بخشی از مقاله
چکیده
پرینتر سه بعدي یکی از فناوري هاي نوظهور قرن حاضر است و این قابلیت باعث شده که روز به روز بر محبوبیت این دستگاه اضافه شود. یکی از تکنولوژي هاي پرطرفدار ساخت در پرینتر سه بعدي روش اف دي ام است که به دلیل سادگی تولید، در دهه اخیر مورد توجه پژوهشگران و متخصصان قرار گرفته است. در این تکنولوژي معمولا از فیلامنت هاي ترموپلاستیک استفاده می شود که جهت افزایش کارایی قطعات تولیدي می توان مواد دیگر از جمله فلزات، سرامیک ها و ... را به این مواد پلیمري اضافه کرد.
لازم به ذکر است که در راستاي بررسی اضافه کردن ذرات سرامیک به پلیمر در روش اف دي ام پژوهش هاي محدودي صورت گرفته است. به همین دلیل در این مقاله به بررسی خصوصیات فیلامان کامپوزیتی از ترکیب پلیمر با ذرات سرامیکی متفاوت جهت استفاده در دستگاه چاپگر سه بعدي پرداخته شده است. در این تحقیق نوع پودر سرامیکی و درصدهاي متفاوت از ذرات سرامیکی به صورت کامپوزیت با پلیمر پلی لاکتیک اسید مورد آزمایش قرار گرفته و در نهایت فیلامان کامپوزیتی با استفاده از اضافه کردن نوع و درصد مناسب از پودر سرامیکی جهت افزایش انعطاف پذیري حین شکل دهی قطعات و استحکام نهایی قطعه مورد نظر تولید شده است.
مقدمه
در اواخر دهه 1980 و اوایل دهه 1990 ، فرآیندهاي تولید افزایشی ازدیاد یافت که شامل سینترینگ انتخابی لیزري، تولید لایه اي اجسام، مدلسازي ذوب رسوبی و چاپ سه بعدي می باشند 1] و.[2 بخش عظیمی از این تکنولوژي در بخش بهداشت و درمان کاربرد دارد 3] و.[4 تکنولوژي FDM 1 محبوب ترین روش ساخت در پرینت سه بعدي است که در سال 1992 اختراع شد. در واقع FDM به دلیل ساده بودن، هزینه پایین و انعطاف پذیري بالا، تاکنون به عنوان روش پرطرفدار در راستاي ساخت نمونه هاي اولیه به کار رفته است 5] و.[6 مواد اولیه مورد نیاز در این روش معمولا ترموپلاستیک ها مانند پلی لاکتیک اسید - PLA - 2 و ABS 3 است. لازم به ذکر است که با استفاده از مواد اولیه کامپوزیتی می توان خواص مورد نیاز در قطعه مورد نظر را به دست آورد.
در سال هاي اخیر جهت تولید مواد کامپوزیتی براي استفاده در چاپگر سه بعدي تحقیقات محدودي انجام شده است. از آن جمله می توان به کار نبی پور و همکاران [7] اشاره کرد که از ترکیب پلیمر-فلز جهت ساخت فیلامان کامپوزیتی در دستگاه چاپگر سه بعدي استفاده کردند. آنها با بررسی متغیرهاي تاثیرگذار و با استفاده از روش تاگوچی توانستند قطعه بهینه را تولید کنند. نیکزاد و همکاران [8] از ترکیب فلز مس با پلیمر براي ساخت فیلامان استفاده کردند و خواص مکانیکی و حرارتی فیلامان کامپوزیتی را مورد بررسی قرار دادند.
وو و همکاران [9] جهت بهبود خواص دي الکتریک فیلامان مورد استفاده در چاپگر سه بعدي از ترکیب ماده تیتانات باریم و ABS استفاده کردند. آنها با استفاده از مواد افزودنی توانستند رشته هاي پیوسته با کیفیت تجاري تولید کنند. ختري و همکاران [10] از ترکیب ماده ABS با تیتانات باریم جهت ساخت فیلامان کامپوزیتی استفاده کردند. آنها نشان دادند که ساختار فیلامان کامپوزیتی از ترکیب پلیمر با ذرات سرامیک اگرچه شکننده است ولی خواص دي الکتریک مورد نیاز را به خوبی ایجاد می کند.
در کار حاضر، براي اولین بار فیلامان کامپوزیتی پلیمر-سرامیک - ترکیب پلی لاکتیک اسید+ذرات سرامیک - به علت داشتن ویژگی هایی مانند دماي نرم شدن پایین، زیست سازگاري، عاري بودن از سمیت موضعی یا سیستمیک، قیمت مناسب و در دسترس بودن آن نسبت به مواد دیگر، به عنوان ماده اولیه دستگاه چاپگر سه بعدي ساخته شده است. لازم به توضیح است که پارامترهاي موثر در این فیلامان، -1داشتن استحکام بالا بعد از ساخت، -2انعطاف پذیري فیلامان جهت فرم دهی راحت در حین ساخت و -3زیست سازگاري آتل می باشد. در این پژوهش به منظور تولید ماده اولیه که داراي تمام خصوصیات ذکر شده باشد، درصدهاي مختلف از پودرهاي سرامیکی شیشه زیست فعال - بیوگلس - 1 و هیدروکسی آپاتیت2 جهت تولید فیلامان کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش تحقیق
تعیین نوع ذرات سرامیکی
در ابتدا مواد اولیه که شامل ماده پلی لاکتیک اسید، درصدهاي متفاوت وزنی از ماده بیوگلس و هیدروکسی آپاتیت است در دستگاه میکسر داخلی3 ریخته میشود. بعد از تولید قطعات، از قطعات تولیدي تستMFI 4 گرفته میشود. با استفاده از این آزمایش میتوان میزان ویسکوزیته قطعات که پارامتر بسیار مهمی در چاپگر سه بعدي محسوب می شود را به دست آورد. جهت تعیین MFI هر نمونه، از وزنه 2/5 کیلوگرم در دماي 210 درجه استفاده شده است. نتایج MFI براي مواد افزودنی متفاوت با درصدهاي مختلف در جدول 1 نشان داده شده است.
