پس پردازش قطعات اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن چاپ سه‌بعدی با استفاده از ارتعاشات فراصوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه سمنان

2 طراحی صنعتی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران

3 دانشکده مکانیک، دانشگاه سمنان

چکیده

روش چاپ سه‌بعدی امکان تولید قطعات با هندسه پیچیده را در زمان کوتاه فراهم می‌کند. با این وجود قطعات تولیدی به‌دلیل ماهیت لایه‌ای آنها و وجود عیوبی مانند حفره‌ها و چسبندگی ضعیف بین لایه‌ای، خواص مکانیکی ضعیفی دارند. در این مقاله، استفاده از ارتعاشات فراصوت برای بهبود خواص مکانیکی قطعات پلیمری از جنس اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (ABS)[i] مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه‌ها با هندسه استاندارد آزمون کشش با استفاده از چاپگر سه‌بعدی رومیزی از نوع مدل‌سازی رسوب ذوبی[ii] ساخته شدند. برای بررسی اثر ارتعاشات بر روی پارامترهای فرایند چاپ، ضخامت لایه‌های پرینت در بازه 15/0، 2/0 و30/0 میلی‌متر و میزان پر شدن 60، 80 و 100 درصد انتخاب شد. همچنین، تأثیر مدت زمان اعمال ارتعاشات فراصوت (در محدوده 1 الی 2 ثانیه) بر روی خواص کششی مورد مطالعه قرار گرفت. برای بررسی اثر پارامترهای مورد اشاره، طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ انجام پذیرفت. سپس آزمایش کشش تک محوری روی نمونه‌ها اجرا و با تحلیل واریانس داده‌ها بررسی شدند. نتایج نشان دادند که اعمال ارتعاشات فراصوت سبب بهبود قابل توجه در استحکام کششی قطعات پلیمری می‌شود که این اثرگذاری در ضخامت لایه کم، بیشتر است. همچنین، با افزایش مقدار درصد پرشدن، اثر ارتعاشات فراصوت بیشتر می‌شود که این می‌تواند ناشی از پیوند بهتر لایه‌های پرینت در اثر ارتعاشات فراصوت و کاهش میزان حفره‌ها در مقادیر پر شدن پایین باشد. از این‌رو، می‌توان انتظار داشت که با اعمال ارتعاشات فراصوت بر روی نمونه‌های حاصل از چاپ سه‌بعدی، از آنها در مدل‌های عملکردی مهندسی استفاده کرد.
 
[i]. Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS)
[ii]. Fused Deposition Modeling (FDM)


 


 

 
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Ultrasonic treatment of 3D-printed Acrylonitrile butadiene styrene

نویسندگان [English]

  • Abbasali Bagheri 1
  • Vahid Fartashvand 2
  • Abdolvahed kami 3
1 Semnan University
2 Industrial Design Group, Art faculty, Alzahra University, Tehran. Iran
3 Mechanical Engineering Department, Semnan university
چکیده [English]

The 3D printing technology allows the production of parts with complex geometry quickly. However, the printed parts have poor mechanical properties due to the nature of their layers and the presence of defects such as cavities and poor adhesion between the layers. This paper investigates the use of ultrasonic vibrations to improve the mechanical properties of acrylonitrile-butadiene-styrene printed components. Samples were fabricated with standard geometry of tensile test using a desktop 3D FDM printer. Process parameters are layer thickness and infill. Also, the time of ultrasonic imposing was selected as a variable parameter. The thickness of the print layers are 0.15, 0.2, and 0.30 mm, and the infill is 60, 80, and 100%. The design of the experiment was performed by the response level method. Then the uniaxial tensile test was performed on the samples, and the data were analyzed by analysis of variance (ANOVA). The results showed that the application of ultrasonic vibrations significantly improves the tensile strength of printed parts, which is greater in lower thickness. Also, with increasing the infill, the effect of ultrasonic vibrations increases, which can be due to better bonding of the print layers due to ultrasonic vibrations and reducing the number of pores in the low infill values. Therefore, it is found that by applying ultrasonic vibrations to the 3D printed samples, their mechanical properties were improved and could be used in performance evaluation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ultrasonic vibration
  • Post processing
  • Acrylonitrile butadiene styrene. 3D Printing. Additive manufacturing

مراجع

[1] Fico, Daniela, Daniela Rizzo, Raffaele Casciaro, and Carola Esposito Corcione, "A review of polymer-based materials for fused filament fabrication (FFF): focus on sustainability and recycled materials", Polymers, 2022, Vol.14, no.3, p.465.
[2] Singh, Sunpreet, Gurminder Singh, Chander Prakash, and Seeram Ramakrishna, "Current status and future directions of fused filament fabrication", Journal of Manufacturing Processes, 2020, Vol.55, pp.288-306.
[3] Ramazani, Haidar, and Abdolvahed Kami, "Metal FDM, a new extrusion-based additive manufacturing technology for manufacturing of metallic parts: a review", Progress in Additive Manufacturing. 2022, Vol.7, no.4, pp.609-626.
[4] Brenken, Bastian, Eduardo Barocio, Anthony Favaloro, Vlastimil Kunc, and R. Byron Pipes, "Fused filament fabrication of fiber-reinforced polymers: A review", Additive Manufacturing, 2018, Vol.21, pp.1-16.
[5] Safari, Faraz, Abdolvahed Kami, and Vahid Abedini, "3D printing of continuous fiber reinforced composites: A review of the processing, pre-and post-processing effects on mechanical properties", Polymers and Polymer Composites, 2022, Vol.30, p.09673911221098734.
[6] Maidin, S., M. K. Muhamad, and Eujin Pei, "Experimental setup for ultrasonic-assisted desktop fused deposition modeling system", In Applied Mechanics and Materials, 2015, Vol.761, pp.324-328. Trans Tech Publications Ltd.
[7] Tofangchi, Alireza, Pu Han, Julio Izquierdo, Adithya Iyengar, and Keng Hsu, "Effect of ultrasonic vibration on interlayer adhesion in fused filament fabrication 3D printed ABS", Polymers, 2019, Vol.11, no.2, p.315.
[8] Li, Guiwei, Ji Zhao, Wenzheng Wu, Jili Jiang, Bofan Wang, Hao Jiang, and Jerry Ying Hsi Fuh, "Effect of ultrasonic vibration on mechanical properties of 3D printing non-crystalline and semi-crystalline polymers", Materials, 2018, Vol.11, no.5, p.826.
[9] Li, Guiwei, Ji Zhao, Jili Jiang, Hao Jiang, Wenzheng Wu, and Mengxin Tang, "Ultrasonic strengthening improves tensile mechanical performance of fused deposition modeling 3D printing", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2018, Vol.96 pp.2747-2755.
[10] Wu, Wenzheng, Jialin Li, Jili Jiang, Qingping Liu, Aodu Zheng, Zheng Zhang, Ji Zhao, Luquan Ren, and Guiwei Li, "Influence Mechanism of Ultrasonic Vibration Substrate on Strengthening the Mechanical Properties of Fused Deposition Modeling", Polymers, 2022, Vol.14, no.5, p.904.
[11] Guivier, Manon, Jesse Kuebler, Trevor Swanson, Christopher Lawson, Lucia Fernandez-Ballester, Mehrdad Negahban, and Michael P. Sealy, "Mechanical Behavior of ABS after Interlayer Ultrasonic Peening Printed by Fused Filament Fabrication", In 2021 International Solid Freeform Fabrication Symposium. University of Texas at Austin, 2021.
[12] Billah, Kazi Md Masum, Jose L. Coronel Jr, Luis Chavez, Yirong Lin, and David Espalin, "Additive manufacturing of multimaterial and multifunctional structures via ultrasonic embedding of continuous carbon fiber", Composites Part C: Open Access, 2021, Vol.5, p.100149.
[13] Qiao, Jing, Yingrui Li, and Longqiu Li, "Ultrasound-assisted 3D printing of continuous fiber-reinforced thermoplastic (FRTP) composites", Additive Manufacturing, 2019, Vol.30, p.100926.
[14] Paganin, L. C., and G. F. Barbosa, "A comparative experimental study of additive manufacturing feasibility faced to injection molding process for polymeric parts", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2020, Vol.109, pp.2663-2677.
[15] https://www.astm.org/d0638-14.html
[16] عابدینی، ر.، فرتاش‌وند، و.، سالاری، ر."تعیین مشخصه‌های عملکردی و پایش سلامت پیزوالکتریک به روش تحلیل امپدانسی"، نشریه علمی صوت و ارتعاش، دوره 11، شماره 21، صفحه 14-29.
[17] سیوکی، ع.، عابدینی، ر.، عبدالله، ا.، فرتاش‌وند، و.، "بررسی سمت و سوی کاربرد ارتعاشات توان بالای فراصوتی در فرآیندهای جوشکاری"، نشریه علمی صوت و ارتعاش، دوره 10، شماره 20، صفحه 35-55.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار