مطالعه تجربي تاثير متغيرهاي ليزر بر روي خواص مكانيكي نمونه‌هاي پلي پروپايلن سينتر شده درچاپگرهاي سه بعدي ليزري

Experimental study of laser parameter effects on mechanical property of laser sintered polypropylene samples in 3D laser printers

چاپگرهاي سه بعدي ليزري يكي از كارآمدترين دستگاه هاي نمونه‌سازي سريع در صنعت امروز هستند. يكي از تكنيك هاي مورد استفاده براي قوام و شكل‌دهي ماده در اين دستگاهها، سينترينگ پودر ماده اوليه به كمك اشعه ليزر است. عوامل مختلفي در بهبود كيفي قطعات توليدشده به روش سينترينگ ليزري تاثيرگذار هستند. از آنجايي كه عامل اصلي فرآيند و ايجاد انرژي ليزر است، لذا متغيرهاي مربوط به ليزر در بهبود كيفيت محصول از اهميت بيشتري برخوردار هستند. در اين مقاله اثر شاخص‌هاي مهم از قبيل توان، سرعت و الگوي اسكن ليزر بر روي استحكام كششي و سفتي نمونه هايي از جنس پلي پروپايلن با دانه‌بندي 200 ميكرومتر كه طي فرآيند يكسان سينترينگ ليزري تك لايه توسط ليزر گازكربنيك توان پايين سينتر شده‌اند، بررسي شده است . نمونه‌هاي سينتر شده طبق استاندارد ASTM D882 مورد تست كشش و اندازه گيري سفتي به عنوان خروجي هاي آزمايش، قرار گرفتند تا اثرات شاخص‌هاي مذكور به طور مستقل و در تعامل با يكديگر بر روي خروجي‌ها با استفاده از تحليل واريانس بررسي شود و در نهايت معادله عمومي رگرسيون استخراج شده است. روش عمومي فاكتوريل براي طراحي آزمايش‌ها در نظر گرفته شده است. نتايج نشان داده‌اند كه الگوي اسكن و توان ليزر بيش‌ترين تاثير را بر روي استحكام كششي و سفتي نمونه‌هاي توليدشده دارند. بيش‌ترين مقدار استحكام كششي 2.9 مگاپاسكال و بيش‌ترين مقدار سفتي 96 نيوتن بر ميليمتر است كه با توان 2 وات ليزر و سرعت اسكن 1650 ميليمتر بر دقيقه و تحت الگوي شماره 2 حاصل شده‌اند.

Today, laser 3D printers are one of the efficient devices for rapid prototyping process. There are a large number of studies about quality of samples in these printers. The laser sintering technique is the one of the popular methods for consolidation and shaping of semi-crystalline polymer powders. In this study, we considered the role of laser parameters including laser scanning pattern, laser scanning speed and power in tensile strength and stiffness as the important factors of the mechanical property of samples which are sintered by laser in single layer procedure. Experimental samples were sintered with low power CO2 laser on Polypropylene powder with 200 micrometer grain size. Tensile strength and stiffness had been measured according to ASTM D882 standard and results were reported. In this paper, main effects of factors and interactions were considered via the variance analysis under the imperative conditions that have been passed before. The regression equation was derived. A general full factorial method was employed as experimental design. The results show that the laser scanning pattern and laser power have the greatest effects on tensile strength and stiffness of produced samples. The maximum value of responses, 2/9 MPa for mechanical strength and 96 N/mm for stiffness demonstrate that the 2W power of laser with 1650mm/min of scan speed can be the proper value to obtain an optimal response when the selected pattern is No2.