Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của các khoảng trống đến tính chất cấu trúc của các phần mô hình hóa bằng công nghệ trầm tích nóng chảy: một cách tiếp cận xác suất
Tóm tắt
Trong nỗ lực hiểu rõ khả năng và giới hạn chức năng của các linh kiện được sản xuất bằng phương pháp trầm tích nóng chảy (FDM), việc kiểm soát hành vi cấu trúc của chúng là rất quan trọng. Ví dụ, các khoảng trống được tạo ra trong quá trình sản xuất là một yếu tố lớn góp phần cho tính chất không đồng nhất, tuy nhiên mức độ đóng góp này vẫn chưa được định lượng. Như một mô hình cơ sở để định lượng sự giảm sức mạnh do các khoảng trống gây ra trong quá trình sản xuất, một phương pháp thống kê để đánh giá tiết diện ngang còn lại tối thiểu (ròng) được đề xuất và thử nghiệm. Phương pháp mới của chúng tôi phục vụ để dự đoán sự giảm sức bền kéo tối đa của các mẫu được in ngang so với các mẫu in rắn hoặc được in dọc, dựa trên kích thước của các khoảng trống được xác định từ hình ảnh hiển vi của mặt phẳng trung tâm của mẫu kéo. Phần mềm ImageJ được sử dụng để xác định kích thước của các khoảng trống từ hình ảnh hiển vi, và các tiết diện còn lại được xác định bằng một kịch bản MATLAB đếm bit. Từ phân phối của các tiết diện còn lại, liên kết yếu nhất cho một kích thước mẫu nhất định được ước tính. Độ chính xác của phương pháp đề xuất được xác định thông qua việc so sánh với dữ liệu thử nghiệm cho các mẫu axit polyactic (PLA). Kết quả cho thấy một ước tính sức mạnh gần đúng nhưng hơi thấp hơn, mà trong trường hợp được xem xét, đã dự đoán sức mạnh thấp hơn khoảng 5 MPa (12%) so với mức quan sát trong các thí nghiệm. Dựa trên phát hiện của chúng tôi, chúng tôi đã thiết lập bằng chứng cho thấy hành vi không đồng nhất của các mẫu FDM trong PLA có thể phần lớn được giải thích bởi sự giảm tiết diện còn lại. Điều này ngụ ý rằng các hiệu ứng khác như cơ học gãy và khuếch tán nguyên tử của các chuỗi polymer đóng vai trò thứ yếu cho các hiện tượng được quan sát.
Từ khóa
#trầm tích nóng chảy #khoảng trống #tính chất cấu trúc #sức bền kéo #axit polyacticTài liệu tham khảo
Tronvoll SA, Elverum CW, Welo T (2017) Prototype experiments: strategies and trade-offs. Procedia CIRP 60:554–559
Wohlers T. (2016) Wohlers report 2016. Wohlers Associates, Inc.
Chen L, He Y, Yang Y, Niu S, Ren H (2017) The research status and development trend of additive manufacturing technology. Int J Adv Manuf Technol 89:3651–3660
Ahn S, Montero M, Odell D, Roundy S, Wright PK (2002) Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS. Rapid Prototyp J 8:248–257
Ahn SH, Baek C, Lee S, Ahn IS (2003) Anisotropic tensile failure model of rapid prototyping parts—fused deposition modeling (FDM). Int J Mod Phys B 17:1510–1516
Rodríguez JF, Thomas JP, Renaud JE (2001) Mechanical behavior of acrylonitrile butadiene styrene (ABS) fused deposition materials. Experimental investigation. Rapid Prototyp J 7:148–158
Rodriguez JF, Thomas JP, Renaud JE (2000) Characterization of the mesostructure of fused-deposition acrylonitrile-butadiene-styrene materials. Rapid Prototyp J 6:175–186
Torres J, Cotelo J, Karl J, Gordon AP (2015) Mechanical property optimization of FDM PLA in shear with multiple objectives. JOM 67:1183–1193
Torres J, Cole M, Owji A, DeMastry Z, Gordon AP (2016) An approach for mechanical property optimization of fused deposition modeling with polylactic acid via design of experiments. Rapid Prototyp J 22:387–404
Sood AK, Chaturvedi V, Datta S, Mahapatra SS (2011) Optimization of process parameters in fused deposition modeling using weighted principal component analysis. J Adv Manuf Syst 10:241–259
Casavola C, Cazzato A, Moramarco V, Pappalettere C. Materials & design 2016;90:453–458
Mahmood S, Qureshi AJ, Goh KL, Talamona D (2017) Tensile strength of partially filled FFF printed parts: experimental results. Rapid Prototyp J 23:122–128
Sun Q, Rizvi GM, Bellehumeur CT, Gu P (2008) Effect of processing conditions on the bonding quality of FDM polymer filaments. Rapid Prototyp J 14:72–80
Chacón JM, Caminero MA, García-Plaza E, Núñez PJ (2017) Additive manufacturing of PLA structures using fused deposition modelling: effect of process parameters on mechanical properties and their optimal selection. Mater Des 124:143–157
Liu X, Zhang M, Li S, Si L, Peng J, Hu Y (2017) Mechanical property parametric appraisal of fused deposition modeling parts based on the gray Taguchi method. Int J Adv Manuf Technol 89:2387–2397
Thrimurthulu K, Pandey PM, Venkata Reddy N (2004) Optimum part deposition orientation in fused deposition modeling. Int J Mach Tools Manuf 44:585–594
Panda SK, Padhee S, Sood AK, Mahapatra SS (2009) Optimization of fused deposition modelling (FDM) process parameters using bacterial foraging technique. Intell Inf Manag 01:89–97
Letcher T, Waytashek M (2014) Material property testing of 3D-printed specimen in PLA on an entry-level 3D printer, ASME 2014; IMECE2014–39379
Song Y, Li Y, Song W, Yee K, Lee K-Y, Tagarielli VL (2017) Measurements of the mechanical response of unidirectional 3D-printed PLA. Mater Des 123:154–164
Bellehumeur C, Li L, Sun Q, Gu P (2004) Modeling of bond formation between polymer filaments in the fused deposition modeling process. J Manuf Process 6:170–178
Li L, Sun Q, Bellehumeur C, Gu P (2002) Composite modeling and analysis for fabrication of FDM prototypes with locally controlled properties. J Manuf Process 4:129–141
Wang J, Xie H, Weng Z, Senthil T, Wu L (2016) A novel approach to improve mechanical properties of parts fabricated by fused deposition modeling. Mater Des 105:152–159
Coogan TJ, Kazmer DO (2017) Healing simulation for bond strength prediction of FDM. Rapid Prototyp J 23:551–561
Coogan TJ, Kazmer DO (2017) Bond and part strength in fused deposition modeling. Rapid Prototyp J 23:414–422
Gurrala PK, Regalla SP (2014) Part strength evolution with bonding between filaments in fused deposition modelling. Virtual Phys Prototyping 9:141–149
Gurson AL et al (1977) Continuum theory of ductile rupture by void nucleation and growth: Part I—Yield criteria and flow rules for porous ductile media. J Eng Mater Technol 99:2–15
Todo M, Park S-D, Takayama T, Arakawa K (2007) Fracture micromechanisms of bioabsorbable PLLA/PCL polymer blends. Eng Fract Mech 74:1872–1883
Todo M, Shinohara N, Arakawa K (2002) Effects of crystallization and loading-rate on the mode I fracture toughness of biodegradable poly(lactic acid). J Mater Sci Lett 21:1203–1206
Arakawa K, Mada T, Park S-D, Todo M (2006) Tensile fracture behavior of a biodegradable polymer, poly(lactic acid). Polym Test 25:628–634
Kim E, Shin Y-J, Ahn S-H (2016) The effects of moisture and temperature on the mechanical properties of additive manufacturing components: fused deposition modeling. Rapid Prototyp J 22:887–894
Pilkey WD (1997) Holes. In: Peterson’s stress concentration factors. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, pp 175–376
Savruk MP, Kazberuk A (2009) Stresses in an elastic plane with periodic system of closely located holes. Mater Sci 45:831–844
Park S-D, Todo M, Arakawa K (2005) Effects of isothermal crystallization on fracture toughness and crack growth behavior of poly (lactic acid). J Mater Sci 40:1055–1058