بررسی تاثیر پارامترهای چاپ سه‌بعدی بر روی بازیابی ‌شکلی خمشی در فرآیند چاپ چهاربعدی

چاپ چهاربعدی پدیده‌ای نوظهور و توسعه‌یافته‌ از ساخت افزایشی است که با چاپ سه‌بعدی قطعات حافظه‌دارشکلی به‌ دست می‌آید. با کنترل‌پذیر نمودن فرآیند چاپ چهاربعدی، قطعات چاپ‌شده می‌توانند بعد از اعمال محرک خارجی تغییر شکل مشخصی داشته باشند. در این پژوهش به کمک شبیه‌سازی عددی، رابطه بین پیش‌تنش اعمالی در فرآیند چاپ بر میزان بازیابی‌شکلی خمشی به‌ دست آمد. سپس اثر پارامترهای ضخامت لایه، سرعت چاپ و قطر نازل در فرآیند لایه‌نشانی ذوبی بر میزان پیش‌تنش اعمالی در قطعات چاپ‌شده از جنس پلی‌لاکتیک اسید، بررسی شد. برای کاهش هزینه و زمان و همچنین بالا بردن اعتبار و دقت مدل تجربی، از طرح مرکب مرکزی که یکی از روش‌های سطح پاسخ در طراحی آزمایش است، استفاده شد. به کمک انجام 17 آزمایش تجربی، مدلی بین پارامترهای بیان‌شده و میزان پیش‌تنش اعمالی در فرآیند چاپ سه‌بعدی به‌‌دست آمد. در ادامه کفایت مدل‌تجربی بررسی‌شده و همچنین r2 و adj r2 مدل به ترتیب بالاتر از 0.99 و 0.98 به‌‌دست آمد که نشان‌دهنده دقت بالای آن است. مدل‌تجربی ارائه‌شده نشان داد که پارامترهای اندازه‌‌لایه، قطر نازل و سرعت چاپ، به ترتیب بیشترین اثر بر پیش تنش اعمالی را دارند. همچنین پیش‌تنش اعمالی در فرآیند چاپ چهاربعدی رابطه معکوس با ضخامت لایه‌ها و قطر نازل و رابطه مستقیم با سرعت چاپ دارد. به‌منظور صحت‌سنجی مدل‌تجربی، در شرایط بیشترین میزان بازیابی‌شکلی خمشی، شبیه‌سازی عددی و آزمایش تجربی انجام شد. نتایج نشان داد خطای رابطه بین پیش‌تنش اعمالی و میزان بازیابی شکلی، 1.5 درصد و مدل‌تجربی اثر پارامترهای چاپ بر روی میزان بازیابی‌شکلی کاملاً منطبق شده است.

investigation of the effect of 3d printing parameters on the bending shape recovery in 4d printing process

4d printing is an emerging phenomenon of additive manufacturing which is achieved by the 3d printing of shape memory materials. the printed parts can change their shapes when exposed to an external stimulus by controlling the 4d printing process. in this study, a relationship between applied prestress in the printing process and the amount of bending shape recovery was obtained using numerical simulations. then, the effect of printing parameters of fused deposition modeling including layer thickness, printing speed, and nozzle diameter on the applied prestress in the printed polylactic acid parts was investigated. to reduce the cost and time as well as to increase the validity and accuracy, the central composite design method was used. seventeen experimental tests were performed and a model was obtained between the mentioned parameters and applied prestress. in the following, r2 and adj r2 of the model were obtained above 0.99 and 0.98, respectively, which indicates the high accuracy of the model. the model showed that the layer height, nozzle diameter, and printing speed have a significant effect on the applied prestress. also, the applied prestress is inversely related to the layer height, nozzle diameter and is directly related to the printing speed. simulations were performed under the conditions of maximum bending shape recovery and compared with the experimental model. the results showed that the error of the relationship between applied prestress and amount of shape recovery is 1.5% and the experimental model of printing parameters effect on the shape recovery is completely matched.