آمار
| تعداد نشریات | 36 |
| تعداد شماره‌ها | 1,192 |
| تعداد مقالات | 8,579 |
| تعداد مشاهده مقاله | 6,988,715 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,032,570 |
بررسی اثر دمای اکسترودر و سرعت جمعآوری فیلامنت بر کیفیت آغشتگی فیلامنت PLA تقویت‌شده به کمک الیاف پیوسته کربن | ||
| مکانیک هوافضا | ||
| مقاله 4، دوره 19، شماره 3 - شماره پیاپی 73، آذر 1402، صفحه 47-59 اصل مقاله (1.06 M) | ||
| نوع مقاله: مکانیک جامدات | ||
| نویسندگان | ||
| عادل باقرزاده1؛ روح اله حسینی* 2؛ احمد برادران رزاز1؛ علیرضا نداف اسکوئی3 | ||
| 1دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران | ||
| 2نویسنده مسئول: استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران | ||
| 3دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 24 دی 1401، تاریخ بازنگری: 20 بهمن 1401، تاریخ پذیرش: 16 اسفند 1401 | ||
| چکیده | ||
| لایه نشانی مذاب یک فناوری نوظهور برای تولید قطعات با انعطاف بالا در طراحی می‌باشد. با توجه به استحکام پایین قطعات تولیدی با فیلامنت PLA، استفاده از کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف پیوسته کربن میتواند این نقیصه را برطرف کند و باعث افزایش مشخصات مکانیکی قطعات تولیدی فوق گردد. لذا نسبت به طراحی و ساخت یک نمونه دستگاه فیلامنتساز با توانایی تولید فیلامنت الیاف پیوسته با ساختار فیلامنت پلیمری (PLA) و الیاف تقویت‌کننده کربنی اقدام شده است. جهت به‌کارگیری مطلوب محصول تولیدشده (فیلامنت کربن-PLA)، تأثیر تجربی اثر دمای ذوب فیلامنت پلیمری و نیز سرعت جمعآوری فیلامنت بر مقاومت برش سطحی محصول تولیدشده توسط این دستگاه بررسی گردید. در این پژوهش عواملی مانند زبری سطح الیاف، میزان آغشتگی بین الیاف و ماتریس، تأثیر دمای واحد آغشتهسازی و نیز سرعت خروج فیلامنت از دستگاه موردبررسی و ارزیابی قرارگرفته است. نتایج بررسیهای انجام‌شده توسط تصاویر میکروسکوپ الکترونی بر روی نمونهها، مؤید افزایش نسبی زبری سطح الیاف در مرحله‌ی آماده‌سازی الیاف با استفاده از اسید استیک و کیفیت بالای آغشتگی الیاف کربن به‌وسیله مذاب PLA بوده است. همچنین با بهرهگیری از طراحی آزمایش به روش تاگوچی، اقدام به تولید فیلامنت کرده و سپس نمونه‌های تولیدی در آزمایشگاه مورد ارزیابی قرارگرفته‌اند. با بررسی نتایج آزمایشگاهی از بین حالات در نظر گرفته‌شده توسط روش تاگوچی، بهترین دمای ذوب، دمای 190 درجه سانتی‌گراد و بهترین سرعت جمعآوری، سرعت 1 دور در دقیقه به‌دست‌آمده است. | ||
تازه های تحقیق | ||
| ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| کامپوزیت؛ دمای اکسترودر؛ مقاومت برش سطحی؛ سرعت جمعآوری فیلامنت؛ الیاف پیوسته کامپوزیتی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Investigating the Effect of Extruder Temperature and Filament Collection Speed on the Impregnation Quality of PLA Filament Reinforced with Continuous Carbon Fibers | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Adel Bagherzadeh1؛ Rouhollah Hosseini2؛ Ahmad Baradaran Razaz1؛ Alireza Naddaf Oskouei3 | ||
| 1Ph.D. Student, Department of Mechanical Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
| 2Corresponding author: Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
| 3Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| The fused deposition modeling (FDM) is an emerging technology for producing parts with high flexibility in design. Considering the low strength of the parts produced with PLA filament, the use of composites reinforced with continuous carbon fibers can solve this defect and increase the mechanical characteristics of the above produced parts. Therefore, an attempt has been made to design and build a prototype of a filament machine with the ability to produce continuous fiber filament with the structure of polymer filament (PLA) and carbon fiber reinforcement. In order to optimally use the produced product (carbon filament-PLA), the experimental effect of the melting temperature of the polymer filament and also the filament collection speed on the surface shear resistance of the product produced by this device was investigated. In this research, factors such as fiber surface roughness, the degree of impregnation between fibers and matrix, the influence of the temperature of the impregnation unit, and the speed of filament exit from the machine have been investigated and evaluated. The results of investigations carried out by electron microscope images on the samples have confirmed the relative increase in fiber surface roughness in the fiber preparation stage using acetic acid and the high quality of carbon fiber impregnation by PLA melt. Also, by using Taguchi's experimental design, filaments were produced and then the produced samples were evaluated in the laboratory. By examining the experimental results, among the conditions considered by Taguchi method, the best melting temperature is 190 C˚ and the best collection speed is 1 rpm. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Composite, Extruder temperature, Interfacial shear strength, Filament collection speed, Composite continuous fibers | ||
| مراجع | ||
|
[1] Hu J, Mubarak S, Li K, Huang X, Huang W, Zhuo D, Li Y, Wu L, Wang J. The Micro–Macro Interlaminar Properties of Continuous Carbon Fiber-Reinforced Polyphenylene Sulfide Laminates Made by Thermocompression to Simulate the Consolidation Process in FDM. Polymers. 2022;14(2):301.## [2] Bellehumeur C, Li L, Sun Q, Gu P. Modeling of bond formation between polymer filaments in the fused deposition modeling process. Journal of manufacturing processes. 2004;6(2):170-8.## [3] Hietala M, Oksman K. Pelletized cellulose fibres used in twin-screw extrusion for biocomposite manufacturing: Fibre breakage and dispersion. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018;109:538-45.## [4] Ismail KI, Yap TC, Ahmed R. 3D-Printed Fiber-Reinforced Polymer Composites by Fused Deposition Modelling (FDM): Fiber Length and Fiber Implementation Techniques. Polymers. 2022;14(21):4659.## [5] Kutz M, editor. Applied plastics engineering handbook: processing and materials. William Andrew; 2011.## [6] Zhuo P, Li S, Ashcroft IA, Jones AI. Material extrusion additive manufacturing of continuous fibre reinforced polymer matrix composites: A review and outlook. Composites Part B: Engineering. 2021;224:109143.## [7] Henninger FH. Beitrag zur Entwicklung neuartiger Fertigungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen aus kontinuierlich faserverstärkten Thermoplasten (Doctoral dissertation, Technische Universität Kaiserslautern).## [8] Budiyantoro C, Rochardjo HS, Nugroho G. Design, Manufacture, and Performance Testing of Extrusion–Pultrusion Machine for Fiber-Reinforced Thermoplastic Pellet Production. Machines. 2021;9(2):42.## [9] Hu J, Mubarak S, Li K, Huang X, Huang W, Zhuo D, Li Y, Wu L, Wang J. The Micro–Macro Interlaminar Properties of Continuous Carbon Fiber-Reinforced Polyphenylene Sulfide Laminates Made by Thermocompression to Simulate the Consolidation Process in FDM. Polymers. 2022;14(2):301.## [10] He Q, Wang H, Fu K, Ye L. 3D printed continuous CF/PA6 composites: Effect of microscopic voids on mechanical performance. Composites Science and Technology. 2020;191:108077.## [11] Peng Y, Wu Y, Wang K, Gao G, Ahzi S. Synergistic reinforcement of polyamide-based composites by combination of short and continuous carbon fibers via fused filament fabrication. Composite Structures. 2019;207:232-9.## [12] Kvalsvig A, Yuan X, Potgieter J, Cao P. Analysing the tensile properties of 3D printed fibre reinforced thermoplastic composite specimens. In2017 24th International Conference on Mechatronics and Machine Vision in Practice (M2VIP) 2017(pp. 1-6). IEEE.## [13] Van Der Klift F, Koga Y, Todoroki A, Ueda M, Hirano Y, Matsuzaki R. 3D printing of continuous carbon fibre reinforced thermo-plastic (CFRTP) tensile test specimens. Open Journal of Composite Materials. 2016;6(01):18.## [14] Dikshit V, Yap YL, Goh GD, Yang H, Lim JC, Qi X, Yeong WY, Wei J. Investigation of out of plane compressive strength of 3D printed sandwich composites. InIOP conference series: materials science and engineering 2016(Vol. 139, No. 1, p. 012017). IOP Publishing.## [15] Justo J, Távara L, García-Guzmán L, París F. Characterization of 3D printed long fibre reinforced composites. Composite Structures. 2018 Feb 1;185:537-48.## [16] Caminero MA, Chacón JM, García-Moreno I, Reverte JM. Interlaminar bonding performance of 3D printed continuous fibre reinforced thermoplastic composites using fused deposition modelling. Polymer Testing. 2018;68:415-23.## [17] Goh GD, Yap YL, Agarwala S, Yeong WY. Recent progress in additive manufacturing of fiber reinforced polymer composite. Advanced Materials Technologies. 2019;4(1):1800271.## [18] Blok LG, Longana ML, Yu H, Woods BK. An investigation into 3D printing of fibre reinforced thermoplastic composites. Additive Manufacturing. 2018;22:176-86.## [19] Caminero MA, Chacón JM, García-Moreno I, Rodríguez GP. Impact damage resistance of 3D printed continuous fibre reinforced thermoplastic composites using fused deposition modelling. Composites Part B: Engineering. 2018;148:93-103.## [20] Agarwal K, Kuchipudi SK, Girard B, Houser M. Mechanical properties of fiber reinforced polymer composites: A comparative study of conventional and additive manufacturing methods. Journal of Composite Materials. 2018;52(23):3173-81.## [21] Ho KK, Shamsuddin SR, Riaz S, Lamorinere S, Tran MQ, Javaid A, Bismarck A. Wet impregnation as route to unidirectional carbon fibre reinforced thermoplastic composites manufacturing. Plastics, rubber and composites. 2011;40(2):100-7.## [22] Zhang B, Kim BC. Experimental characterisation of large in-plane shear behaviour of unidirectional carbon fibre/epoxy prepreg tapes for continuous tow shearing (CTS) process. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2022;162:107168.## [23] Awaja F, Gilbert M, Kelly G, Fox B, Pigram PJ. Adhesion of polymers. Progress in polymer science. 2009;34(9):948-68.## [24] Wenzhong N. The effect of coupling agents on the mechanical properties of carbon fiber-reinforced polyimide composites. Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2015 Nov;28(11):1572-82.## [25] Barbero EJ. Introduction to composite materials design. CRC press; 2017.## [26[ علیزاده، توحید و نظام آبادی، علیرضا و یوسفی، پیمان، 1394، تحلیل تجربی و عددی تأثیر کسر حجمی الیاف روی استحکام نهایی مواد کامپوزیت زمینه پلیمری تقویت‌شده با الیاف، سومین کنگره سراسری فناوریهای نوین ایران باهدف دستیابی به توسعه پایدار، 1394.## [27] Toray Carbon Fibers America, Inc.. TORAYCA® T700S Data Sheet.## [28] Amino Propyl Triethoxy Silane (APTS). Available online: http://www.jessicachem.com (accessed on 31 May 2020).## [29] Rosen M, Kiani A. The Role of Plastics Compounding for Injection Molding: Some of the complexities of compounding are demystified in this overview. Plastics Engineering. 2016;72(1):24-8.## [30] Marissen R, van der Drift LT, Sterk J. Technology for rapid impregnation of fibre bundles with a molten thermoplastic polymer. Composites science and technology. 2000;60(10):2029-34.## [31] Wang J, Song F, Yu M. Unidirectional continuous fiber-reinforced polypropylene single-polymer composites prepared by extrusion–calendering process. Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2022;35(3):303-19.## [32] Budiyantoro C, Rochardjo HS, Nugroho G. Design, Manufacture, and Performance Testing of Extrusion–Pultrusion Machine for Fiber-Reinforced Thermoplastic Pellet Production. Machines. 2021;9(2):42.## | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 128 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 141 |
||