بررسی خواص مکانیکی مواد مرکب پلیمری ساخته شده به روش پرینت سه بعدی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 6، دوره 35، شماره 4 - شماره پیاپی 34، دی 1402، صفحه 77-89   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2023.81972.1182

نویسندگان

عباس صواب پور^* ؛ جواد کدخداپور؛ علی پورکمالی

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید رجایی، تهران.

چکیده

ماده مرکب یک جامد غیر یکنواخت است که از دو یا چند ماده مختلف تشکیل شده ‌است که به صورت مکانیکی یا متالورژی به هم پیوند خورده‌اند. این مواد تشکیل دهنده، خواص شیمیایی و فیزیکی کاملاً متفاوتی دارند و برای ساخت ماده‌ای که شبیه به هیچ‌کدام از این مواد نیست با هم ادغام می‌شوند. در مطالعات پیشین، ساخت و بررسی ساختارهای ساندویچ مواد پلیمری با دو ماده با خواص فیزیکی مشابه (دو ماده سخت) انجام شده بود، ولی در این تحقیق، دو پلیمر با خواص فیزیکی کاملا متفاوت با هم ترکیب و یک ساختار ساندویچی جدید ساخته شده است. این مطالعه با هدف بررسی و تلاش برای افزایش عملکرد مکانیکی ساختارهای تک لایه و چند لایه مرکب (ساندویچی) چاپ شده از مواد پلیمری سخت (ABS) و نرم (TPU) و مقایسه این نمونه‌ها با تهیه ساختارهای مرکب مختلف از این پلیمرها انجام شده است. روش ساخت مواد پلیمری مورد استفاده از این تحقیق، استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی (لایه گذاری افزایشی) می‌باشد. نتایج در قالب تست کشش آزمایشگاهی و شبیه‌سازی در محیط نرم‌افزاری آباکوس به دست آمده است. این نتایج حاکی از آن است که با تغییر لایه‌ها و مواد، مقدار کرنش تا شکست نمونه‌های مرکب تا حدود 4 برابر افزایش پیدا کرده است. لازم به ذکر است که ساخت نمونه‌های تست کشش، در این پروژه طبق استاندارد انجمن مواد و آزمون آمریکا انجام شده است.

کلیدواژه‌ها

خواص مکانیکی؛ ساختارهای مرکب؛ پرینت سه بعدی؛ ABS؛ TPU

مراجع

 [1] https://idesign3d.ir/

[2] https://all3dp.com/

[3] "Overcoming 3D printing speed limitations of flexible soft plastics with Arnitel® ID," [Online]. Available: Link: https://www.dsm.com/content/dam/dsm/engineering-materials/ja-jp/documents/Arnitel_ID_3D_printing.pdf.

[4] J. Zeb Gul, M. Sajid, M. Muqeet Rehman, Gh. Uddin Siddiqui, I. Shah, K. Kim, J. Lee, K. Hyun Choi, "3D printing for soft robotics – a review," Science and Technology of Advanced Materials, vol. 19, no. 1, pp. 243–262, 2018.

[5] F. Rosa, M. Bordegoni, A. Dentelli, A. Sanzone, A. Sotgiu, "Print-in-Place of Interconnected Deformable and Rigid Parts of Articulated Systems," Procedia Manufacturing, vol. 11, pp. 555 – 562, 2017. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.07.149

[6] M. Soreni-Harari, R. St. Pierre, C. McCue, K. Moreno, S. Bergbreiter , "Multimaterial 3D Printing for Microrobotic Mechanisms," SOFT ROBOTICS, 2019.  https://doi.org/10.1089/soro.2018.0147

[7] R. R. Torrealba, S. B. Udelman, A. J. Rivas, F. J. Carvalho, "A start-up project to create customised 3D-printed hand prostheses affordable in developing countries," ResearchGate, 2017.

[8] R. Melnikova, A. Ehrmann, K. Finsterbusch, "3D printing of textile-based structures by Fused Deposition Modelling (FDM) with different polymer materials," Global Conference on Polymer and Composite Materials, (2014). https://doi.org/10.1088/1757-899X/62/1/012018

[9] J. Kwon, J. Ock, N. Kim, "Mimicking the Mechanical Properties of Aortic Tissue with Pattern-Embedded 3D Printing for a Realistic Phantom," Materials (Basel), vol. 13, no.21, 2020.

[10] D. Yadav, D. Chhabra, R. Kumar Garg, A. Ahlawat, A. Phogat, "Optimization of FDM 3D printing process parameters for multi-material using artificial neural network," Materials Today: Proceedings, 2019.

[11] L.R. Lopes, A.F. Silva, O.S. Carneiro, "Multi-Material 3D Printing: the Relevance of Materials Affinity on the Boundary Interface Performance," Additive Manufacturing, vol. 23, pp. 45-52, 2018.  https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.06.027

[12] D. Baca, R. Ahmad, "The impact on the mechanical properties of multi-material polymers fabricated with a single mixing nozzle and multi-nozzle systems via fused deposition modeling,", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, pp. 4509-4520, 2020.  https://doi.org/10.1007/s00170-020-04937-3

 [13] F. Feng, L. Ye, "Morphologies and Mechanical Properties of Polylactide/ Thermoplastic Polyurethane Elastomer Blends," Journal of Applied Polymer Science, 2010. DOI:  https://doi.org/10.1002/app.32863

[14] Shabana, R.V.Nikhil Santosh, J. Sarojini, K.Arun Vikram, V.V.K.Lakshmi,  "Evaluating the Mechanical Properties of Commonly Used 3d Printed ABS and PLA Polymers with Multi Layered Polymers," International Journal of Engineering and Advanced Technology (IJEAT), vol.8, no.6, 2019.

[15] M. Shamaas, "Introduction to 3D Printer", ResearchGate, (2022).

[16] https://elsapaco.com/

[17] F. Beer, E. R. Johnston, Jr., J. DeWolf, D. Mazurek, Mechanics of Materials, 2011.