بررسي اثر جهت ساخت بر كيفيت سطح و زمان ساخت در فناوري مدل سازي رسوب ذوب شده

Investigating the effect of build orientation on surface roughness and build time using Fused Deposition Modelling

پيشرفتهايي كه در فناوري ساخت افزودني به‌دست‌ آمده، منجر به بهبود كيفيت سطح و زمان ساخت قطعات در اين فناوري شده است. هدف اين مقاله بهينه‌سازي هم‌زمان دو متغير پاسخ زمان ساخت و كيفيت سطح در فناوري مدل‌سازي رسوب ذوب‌شده مي‌باشد. به همين منظور، براي يافتن بهترين مقادير پارامترهاي فرآيند كه در اين مقاله جهت ساخت به همراه پهناي مسير، ضخامت لايه، درصد پركردن و پهناي مسير مي‌باشد، از طراحي آزمايش‌ها و رويكرد روش‌شناسي سطح پاسخ استفاده گرديد. 50 آزمايش براي دو شكل استوانه و قطعه‌اي پيچيده‌تر به نام تريدي بنچي با استفاده از طراحي مركب مركزي چرخشي انجام شد. هركدام از پارامترهاي فرآيند در دو سطح مورد بررسي قرار گرفتند كه روش بهينه‌سازي نويني به نام روش مبتني بر پس آيند استفاده شد تا مقادير بهينه براي متغيرهاي پاسخ حاصل شوند. نتايج نشان داد كه نه تنها جهت ساخت و ضخامت لايه بر روي هر دو متغير پاسخ اثر زيادي دارند بلكه زمان ساخت به پارامترهاي پهناي مسير و درصد پركردن نيز وابسته است. اين مطالعه نشان داد كه مقادير بهينه حاصل شده براي پارامترهاي فرآيند ميتوانند منجر به ساخت قطعاتي در فناوري مدل‌سازي رسوب ذوب‌شده با كيفيتي بالا در كمترين زمان ساخت ممكن شوند كه مقادير بهينه به‌دست‌آمده برابرند با جهت ساخت ˚0، پهناي مسير 0.61 ميلي‌متر، ضخامت لايه 0.22 ميلي‌متر، درصد پركردن 20% و زاويه مسير ˚0.

The advancement of AM technologies has resulted in producing parts of high quality and reduced manufacturing time. The purpose of this study is to simultaneously optimize the values of two response variables, build time and surface roughness. In order to achieve the best values for build orientation and other process parameters including raster width, layer thickness, infill percentage, and raster angle, the effects of process parameters and response variables were adopted by the Design of Experiments approach to develop empirical models using Response Surface Methodology. The experimental parts of this research were conducted using an inexpensive and locally assembled FDM machine. Fifty runs for two different geometries, namely cylinder and 3DBenchy, were performed using the Rotatable Central Composite Design, and each process parameters was investigated in two levels in order to develop empirical models. Also, a novel optimization method, namely, the Posterior-Based method, was accomplished to find the best values for the response variables. The results demonstrated that not only build orientation and layer thickness have notable effects on both response variables but also build time is dependent on raster width and infill percentage. This study shows that through adopting the developed model by considering the process parameters, parts of high quality (improved surface finish) with reduced build time could be produced by FDM technology. Optimum process parameters found to be build direction of 0°, raster width of 0.61 mm, layer thickness of 0.22 mm, infill percentage of 20%, and raster angle of 0°.