تحلیل آماری و بهینه‌سازی متغیرهای موثر بر رفتار کششی و ضربه‌ای نمونه‌های PETG چاپ-شده با استفاده از مدل‌سازی لایه‌نشانی ذوبی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران.

10.22044/jsfm.2025.15421.3919

چکیده

مدل‌سازی لایه‌نشانی ذوبی (FDM) به عنوان یکی از روش‌های ساخت افزایشی قطعات پلیمری، شناخته می‌شود. در این فرآیند، چاپ قطعه بر اساس لایه‌نشانی فیلامنت ذوب‌شده انجام می‌شود. در این پژوهش، با استفاده از فرآیند FDM و بر اساس متدلوژی سطح پاسخ، نمونه‌های استاندارد آزمون‌های کشش و ضربه از جنس فیلامنت PETG تحت تنظیمات معینی از متغیرهای ورودی مشتمل بر: ارتفاع لایه، دمای نازل و سرعت چاپ، تولید شدند. در ادامه، با اجرای آزمون‌های اندازه‌گیری و تحلیل آماری داده‌ها، رفتار کششی و ضربه‌ای نمونه‌های چاپ‌شده تحت ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاصل از تحلیل واریانس نشان داد که مجذور سرعت چاپ، مجذور دمای نازل و حاصل‌ضرب ارتفاع لایه در دمای نازل به ترتیب بیشترین تأثیر را بر استحکام تسلیم، استحکام شکست و استحکام ضربه‌ای نمونه‌های پلیمری دارند. علاوه بر این، مقادیر بالای ضریب تغییرات حاصل از تحلیل آماری نشان داد که مدل‌های رگرسیون برای پیش‌بینی رفتار کششی و ضربه‌ای نمونه‌های چاپ‌شده از صحت و توانایی بالایی برخوردارند. در پایان، با استفاده از روش مطلوبیت، ترکیب بهینه متغیرهای ورودی فرآیند FDM با هدف بیشینه‌سازی خواص کششی و ضربه‌ای نمونه‌های پلیمری، تعیین شدند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Maurya, N.K., Rastogi, V. and Singh, P., 2021. Feasibility analysis of manufacturing using rapid prototyping: A review. Materials Today: Proceedings, 47, pp.3711-3715. doi: 10.1016/j.matpr.2021.01.799
[2] Wong, K.V. and Hernandez, A., 2012. A review of additive manufacturing. International scholarly research notices, p.208760. doi: 10.5402/2012/208760
[3] Mohammadi Jazi, H., Vahdati, M., Mahdavi, A., 2024. Modeling and optimization of variables affecting tensile properties of printed PP/Cu composite samples using LDM process. Iranian Journal of Manufacturing Engineering, 11(8), pp. 10-19, doi: 10.22034/ijme.2024.470528.1989
[4] Abolizadeh, M., Amini Zadeh, N., Safi Jahanshahi, A., Akhoundi, B., 2024. Experimental investigation of printing parameters' effect on the inter-raster strength in a single layer of polylactic acid material printed by fused deposition modeling process. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. doi: 10.22034/ijme.2024.468611.1986
[5] Rajan, K., Samykano, M., Kadirgama, K., Harun, W.S.W. and Rahman, M.M., 2022. Fused deposition modeling: process, materials, parameters, properties, and applications. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 120(3-4), pp.1531-1570. doi: 10.1007/s00170-022-08860-7
[6] Mohamed, O.A., Masood, S.H. and Bhowmik, J.L., 2015. Optimization of fused deposition modeling process parameters: a review of current research and future prospects. Advances in manufacturing, 3, pp.42-53. doi: 10.1007/s40436-014-0097-7
[7] Gurrala, P.K. and Regalla, S.P., 2014. Part strength evolution with bonding between filaments in fused deposition modelling. Virtual and Physical Prototyping, 9(3), pp.141-149. doi: 10.1080/17452759.2014.913400
[8] Raut, S., Jatti, V.S., Khedkar, N.K. and Singh, T.P., 2014. Investigation of the effect of built orientation on mechanical properties and total cost of FDM parts. Procedia materials science, 6, pp.1625-1630. doi: 10.1016/j.mspro.2014.07.146
[9] Ala’aldin Alafaghani, A.Q., Alrawi, B. and Guzman, A., 2017. Experimental Optimization of Fused Deposition Modelling Processing Parameters: A Design-for-Manufacturing Approach. Procedia Manufacturing, 10, pp. 791-803. doi: 10.1016/j.promfg.2017.07.079
[10] Tezel, T., Ozenc, M. and Kovan, V., 2021. Impact properties of 3D-printed engineering polymers. Materials Today Communications, 26, p.102161. doi: 10.1016/j.mtcomm.2021.102161
[11] Wang, C., He, Y., Lin, Z., Zhao, X., Sun, C., Guo, R., Wang, X. and Zhou, F., 2024. Mechanical and tribological properties of FDM-printed polyamide. Tribology International, 191, p.109198. doi: 10.1016/j.triboint.2023.109198
[12] Iacob, D.V., Zisopol, D.G. and Minescu, M., 2024. Technical-Economical Study on the Optimization of FDM Parameters for the Manufacture of PETG and ASA Parts. Polymers, 16(16), p.2260. doi: 10.3390/polym16162260
[13] Rosa-Sainz, A., Ferrer, I., Garcia-Romeu, M.L. and Centeno, G., 2024. Characterization of plastic formability and failure mechanisms in FDM additively manufactured PETG and PCL sheets. Polymer Testing, 134, p.108431. doi: 10.1016/j.polymertesting.2024.108431
[14] Ko, M., shin Kim, Y. and sik Jeon, E., 2025. Enhancing the mechanical properties of FDM 3D printed PETG parts with high pressure cold isostatic pressing. Journal of Manufacturing Processes, 133, pp.682-691. doi: 10.1016/j.jmapro.2024.11.094
[15] Jarahi, F., Vahdati, M. and Abedini, R., 2024. Modeling and Optimization of Shear Strength of the Welded Joint Produced by Ultrasonic Welding of Copper Wire to Aluminum Sheet. Transactions of the Indian Institute of Metals, 77, pp. 2499–2508. doi: 10.1007/s12666-024-03336-6
[16] Akram, W. and Garud, N., 2021. Design expert as a statistical tool for optimization of 5-ASA-loaded biopolymer-based nanoparticles using Box Behnken factorial design. Future Journal of Pharmaceutical Sciences, 7, pp. 1-17. doi: 10.1186/s43094-021-00299-z
[17] AbouelNour, Y., Rakauskas, N., Naquila, G. and Gupta, N., 2024. Tensile testing data of additive manufactured ASTM D638 standard specimens with embedded internal geometrical features. Scientific Data, 11(1), p. 506. doi: 10.1038/s41597-024-03369-y
[18] Schaeffer, S.L., Johnson, R.L. and Lewis, W.B., 1998. Impact force comparison of polymers: Molded-notch versus cut-notch using the ASTM D 256 Izod Impact Test Method. Journal of testing and evaluation, 26(2), pp.151-156. doi: 10.1520/JTE11986J
[19] Yan, C., Kleiner, C., Tabigue, A., Shah, V., Sacks, G., Shah, D. and DeStefano, V., 2023. PETG: applications in modern medicine. Engineered Regeneration, 5(1), pp. 45-55. doi: 10.1016/j.engreg.2023.11.001
[20] www.sooba3d.com
[21] Vahdati, M. and Moradi, M., 2020. Statistical analysis and optimization of the yield strength and hardness of surface composite Al7075/Al2O3 produced by FSP via RSM and desirability approach. Iranian Journal of Materials Forming, 7(1), pp.32-45.
[22] Vahdati, M., 2021. Modelling and optimization of parameters affecting the tensile strength and ductility of aluminum-based composite produced by FSA via RSM. Journal of Science and Technology of Composites, 7(4), pp.1207-1216.