آمار
| تعداد نشریات | 36 |
| تعداد شماره‌ها | 1,192 |
| تعداد مقالات | 8,579 |
| تعداد مشاهده مقاله | 6,988,716 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,032,570 |
تحلیل تجربی و شبیه‌سازی تاثیر پارامترهای هندسی چاپ سه‌بعدی بر روی بازیابی شکلی پیچشی پلیمر پلی لاکتیک اسید | ||
| مکانیک هوافضا | ||
| مقاله 12، دوره 18، شماره 2 - شماره پیاپی 68، مرداد 1401، صفحه 169-181 اصل مقاله (1.61 M) | ||
| نوع مقاله: مکانیک جامدات | ||
| نویسندگان | ||
| محمد هادی حسین زاده* 1؛ مجید قریشی2؛ کیوان نارویی3 | ||
| 1نویسنده مسئول: دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران | ||
| 2استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران | ||
| 3استادیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 29 آذر 1400، تاریخ بازنگری: 11 دی 1400، تاریخ پذیرش: 20 دی 1400 | ||
| چکیده | ||
| ساخت افزایشی یکی از فرآیندهای ساخت پیشرفته است که امروزه به دلیل ساخت قطعات با ساختارهای پیچیده، سرعت و هزینه پایین تولید، در حال توسعه و گسترش است. چاپ سه بعدی قطعات حافظه‌دارشکلی در قالب چاپ چهاربعدی، پدیده‌ای نوظهور در این عرصه است که به عنوان آینده ساخت افزایشی از آن یاد می‌شود. در این پژوهش، اثر پارامترهای فرآیند لایه نشانی ذوبی شامل ضخامت لایه، سرعت چاپ و قطر نازل بر میزان بازیابی‌شکلی پیچشی قطعه چاپ شده بر پایه ماده پلی لاکتیک اسید، بررسی شد. برای کاهش هزینه و زمان همچنین بالا بردن اعتبار و دقت، از روش طرح مرکب مرکزی یکی از زیرمجموعه‌های روش سطح پاسخ استفاده گردید. تعداد 17 آزمایش انجام شد و مدلی برای تعیین اثر پارامترهای هندسی چاپ سه بعدی بر میزان تغییرشکل بازیابی بدست آمد. 2R و Adj R2 مدل به ترتیب بالاتر از 99/0 و 98/0بدست آمد که نشان‌دهنده دقت بالای مدل و تشابه داده‌های آزمایشگاهی و مدل تجربی است. این مدل نشان داد که ضخامت لایه‌ها، قطر نازل و سرعت چاپ به ترتیب اثرگذاری بیشتری در میزان بازیابی شکلی پیچشی دارند. برای بررسی رفتار بازیابی شکلی، این فرآیند شبیه‌سازی شد و رابطه بین زاویه پیچش بازیابی شده و پیش‌تنش اعمالی در فرآیند چاپ بدست آمد. برای صحت‌سنجی مدل، اثر پارامترهای چاپ سه بعدی بر میزان بازیابی شکلی و رابطه پیش‌تنش با میزان بازیابی شکلی، زاویه پیچش دلخواه 200 درجه در نظر گرفته شد که پس از آزمایش تجربی خطای مدل 2 درصد محاسبه شده و نتایج شبیه‌سازی منطبق با رفتارحافظه شکلی قطعه بدست‌آمد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| چاپ سه بعدی؛ لایه نشانی ذوبی؛ پلیمرهای حافظه‌شکلی؛ طرح مرکب مرکزی؛ شبیه‌سازی عددی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Experimental and Numerical Study on the Effect of 3D Printing Geometrical Parameters on the Torsional Shape Recovery Behavior of Polylactic Acid | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Mohammadhadi Hosseinzadeh1؛ Majid Ghoreishi2؛ Keivan Narooei3 | ||
| 1Corresponding author: Ph.D. Student, Department of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran | ||
| 2Professor, Department of Mechanical Engineering K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran | ||
| 3Assistant Professor, Department of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Additive manufacturing is one of the advanced manufacturing processes that is being developed nowadays due to the capability of manufacturing parts with complex structures, speed, and low production cost. 3D printing of shaped memory parts in the form of 4D printing is an emerging phenomenon, which is referred to as the future of additive manufacturing. In this study, the effect of three-dimensional printing fusion layer parameters including layer thickness, print speed, and nozzle diameter on the rate of shape recovery of Polylactic acid was investigated. To reduce the cost and time as well as to increase the validity and accuracy, the Central Composite Design method, one of the subsets of the Response Surface Methodology, was used. Seventeen experiments were performed and a model was obtained to determine the effect of 3D printing geometrical parameters on shape recovery. R 2 and Adj R2 of the model were obtained above of 0.99 and 0.98, respectively, which indicate the high accuracy of the model and the similarity of laboratory data and experimental model. This model showed that the layer thickness, nozzle diameter, and printing speed have a greater effect on the amount of torsional shape recovery, respectively. This process was simulated to investigate the shape recovery behavior. As a result, the relationship between the recovered shape torsion angle and the applied pre-stress was obtained. To validate the model, the effect of 3D printing parameters on the shape recovery, and the relationship between the pre-stress and the rate of shape recovery,... | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| 3D Printing, Fused Deposition Modeling, Shape Memory Polymer, Central Composite Design, Numerical Simulation | ||
| مراجع | ||
|
[1] Jijotiya D, Verma PL. A survey of performance based advanced rapid prototyping techniques. Sch J Eng Tech. 2013;1(1):4-12.## [2] Joshi SC, Sheikh AA. 3D printing in aerospace and its long-term sustainability. Virtual and Physical Prototyping. 2015;10(4):175-85.## [3] Savastano M, Amendola C, Fabrizio D, Massaroni E. 3-D printing in the spare parts supply chain: an explorative study in the automotive industry. Digitally supported innovation: Springer; 2016. p. 153-70.## [4] Gul JZ, Sajid M, Rehman MM, Siddiqui GU, Shah I, Kim K-H, et al. 3D printing for soft robotics–a review. Science and technology of advanced materials. 2018;19(1):243-62.## [5] Mantihal S, Kobun R, Lee B-B. 3D food printing of as the new way of preparing food: A review. International Journal of Gastronomy and Food Science. 2020;22:100260.## [6] Tetsuka H, Shin SR. Materials and technical innovations in 3D printing in biomedical applications. Journal of Materials Chemistry B. 2020;8(15):2930-50.## [7] Nadagouda MN, Ginn M, Rastogi V. A review of 3D printing techniques for environmental applications. Current Opinion in Chemical Engineering. 2020;28:173-8.## [8] Tibbits S, editor The emergence of “4D printing”. TED conference; 2013.## [9] Momeni F, Liu X, Ni J. A review of 4D printing. Materials & Design. 2017;122:42-79.## [10] Zafar MQ, Zhao H. 4D printing: future insight in additive manufacturing. Metals and Materials International. 2019:1-22.## [11] Roudbarian N, Baghani M, Baniassadi M, George D, Mohammadi A. An experimental investigation on the energy storage in a shape-memory-polymer system. Energy Equipment and Systems. 2019;7(4):309-16.## [12] Baniasadi M, Foyouzat A, Baghani M. Multiple Shape Memory Effect for Smart Helical Springs with Variable Stiffness over Time and Temperature. International Journal of Mechanical Sciences. 2020:105742.## [13] Xie T. Tunable polymer multi-shape memory effect. Nature. 2010;464(7286):267.## [14] Yu K, Ge Q, Qi HJ. Reduced time as a unified parameter determining fixity and free recovery of shape memory polymers. Nature communications. 2014;5:3066.## [15] Zhou Y, Huang WM, Kang SF, Wu XL, Lu HB, Fu J, et al. From 3D to 4D printing: approaches and typical applications. Journal of Mechanical Science and Technology. 2015;29(10):4281-8.## [16] Carrell J, Gruss G, Gomez E. Four-dimensional printing using fused-deposition modeling: a review. Rapid Prototyping Journal. 2020;26(5):855-69.## [17] Solomon IJ, Sevvel P, Gunasekaran J. A review on the various processing parameters in FDM. Materials Today: Proceedings. 2021;37:509-14.## [18] Bodaghi M, Damanpack AR, Liao WH. Adaptive metamaterials by functionally graded 4D printing. Materials & Design. 2017;135:26-36.## [19] Wu W, Ye W, Wu Z, Geng P, Wang Y, Zhao j. Influence of Layer Thickness, Raster Angle, Deformation Temperature and Recovery Temperature on the Shape-Memory Effect of 3D-Printed Polylactic Acid Samples. Materials (Basel, Switzerland). 2017;10.## [20] van Manen T, Janbaz S, Zadpoor AA. Programming 2D/3D shape-shifting with hobbyist 3D printers. Materials horizons. 2017;4(6):1064-9.## [21] Bodaghi M, Damanpack A, Liao W. Adaptive metamaterials by functionally graded 4D printing. Materials & Design. 2017;135:26-36.## [22] Hu G, Damanpack A, Bodaghi M, Liao W. Increasing dimension of structures by 4D printing shape memory polymers via fused deposition modeling. Smart Materials and Structures. 2017;26(12):125023.## [23] Bodaghi M, Noroozi R, Zolfagharian A, Fotouhi M, Norouzi S. 4D printing self-morphing structures. Materials. 2019;12(8):1353.## [24] Yu Y, Liu H, Qian K, Yang H, McGehee M, Gu J, et al. Material characterization and precise finite element analysis of fiber reinforced thermoplastic composites for 4D printing. Computer-Aided Design. 2020;122:102817.## [25] Ding Z, Yuan C, Peng X, Wang T, Qi HJ, Dunn ML. Direct 4D printing via active composite materials. Science advances. 2017;3(4):e1602890.## [26] Akhoundi B, Nabipour M, Hajami F, Shakoori D. An Experimental Study of Nozzle Temperature and Heat Treatment (Annealing) Effects on Mechanical Properties of High‐Temperature Polylactic Acid in Fused Deposition Modeling. Polymer Engineering & Science. 2020;60(5):979-87.## [27] Roudbarian N, Baniasadi M, Ansari M, Baghani M. An experimental investigation on structural design of shape memory polymers. Smart Materials and Structures. 2019;28(9):095017.## [28] Hosseinzadeh M, Ghoreishi M, Narooei K. An investigation into the effect of thermal variables on the 3D printed shape memory polymer structures with different geometries. Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2021:1045389X211028286.## [29] Montgomery DC. Design and analysis of experiments: John wiley & sons; 2017.## [30] Box GE, Hunter JS. Multi-factor experimental designs for exploring response surfaces. The Annals of Mathematical Statistics. 1957;28(1):195-241.## [31] Gutierrez-Lemini D. Fundamental aspects of viscoelastic response. Engineering Viscoelasticity: Springer; 2014. p. 1-21.## [32] Brinson HF, Brinson LC. Polymer engineering science and viscoelasticity. An introduction. 2008.## [33] Ghoreishy MHR. Determination of the parameters of the Prony series in hyper-viscoelastic material models using the finite element method. Materials & Design. 2012;35:791-7.## [34] Baniasadi M, Bigdeli MAM, Baghani M. Force and multiple-shape-recovery in shape-memory-polymers under finite deformation torsion-extension. Smart Materials and Structures. 2020.## [35] Williams ML, Landel RF, Ferry JD. The Temperature Dependence of Relaxation Mechanisms in Amorphous Polymers and Other Glass-forming Liquids. Journal of the American Chemical Society. 1955;77(14):3701-7.## [36] Diani J, Gilormini P, Frédy C, Rousseau I. Predicting thermal shape memory of crosslinked polymer networks from linear viscoelasticity. International Journal of Solids and Structures. 2012;49(5):793-9.## [37] Arrieta S, Diani J, Gilormini P. Experimental characterization and thermoviscoelastic modeling of strain and stress recoveries of an amorphous polymer network. Mechanics of materials. 2014;68:95-103.##
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 219 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 255 |
||