بررسی تجربی اثر پارامترهای چاپ بر استحکام بین رشته‌ای در یک تک لایه از جنس پلی لاکتیک اسید چاپ‌شده به روش لایه نشانی ذوبی

فرآیند لایه نشانی ذوبی یکی از پرکاربردترین روش‌های ساخت افزایشی است. در فرآیند لایه نشانی ذوبی هر لایه با قرارگیری رشته‌ها در کنار یکدیگر شکل می‌گیرد، با افزایش استحکام اتصال بین رشته‌ها و همچنین لایه‌ها می‌توان خواص مکانیکی قطعه چاپ‌شده را افزایش داد. لذا در این پژوهش در ابتدا رابطه بین دمای رشته لایه نشانی شده و پارامترهای چاپ به‌صورت تئوری بررسی می‌گردد. این امر سبب شناسایی و اثر هر پارامتر بر روی میزان افت دما در رشته لایه نشانی شده می‌شود. سپس اثر پارامترهای چاپ، شامل دمای نازل، عرض روزن‌رانی، ارتفاع لایه،سرعت چاپ و الگوی پر شدن، بر استحکام کششی یک تک لایه به‌منظور تعیین استحکام بین‌رشته‌ای بررسی می‌شود. نتایج تئوری بیان‌گر این امر است که زمانی که دمای نازل 210 درجه سانتی‌گراد، عرض روزن‌رانی 0.8 میلی‌متر، ارتفاع لایه 0.3 میلی‌متر و سرعت چاپ 80 میلی‌متر بر ثانیه است، حداقل افت دما به میزان 38 درصد از 210 به 152 درجه سانتی‌گراد در رشته لایه نشانی شده اتفاق می‌افتد. همچنین پارامترهای ارتفاع لایه، سرعت چاپ، دمای نازل و عرض روزن‌رانی به ترتیب بیشترین اثر بر روی افت دما را دارند. حداکثر افت دما به میزان 303 درصد از دمای 210 به 52 درجه سانتی‌گراد است. همچنین تحلیل واریانس نتایج حاصل از آزمون کشش نشان می‌دهد که اثر پارامترهای الگوی پر شدن، سرعت چاپ، عرض روزن‌رانی، ارتفاع لایه و دمای نازل به ترتیب برابر با 82.05، 6.41، 5.86، 2.84 و 2.84 درصد است. حداکثر استحکام کششی به مقدار 72 مگاپاسکال برای نمونه‌ای که در آن دمای نازل، عرض روزن‌رانی، ارتفاع لایه، سرعت چاپ و الگوی پر شدن به ترتیب برابر با 210 درجه سانتی‌گراد، 0.8 میلی‌متر، 0.3 میلی‌متر، 80 میلی‌متر بر ثانیه و زیگزاگ است، حاصل گردید. حداکثر میزان افزایش استحکام کششی در تمام نمونه‌ها به میزان 109 درصد یعنی از 34.5 به 72 مگاپاسکال است. همچنین در نمونه‌هایی که در آن‌ها حداکثر استحکام بین‌ رشته‌ای ایجادشده است، نمونه دچار گلویی شده و پارگی و جدایش بین رشته‌ای در نمونه‌ها دیده نمی‌شود.

experimental investigation of printing parameters’ effect on the inter-raster strength in a single layer of polylactic acid material printed by fused deposition modeling process

the fused deposition modeling process is one of the most widely used additive manufacturing methods. in this process, each layer is formed by placing rasters next to each other. by increasing the strength of the connection between the rasters and the layers, the mechanical properties of the printed part can be increased. therefore, in this research, at first, the relationship between the temperature of the deposited raster and the printing parameters is theoretically determined. this causes the identification and effect of each parameter on the amount of temperature drop in the deposited raster. then the effect of printing parameters, including nozzle temperature, extrusion width, layer height, printing speed, and filling pattern, on the tensile strength of a single layer is investigated to determine the inter-raster strength. the theoretical results show that when the nozzle temperature is 210°c, the extrusion width is 0.8 mm, the layer height is 0.3 mm, and the printing speed is 80 mm/s, the minimum temperature drop of 38% from 210 to 152 °c occurs in the deposited raster. also, the parameters of layer height, printing speed, nozzle temperature, and extrusion width have the greatest effect on temperature drop respectively. the maximum temperature drop is 303% from 210 to 52 °c. also, the variance analysis of the results of the tensile test shows that the effect of the parameters of the filling pattern, printing speed, extrusion width, layer height, and nozzle temperature are 82.05, 6.41, 5.86, 2.84 and 2.84%, respectively. the maximum tensile strength is 72 mpa for the sample where the nozzle temperature, extrusion width, layer height, printing speed, and filling pattern are equal to 210°c, 0.8 mm, 0.3 mm, 80 mm/s, and zigzag, respectively. the maximum increase in tensile strength in all samples is 109%, from 34.5 to 72 mpa. also, in the samples in which the maximum inter-raster strength has been created, the necking phenomena occur, and inter-raster separation is not seen in the samples.