نشریه مهندسی مکانیک ایران

نشریه مهندسی مکانیک ایران

بهینه ‌سازی بررسی دقت ابعادی ساخته ‌شده به روش FDM و مقایسه آن با روش SLA

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان
استادیار، گروه مهندسی بیوسیستم، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران
چکیده
روش پرینت سه‌ بعدی FDM از جمله تکنولوژی‌ های پرینت سه ‌بعدی است که به ‌سرعت در حال رشد و گسترش است. با این‌ حال موادی که در این نوع روش پرینت سه‌ بعدی استفاده می ‌شود بیشتر محدود به دو ماده ABS و PLA شده است ولی نیاز به مواد با قابلیت ‌های مکانیکی بهتر منجر به تولید فیلامنت های تازه در حوزه پرینترهای سه‌ بعدی FDM شده است. از آنجا که پارامترهای مختلفی روی کیفیت نهایی قطعات تولید شده با پرینتر سه ‌بعدی تأثیرگذار است، لذا مطالعه و بررسی اثر این پارامترها اهمیت ویژه ای پیدا می‌ کند. فرآیندهای استریو لیتوگرافی و FDM  به ‌واسطه‌ دقت ابعادی پایین در مقایسه با فرآیند CNC دارای دامنه کاربرد محدودتری می باشند. در این تحقیق تأثیر پارامترهای مؤثر در فرآیند استریو لیتوگرافی مورد بررسی قرار گرفت که به ترتیب اهمیت شامل: ضخامت لایه، مدل دریچه، فاصله بین دریچه ها، عمق بارگیری دریچه و اضافه بارگیری دریچه است. بعلاوه عوامل مرتبط با دقت ابعادی فرآیند FDM که در اینجا در نظر گرفته شد، به ترتیب اهمیت شامل: ضخامت لایه، درصد تراکم، سرعت حرکت نازل و قطر نازل می‌باشد که علاوه بر این، چهار عدد نمونه به ‌وسیله فرآیند FDM برحسب ضخامت لایه و درصد تراکم متفاوت استریو لیتوگرافی و FDM ساخته شد. هدف بررسی عوامل مؤثر در فرآیند استریو لیتوگرافی است. نتایج نشان داد ‌که قطعات ساخته ‌شده 85% استحکام محصول اصلی را دارا می ‌باشند؛ لذا می‌ توانند به‌ عنوان قطعات عملکردی استفاده شوند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] L. Zhang, H. Liu, H. Yao, Y. Zeng, and J. Chen, “3D Printing of Hollow Lattice Structures of ZrO2 (3Y)/Al2O3 Ceramics by Vat Photopolymerization: Process Optimization, Microstructure Evolution and Mechanical Properties,” Journal of Manufacturing Processes, Vol. 83, pp. 756-767, 2022, https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.09.047.
 
[2] Z. Chen, Z. Li, J. Li, C. Liu, C. Lao, Y. Fu, C. Liu, Y. Li, P. Wang, and Y. He, “3D Printing of Ceramics: A Review,” Journal of the European Ceramic Society, Vol. 39, No. 4, pp. 661-687, 2019, https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.11.013.
 
[3] X. Yu, Z. Wang, Y. Wang, Z. Yu, Y. Zhao, and J. Zhao, “Optimization, Formation, and Evolution of The Photo‑induced Curing Gradients and In‑situ Lamellar Gaps in Additive Manufacturing of ZrO₂ Ceramics: From Curing to Sintering Behaviors,” Journal of the European Ceramic Society, Vol. 43, No. 14, pp. 6279-6295, 2023, https:// doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2023.06.055.
 
[4] S. Rahmati, and F. Ghadami, “Process Parameters Optimization to Improve Dimensional Accuracy of Stereolithography Parts,” International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, Vol. 7, No. 1, pp. 59-65, 2014, https://sanad.iau.ir/Journal/admt/Article/873116.
[5] M. Ramnavas, K. Patel, S. Chaudhary, and A. Nagpal, “Cracked Span Length Beam Element for Service Load Analysis of Steel Concrete Composite Bridges,” Computers and Structures, Vol. 157, pp. 201-208, 2015, https://doi: 10.1016/j.compstruc.2015.05.024.
 
[6] P. K. Venuvinod, and W. Ma, “Rapid Prototyping: Laser-based and Other Technologies,” Springer Science and Business Media, 2013, https:// doi: 10.1007/978-1-4757-6361-4.
 
[7] J. G. Zhou, D. Herscovici, and C. C. Chen, “Parametric Process Optimization to Improve The Accuracy of Rapid Prototyped Stereolithography Parts,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 40, No. 3, pp. 363-379, 2000, https://doi: 10.1016/S0890-6955(99)00068-1.
 
[8] F. P. Melchels, J. Feijen, and D. W. Grijpma, “A Review on Stereolithography and Its Applications in Biomedical Engineering,” Biomaterials, Vol. 31, No. 24, pp. 6121–6130, 2010, https://doi: 10.1016/j.biomaterials.2010.04.050.
 
[9] S. H. Lee, W. S.  Park, H. S. Cho, W. Zhang, and M. C. Leu, “A Neural Network Approach to The Modelling and Analysis of Stereolithography Processes,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol. 215, No. 12, pp. 1719-1733, 2001, https://doi:10.1177/095440540121501206.
 
[10] B. Raju, U. Chandrashekar, D. Drakshayani, and K. Chockalingam, “Determining The Influence of Layer Thickness for Rapid Prototyping With Stereolithography (SLA) Process,” International Journal of Engineering Science and Technology, Vol. 2, No. 7, pp. 3199-3205, 2010, https://www.emerald.com/insight/content/doi/10.1108/13552540610652456/full/html.
 
[11] S. Onuh, and K. Hon, “Improving Stereolithography Part Accuracy for Industrial Applications,” International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 17, pp. 61-68, 2001, https://doi: 10.1007/s001700170210.
 
[12] L. Horton, E. Gargiulo, and M. Keefe, “An Experimental Study of the Parameters Affecting Curl in Parts Created using Stereolithography,” in Proceedings Solid Freeform Fabrication symposium, Texas, USA: Texas Academic Press, pp. 178-185, 1993, https://hdl.handle.net/2152/65056
   
[13] W. Konig, I. Celi, and S. Noken, “Stereolithography Process Technology,” 1994, https://publica.fraunhofer.de/entities/publication/172d4bf6-f5fb-4ef6-b675-dadaeb3f9969/details.
 
[14] R. Nosouhi, and S. Rahmati, “Finite Element Analysis of Shrinkage Phenomena in Stereolithography and Development of a New Hatching Method,” Proceedings of 10th Iranian Conference on Manufacturing Engineering (ICME), Babol, Iran, 2010, https://research.iaun.ac.ir/pd/nosouhiold/pdfs/PaperC_3014.
 
[15] S. Sambu, Y. Chen, and D. W. Rosen, “Geometric Tailoring: A Design for Manufacturing Method for Rapid Prototyping and Rapid Tooling,” International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, Vol. 36231, pp. 149-161, 2002, https://doi: 10.1115/DETC2002/DFM-34169.
 
[16] X. Yu, Y. Zhao, Z. Wang, K. Zhong, Z. Yu, Y. Wang, and J. Zhao, “Response Mechanisms for the Photopolymerization Profiles, Microstructures, and Properties in Ceramics Prepared by Stereolithography,” Journal of the European Ceramic Society, Vol. 45, No. 1, 116869, 2025, https://doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2024.116869.
 
[17] X. Yu, Z. Wang, Q. Li, Y. Zhao, and J. Zhao, “Spatial Curing Growth Mechanism and Defect Control of Alumina Green Bodies Manufactured by Stereolithography,” Journal of the European Ceramic Society, Vol. 42, No. 6, pp. 2931-2945, 2022, https://doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2022.01.030.
 
[18] A. Farzadi, M. Solati-Hashjin, M. Asadi-Eydivand, and N. A. Abu Osman, “Effect of Layer Thickness and Printing Orientation on Mechanical Properties and Dimensional Accuracy of 3D Printed Porous Samples for Bone Tissue Engineering,” PLoS ONE, Vol. 9, No. 9, pp. e108252, 2014, https://doi: 10.1371/journal.pone.0108252.
 
[19] I. Roohani, A. Entezari, and H. Zreiqat, “Liquid Crystal Display Technique (LCD) for High Resolution 3D Printing of Triply Periodic Minimal Surface Lattices Bioceramics,” Additive Manufacturing, Vol. 74, 103720, 2023, https://doi: 10.1016/j.addma.2023.103720.
 
[20] I. Roohani, E. Newsom, and H. Zreiqat, “High-resolution Vat-photopolymerization of Personalized Bioceramic Implants: New Advances, Regulatory Hurdles, and Key Recommendations,” International Materials Reviews, Vol. 68, No. 8, pp. 1075-1097, 2023, https://doi: 10.1080/09506608.2023.2194744.
 
[21] Y. Wang, S. Chen, H. Liang, Y. Liu, J. Bai, and M. Wang, “Digital Light Processing (DLP) of Nano Biphasic Calcium Phosphate Bioceramic for Making Bone Tissue Engineering Scaffolds,” Ceramics International, Vol. 48, No. 19, pp. 27681-27692, 2022, https://doi:10.1016/j.ceramint.2022.06.067.
 
[22] B. Sepehr, and H. H. Agha Alizadeh, “Investigating the Performance of a Seed Drill Equipped with Six Different Planting Arrangements for Coarse and Fine Seeds on Wide Ridges,” Agricultural Engineering, Vol. 45, N. 1, pp. 35-56, 2022, https://doi: 10.22055/agen.2022.39769.1628, [In Persian].
 
[23] B. Sepehr, and H. H. Agha Alizadeh, “Field Evaluation of Barley Seedbed and Chickpea Protective Tillage with Different Cropping Arrangements,” Journal of Research in Mechanics of Agricultural Machinery, Vol. 11, No. 2, pp. 83-93, 2022, https://doi: 10.22034/JRMAM.2022.10137.556, [In Persian].
 
[24] G. Taguchi, S. Chowdhury, and Y. Wu, “Taguchi’s Quality Engineering Handbook,” Wiley-Interscience, 2004, https://doi: 10.1002/9780470258354.
 
[25] K. Chockalingam, N. Jawahar, K. Ramanathan, and P. Banerjee, “Optimization of Stereolithography Process Parameters for Part Strength using Design of Experiments,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 29, pp. 79-88, 2006, https://doi: 10.1007/s00170-004-2307-0.
 
21
[26] D. S. Ingole, A. M. Kuthe, S. B. Thakare, and A. S. Talankar, “Rapid Prototyping – A Technology Transfer Approach for Development of Rapid Tooling,” Rapid Prototyping Journal, Vol. 15, No. 4, pp. 280-290, 2009, https://doi: 10.1108/13552540910979794.
[27] R. K. Roy, “A Primer on the Taguchi Method,” Society of Manufacturing Engineers, 1990, https://books.google.com/books/about/A_Primer_on_the_Taguchi_Method.html?id=OUI54mrYdqIC.

  • تاریخ دریافت 27 اردیبهشت 1403
  • تاریخ بازنگری 22 دی 1403
  • تاریخ پذیرش 01 بهمن 1403