‌نشاني آن­‌ها صفر درجه بوده و در صفحه ‌‌XYZ به ضخامت لايه ‌mm 05/0 چاپ شده باشند. مطالعات ميكروسكوپي نشان داد، در ضخامت­‌هاي كم، لايه‌هاي پليمري به­‌هم جوش خورده و مرز بين­ لايه اي از بين مي­‌رود. اما، در ضخامت­‌هاي زياد، فضاهاي خالي زيادي ميان لايه­‌ها به‌ وجود مي­‌آ‌يد كه باعث تمركز تنش شده و در نهايت سبب كاهش استحكام قطعه چاپ شده مي­‌شوند. همچنين، نتايج زبري‌­سنجي از سطح نمونه‌ها نشان داد، با افزايش ضخامت لايه‌ها، زبري سطح نيز افزايش مي‌يابد.

Nowadays, making use of additive manufacturing (AM) processes such as fused deposition modeling (FDM), in different areas, such as car manufacturing, biomedical and aerospace industries is gaining popularity worldwide because of their capacities in producing functional parts with complex geometries. Therefore, it is very important to identify the significance of FDM processing parameters which would have an impact on the quality of articles produced by the processing system. In this work, poly(lactic acid) was used to study the effects of processing parameters such as layer thickness, raster angle and printing plane on the tensile properties and surface roughness of the printed specimens. The results showed that the tensile strength of a specimen increased by reducing its layer thickness. However, the elastic modulus values increased with decreasing the layer thickness to some extent. Moreover, when the layer thickness was kept constant at 0.05 mm and 3D-printing was carried out in XYZ plane, the maximum modulus and tensile strength were obtained for the raster angle of 0?. Microscopic studies showed that in low layer thickness, the polymeric layers diffused properly into each other and no voids were formed between the layers. However, with a thickness above its critical value, a few voids were formed between the layers which played as a stress concentrator and decreased the tensile strength of the specimens. The results also showed that the surface roughness increased with increasing the layer thickness.