بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر الیاف خروجی دستگاه فیلامنت‌ساز ترموپلاستیک پلی‌لاکتیک اسید تقویت‌شده با الیاف پیوسته کربنی

روش لایه نشانی مذاب یا تهیه مواد به‌صورت ذوب‌شده یکی از روش‌های محبوب برای چاپ سه‌بعدی است. با توجه به چالش‌های موجود در تولید قطعات سه‌بعدی با استحکام مکانیکی بالا و کیفیت سطح مناسب، این تحقیق به بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر الیاف خروجی دستگاه فیلامنت‌ساز جدیدی پرداخته است که توانایی تولید فیلامنت‌های کامپوزیتی تقویت‌شده را دارا می‌باشد. بهینه‌سازی فرآیند شامل بررسی پارامترهایی نظیر دمای ذوب پلیمر، سرعت جمع‌آوری فیلامنت، دمای حمام آب و سرعت آغشته‌سازی برای دستگاه فیلامنت‌ساز و تاثیر آن بر مقدار مقاومت برشی سطحی است که با استفاده از روش‌های آماری مانند طراحی آزمایش و تحلیل واریانس انجام شده است. نتایج نشان داد که تصاویر میکروسکوپ الکترونی آغشتگی یکنواخت الیاف و ماتریس را تایید کرد. همچنین نشان داده شد که لزوماً افزایش دما سبب افزایش مقاومت برشی سطحی نمی‌شود و خطر تخریب حرارتی ماتریس وجود دارد. بعلاوه مذاب با ویسکوزیته پایین می‌تواند پایداری هندسی را مختل کند و مشخص شد که دمای بالای 230 درجه سانتی‌گراد دمای بهینه برای آغشته‌سازی فیلامنت نیست. درنتیجه شرایط بهینه فرآیند تولید فیلامنت کامپوزیتی با الیاف کربن پیوسته و رزین پلی‌لاکتیک اسید شامل دمای ذوب 190 درجه سانتی‌گراد، دمای حمام آب 50 درجه سانتی‌گراد سرعت کشش 2 دور در دقیقه و سرعت آغشته سازی 1 دور در دقیقه به دست آمد.

optimizing parameters affecting the output fibers of thermoplastic polylactic acid filament machine reinforced with continuous carbon fibers

the fused deposition modeling (fdm) or material extrusion method is one of the most popular techniques for 3d printing. given the challenges in producing 3d-printed parts with high mechanical strength and adequate surface quality, this study focuses on optimizing the parameters affecting the output fibers of a newly developed filament extruder, which has the capability of producing reinforced composite filaments. the optimization process involves evaluating parameters such as polymer melting temperature, filament collection speed, water bath temperature, and impregnation speed, and their effects on interfacial shear strength (ifss). statistical methods, such as design of experiments (doe) and analysis of variance (anova), were employed for this purpose. the results confirmed uniform impregnation of fibers and matrix through scanning electron microscope (sem) images. it was also demonstrated that an increase in temperature does not necessarily lead to an increase in ifss, and there is a risk of thermal degradation of the matrix. moreover, low-viscosity melt can compromise geometric stability, indicating that temperatures above 230°c are not optimal for filament impregnation. consequently, the optimal conditions for producing composite filaments with continuous carbon fibers and polylactic acid (pla) resin were determined to be a melting temperature of 190°c, water bath temperature of 50°c, filament collection speed of 2 rpm, and impregnation speed of 1 rpm.