مطالعه نشان می دهد که چگونه ارتفاع لایه رنگ فیلامنت بر PLA چاپ شده 3D تاثیر می گذارد

تصور کنید با استفاده از همان پرینتر سه بعدی با مواد مشابه PLA،اما تولید قطعات با ویژگی های عملکردی متفاوت به سادگی با تغییر ارتفاع لایه یا تغییر رنگ رشتهاین پدیده گیج کننده در کاربردهای مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) غیر معمول نیست.در این مقاله بررسی می شود که چگونه این عوامل ظاهراً جزئی ′′ ارتفاع لایه و رنگ رشته ′′ می توانند به طور قابل توجهی بر خواص مکانیکی و دقت ابعاد چاپ اسید پلی لاکتیک (PLA) تأثیر بگذارند.، ارائه بینش برای بهینه سازی پارامترهای چاپ سه بعدی.

تولید افزودنی (AM) ، که به طور معمول به عنوان چاپ سه بعدی شناخته می شود، به سرعت در حال تغییر تولید صنعتی است." اصول اصلی آن شامل ساخت اشیاء سه بعدی از طریق رسوب متناوب مواد استدر مقایسه با روش های تولید سنتی مانند ماشینکاری یا ریخته گری ، چاپ سه بعدی مزایای مشخصی را ارائه می دهد:

• بهره وری هزینه و زمان:حذف نیاز به ابزار، تولید مستقیم قطعات را از مدل های CAD امکان پذیر می کند، هزینه ها و زمان های تحویل را به طور قابل توجهی کاهش می دهد.
• پیچیدگی هندسی:ساخت طرح های پیچیده ای را که با روش های سنتی امکان پذیر نیست، آسان می کند.
• نمونه سازی سریع تا تولید:انتقال بدون مشکل از اعتبارپذیری مفهوم به تولید محصول نهایی.
• حفاظت از مواد:قطعات رو لایه به لایه میسازد، و ضایعات مواد رو به حداقل میاره.

این مزایا باعث پذیرفتن گسترده در بخش های صنعتی، آموزشی، پزشکی و مصرفی شده است و پیش بینی های بازار نشان دهنده رشد پایدار است.

در میان تکنیک های مختلف چاپ سه بعدی، FDM به دلیل مقرون به صرفه بودن و سادگی عملیاتی خود برجسته است.قرار دادن مواد ذوب شده در لایه های دقیق برای تشکیل اشیاء سه بعدیPLA همچنان رایج ترین ماده FDM به دلیل نقطه ذوب پایین ، سهولت چاپ ، کمترین سمیت و منشاء تجدید پذیر است. در دسترس در رنگ های مختلف ، PLA کاربردهای متنوعی را ارائه می دهد.

با انتقال چاپ سه بعدی از نمونه سازی به تولید، بهینه سازی پارامتر بسیار مهم می شود. کیفیت محصول نهایی شامل دقت ابعاد، تغییر شکل، انحراف جرم، سوراخ پذیری،و بافت سطحی بستگی به متغیرهای فرآیند متعدد مرتبط با یکدیگر داردبرخلاف تولید معمولی، قدرت قطعات FDM به جای ویژگی های مواد عمده توسط ساختار داخلی تعیین می شود.

محققان پارامترهای متعددی از جمله دمای چاپ، دمای صفحه ساخت، ضخامت لایه، سرعت چاپ، جهت گیری، زاویه رستر، الگوی پر کردن / تراکم،شرایط نگهداریبا این حال، مشخصات مواد (رنگ، قطر، سازنده) و متغیرهای تجهیزات (محیط ساخت باز / بسته) اغلب در مطالعات توجه ناکافی دریافت می کنند.

ارتفاع لایه (معمولاً به نصف قطر نوزل محدود می شود) یکی از متغیرهای FDM مورد مطالعه ترین است. در حالی که ارتفاع لایه افزایش می یابد، زمان چاپ را کاهش می دهد، اما وضوح بخش را به خطر می اندازد.این تعادل بین بهره وری تولید و بازتولید دقیق نیاز به بررسی دقیق دارد.

اجماع علمی در مورد تأثیر ارتفاع لایه بر خواص مکانیکی همچنان تقسیم شده است. برخی مطالعات تأثیر حداقل بر مقاومت قطعات PLA را گزارش می دهند.در حالی که دیگران ارتفاع لایه را به عنوان عامل غالب تأثیر گذار بر مقاومت کشش نهایی (UTS) شناسایی می کنندیافته های متناقض در مورد روند وجود دارد. اکثر محققان افزایش UTS را با کاهش ارتفاع لایه مشاهده می کنند، اگرچه برخی از روابط معکوس یا محدوده های میانگین بهینه را گزارش می کنند.

این اختلافات احتمالاً ناشی از تغییرات در ترکیب پارامترها است که شرایط حرارتی متمایز را ایجاد می کند، که با طیف گسترده ای از ارتفاع لایه (0.06mm تا 0.6mm) در مطالعات افزایش می یابد.

تحقیقات بررسی تاثیر رنگ بر خواص مکانیکی PLA در ارتفاع لایه های مختلف هنوز کمیاب است. بسیاری از مطالعات رنگ نمونه را به طور کامل حذف می کنند.بازتاب دادن فرضیات متعارف در مورد بی اهمیت بودن آنتولید کنندگان معمولاً داده های مواد یکسان را برای تمام رنگ های PLA ارائه می دهند، اما افزودنی های رنگدانه ممکن است رفتار حرارتی را تغییر دهند که بر چسبندگی بین لایه ها و در نهایت عملکرد مکانیکی تأثیر می گذارد.

شواهد در حال ظهور نشان می دهد که تغییرات UTS تا 31٪ بین نمونه های PLA با رنگ یکسان چاپ شده است. با این حال، هیچ مطالعه ای در حال حاضر به طور جامع تعامل رنگ و ارتفاع لایه را در UTS تجزیه و تحلیل نمی کند.

تحقیقات گسترده ای تاثیر قابل توجهی را بر روی دقت قطعات PLA تایید می کند.بیشتر مطالعات نشان می دهد دقت ابعاد برتر با ارتفاع لایه های کاهش یافته، اگرچه انحرافات در محور X، Y و Z بسته به جهت گیری ساخت متفاوت است.

یک تحقیق قابل توجه سرعت چاپ (50-70 میلی متر در ثانیه) و ارتفاع لایه (0.10-0.20 میلی متر) را با دقت ابعاد قطعات آزمایشی برجسته مرتبط می کند. یافته ها بر وابستگی متقابل پارامتر و هندسه تأکید کرده است.اگرچه محدوده ارتفاع لایه باریک (0.10-0.20mm) نشان دهنده معیارهای دقیق PLA است.

تنها دو مطالعه به طور صریح رنگ PLA را به عنوان تأثیر بر دقت ابعاد شناسایی می کنند، هیچ کدام از آنها تعاملات ارتفاع لایه رنگ را بررسی نمی کنند.یک ترکیب بهینه جهت گیری رنگ (سفید / خاکستری / سیاه) برای دقت، در حالی که دیگری (با استفاده از نمونه های صورتی / خاکستری / سبز / شفاف در لایه های 0.5 میلی متر) اثرات رنگدانه را در دمای مختلف مطالعه کرد.اکثر مطالعات فاقد مشخصات کامل مواد هستند وقتی رنگ یک متغیر کنترل نشده است.

این مطالعه ارزیابی می کند که چگونه رنگ PLA بر رابطه بین ارتفاع لایه و هر دو قدرت مکانیکی / دقت ابعاد در چاپ FDM تأثیر می گذارد.خاکستری) و ارتفاع لایه (0.05mm، 0.10mm، 0.15mm، 0.20mm) به عنوان تنها متغیرها در حالی که پارامترهای چاپ سازگار را حفظ می کنند، هدف این تحقیق روشن کردن این تعاملات حیاتی است.