بررسي اثر درصد پرشدگي و زاويه چاپ بر خواص حافظه شكلي PLA در فرآيند لايه نشاني مذاب و مقايسه با روش قالب‌گيري فشاري

Effect of Infill Percentage and Raster Angle in Fused Deposition Modeling (FDM) Process on Shape Memory Properties of Poly (lactic acid) and Comparison with Compression Molding

در اين پژوهش اثر متغيرهاي فرآيند در ساخت قطعات به روش چاپ ‌سه‌بعدي لايه‌نشاني مذاب (FDM) بر خواص حافظه شكلي PLA بررسي ‌شده است. فرآيند لايه‌نشاني مذاب به دليل هزينه پايين و قابليت بالاي فرآيند در ساخت قطعات با هندسه‌هاي نسبتاً پيچيده، يكي از پركاربردترين روش‌هاي توليد افزودني است. ساخت مواد حافظه شكلي به روش چاپ سه‌بعدي را چاپ چهاربعدي مي‌نامند. با استفاده از آزمون خمش سه نقطه‌اي، رفتار حافظه شكلي نمونه‌هاي چاپ‌شده با درصدهاي پرشدگي 50 و 100 درصد و زاويه‌هاي چاپ صفر، 45± و 90 درجه، ارزيابي و اندازه‌گيري شده‌اند. به‌منظور بررسي اثر فرآيند چاپ ‌سه‌بعدي بر خواص حافظه شكلي، نمونه‌هاي مشابه با هندسه يكسان به روش قالب‌گيري فشاري توليد و مقايسه شده‌اند. با توجه به نتايج به‌دست‌آمده ميزان بازيابي نيرويي نمونه هاي با درصد پرشدگي 100 و 50 درصد به ترتيب برابر با 61.6 و 68.9 درصد بوده كه اين مقدار براي مورد مشابه توليد شده با روش قالب‌گيري فشاري برابر با 60.8 درصد بوده ‌است. همچنين بازيابي‌شكلي در قطعه ساخته شده با روش چاپ سه‌بعدي تا 86.3 درصد و در قطعه قالب‌گيري فشاري 95 درصد ثبت گرديده است. چگالي بالا و عدم وجود تخلخل قطعات توليدي به روش قالب‌گيري فشاري، منجر به افزايش نيروي اوليه تغيير شكل موقت و متناسب با آن افزايش نيروي بازيابي مي شود.

In this study, the effect of processing parameters on the shape memory properties of 3D-printed PLA products, in the fused deposition modeling (FDM) method, was investigated. The FDM is one of the most widely used additive manufacturing methods due to its low cost and high process capability in fabricating components with complex geometries. Manufacture of shape-memory materials in a 3D printing process is also called 4D printing. Utilizing the three-point bending test, the shape memory behaviors of the printed specimens, with infill percentages of 50% and 100% and printing angles of 0, ±45, and 90 degrees, were measured. To evaluate and compare the effects of the 3D printing process parameters on the shape memory properties, similar specimens with the same geometry were produced using the compression molding process. According to the results, the force recovery of the samples with 100% and 50% fill percentages were 61.6% and 68.9%, respectively, compared to 60.8% for the counterpart samples produced via compression molding. Also, the shape recovery of the FDM process and the compression molding were recorded as 86.3% and 95%, respectively. Assumingly, the higher density and the lack of porosity of the samples produced via the compression molding process increased the initial programming force and the recovered force, accordingly.