بررسی تاثیر پارامترهای فرآیند چاپ سه‌بعدی لایه‌نشانی مذاب بر رفتار تغییرشکل ساختارهای چهاربعدی ساخته‌شده با پلی‌لاکتیک‌اسید

چاپ چهاربعدی، یک شاخه‌ی نسبتا نوظهور است که از چاپ سه‌بعدی سرچشمه گرفته است. لایه‌نشانی مذاب، به عنوان یکی از مرسوم‌ترین فرایندهای چاپ سه‌بعدی، به تازگی توجه بسیاری از محققین را در حوزه چاپ چهاربعدی به خود جلب کرده است. هرچند، بسیاری از جنبه‌های چاپ چهاربعدی با استفاده از فرایند لایه‌نشانی مذاب هنوز به خوبی درک و مطالعه نشده‌است. در این مقاله تاثیر پارامترهای مختلف فرایند شامل پارامترهای فعالسازی، چاپ و مواد بر روی انحنای نمونه‌های دولایه خودخم‌شونده مطالعه شده‌است. تمامی نمونه‌ها با استفاده از سه فیلامنت پلی‌لاکتیک‌اسید متفاوت چاپ شده‌اند. مشاهده شد که زمان و دمای فعالسازی، و همچنین سرعت چاپ تاثیر به سزایی بر انحنا دارند. به‌طوریکه افزایش دما از 70 به 130 درجه سانتیگراد، باعث افزایش چهار برابری انحنا و افزایش سرعت چاپ از 30 به 120 میلیمتر بر ثانیه باعث افزایش دو برابری انحنا شد در حالیکه افزایش فاصله نازل از میز چاپ از 0.1 به 0.25 میلیمتر منجر به کاهش 40 درصدی انحنا شد.  به‌علاوه، رفتار تغییرشکل نمونه‌ها تا حد زیادی متاثر از نوع فیلامنت استفاده شده‌بود. نتایج حاکی از تفاوت 9 برابری میزان انحنای ساختارهای چاپ‌شده با استفاده از سه نوع مختلف فیلامنت بود. مشخصه‌یابی مواد فیلامنت‌ها تفاوت معناداری در خواص مکانیکی نشان نداد، اما این تفاوت در خواص حرارتی و حرارتی-مکانیکی سه نوع فیلامنت مشاهده شد. باتوجه به نتایجی که از آزمایش‌های گرماسنجی روبشی افتراقی و تحلیل مکانیکی دینامیکی به دست آمد، این تفاوت‌ها ناشی از وجود افزودنی‌ها در هر نوع فیلامنت است. نتایج پژوهش حاضر کاربردهای مهمی در طراحی فرایندهای چاپ چهاربعدی با استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی لایه‌نشانی مذاب دارد.

evaluating the effects of material extrusion 3d printing process parameters on shape-shifting of poly-lactic acid 4d-printed structures

4d printing is a relatively new branch of 3d printing. material extrusion, as one of the most common 3d printing processes, has been recently receiving increasing attention within this area of research. there are, however, many aspects of material extrusion-based 4d printing processes that are not yet well understood. in this study, we investigated the effects of different processing parameters including the activation parameters, printing parameters, and material parameters on the curvature of self-folding bilayer specimens. all the specimens were printed using three different types of poly-lactic acid filaments. we found that the activation time and activation temperature, as well as the printing speed, have significant effects on the resulting curvature. moreover, the shape-shifting behavior of the specimens depended to a great extent on the type of poly-lactic acid filament used for their printing. characterization of the filament materials showed no significant difference in terms of mechanical properties. however, considerable differences in thermal and thermomechanical properties of the different types of filaments were observed. according to the results of differential scanning calorimetry and dynamic mechanical analysis, the differences between the different types of filaments could be traced back to their compositions including the amounts and types of additives. the results of the current study have important implications for the design of material extrusion-based 4d printing processes.