بررسي خواص فيزيكي و مكانيكي قطعات چاپ شده سه بعدي با استفاده از فيلامنت هاي پلاستيك ABS پر شده با آلومينا

Investigation of physical and mechanical properties of 3D printed parts by using of ABS plastic filaments filled by alumina

در سال هاي اخير، روش هاي چاپ سه بعدي (ساخت افزودني) مورد توجه مراكز تحقيقاتي و صنايع مختلف قرار گرفته است. از بين اين فرآيندهاي چاپ سه بعدي، روش رسوب مذاب (Fused deposition modeling) به دليل سادگي فرآيند و ارزان بودن تجهيزات متداول‌تر بوده است. در اين روش از فيلامنت هاي پليمري، براي نمونه سازي و يا در برخي موارد به منظور ساختن يك قطعه سازه‌اي استفاده مي‌شود. در اين تحقيق فيلامنت هاي كامپوزيتي كه از زمينه پليمري ABS و كسرهاي حجمي مختلف اكسيد آلومينيوم (آلومينا) تشكيل شده‌اند، توليد شدند. خواص مكانيكي و فيزيكي قطعات چاپ شده با اين فيلامنت‌ها مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج آزمون كشش نشان داد كه با افزايش كسر حجمي آلومينا استحكام‌هاي كششي به دليل ايجاد حفره‌هاي بين لايه‌اي كاهش مي‌يابند. در نمونه 20 درصد حجمي آلومينا، استحكام كششي تا 70 درصد كاهش يافت. ولي در آزمون فشاري، تا 10 درصد حجمي استحكام‌هاي فشاري 74 درصد كاهش يافته و سپس استحكام فشاري افزايش مي يابد. آزمون تغيير شكل حرارتي نيز انجام شد و به دليل ضعيف بودن استحكام‌ها دماي تغيير شكل حرارتي 11 درصد كاهش يافت. آناليز توزين حرارتي، نشان داد كه با افزايش آلومينا پايداري حرارتي قطعات چاپ شده افزايش يافت. انقباض طولي در سه جهت براي قطعه چاپ شده اندازه‌گيري شده و ناهمسانگردي در انقباض بحث شد. همچنين با افزايش آلومينا تا 15 درصد حجمي، سختي تا 27 درصد كاهش يافته است و پس از آن سختي كمي افزايش يافت. با افزايش آلومينا تا 20 درصد حجمي، اعوجاج قطعات تا 91 درصد كاهش مي‌يابد.

In recent years, 3D printing methods (additive manufacturing) have been attracted in research centers and industry. Among several 3D printing processes, fused deposition modeling (FDM) was more popular. In this method, plastic filaments were used for rapid prototyping or manufacture of a structural part. In this research, composite filaments compounded by a polymeric matrix and different volume fraction of aluminum oxide (alumina), were produced. Mechanical and physical properties of printed parts by these filaments were evaluated. Tensile test results showed that with increase of the volume fraction of alumina, tensile strengths were decreased because of inter layer voids. For 20% volumetric of alumina, tensile strength was decreased up to 70%. But in compression test, compressive strength was decreased 74% with increase of alumina till 10% and then compressive strength increased. Also, heat deflection temperature test was conducted and 11% decrease in heat deflection temperature was obtained, because of lower strengths of composites. Thermogravimetric analysis (TGA) showed that with increase of alumina, thermal stability of printed parts was increased. Linear shrinkage was measured for printed part in three directions and anisotropic shrinkage was explained. Also with increase of alumina till 15% volumetric, hardness was decreased to 27% and after that the hardness was increased a little. With increase of alumina till 20% volumetric, warpage of parts was decreased to 91%.