28450

تاثير وجود الياف كربن بر رفتار شكست قطعات ساخته شده به روش چاپ سه بعدي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي ـ مكانيك جامدات

1399

1402/3/24

مجيدرضا آيت اللهي

پرديس دانشگاهي - دانشكده مهندسي مكانيك

امروزه با گسترش تكنولوژي، روش¬هاي ساخت قطعات دچار تغيير شده كه هدف آن كاهش زمان ساخت، افزايش دقت، كاهش ضايعات و هزينه توليد مي¬باشد. فناوري چاپ سه بعدي يكي از پيشتازان اين عرصه مي¬باشد كه در يك دهه¬ي گذشته رشد و گسترش زيادي داشته است. به همين جهت در اين پژوهش به بررسي خواص مكانيكي و شكست قطعات پليمري از جنس PLA و PLA+CF (الياف كربن) ساخته شده به روش FDM كه يكي از روش¬هاي ساخت سه بعدي است، پرداخته شده است. براي مشخص شدن خواص مكانيكي پايه و رفتار شكست نمونه¬هاي توليدي، نمونه¬هايي چاپ و مورد آزمون-هاي مربوطه قرار گرفته است. زاويه¬ي رشته¬هاي درون صفحه¬اي به عنوان يكي از پارامترهاي ساخت به صورت (90/0) درجه، (75-/15) درجه، (60-/30) درجه و (45-/45) درجه و زواياي ترك 0، 15، 30 و40 درجه در قطعات ايجاد شده است تا رفتار شكست تحت بارگذاري مودهاي I و II و مود تركيبي آن-ها بررسي شود. سپس از مقاطع شكست نمونه¬هاي آزمون كشش تصويربرداري به روش اسكن ميكروسكوپ الكتروني (SEM) صورت پذيرفت تا مكانيزم¬هاي شكست در حضور الياف كربن مشخص شود. معيار استفاده شده براي پيش¬بيني بار شكست نمونه¬هاي ترك¬دار از جنس PLA، تركيب دو معيار مفهوم ماده معادل (EMC) و انتگرال-J بوده و براي PLA+CF تنها معيار انتگرال-J در نظر گرفته شده است. آزمايش هدايت الكتريكي نيز براي بررسي رسانايي نمونه¬ها و ذكر اطلاعات بيشتر براي پژوهش آيندگان اجرا شده است. نتايج نشان داده است كه خواص و رفتار شكست به شدت وابسته به درصد وزني الياف كربن درون ماده مي¬باشد. ميزان بالاي الياف كربن درون قطعات باعث كاهش مقاومت در برابر شكست شده كه علت آن ايجاد تمركز تنش بالا بجاي مقاومت در برابر شكست مي¬باشد و اگر ماده¬اي با درصد الياف كربن كم توليد شود اين احتمال وجود دارد با تحمل بار كششي توسط الياف¬ها شاهد بهبود خواص شكست شد. علاوه بر موارد مذكور، حضور الياف كربن موجب بهبود خواص الكتريكي نمونه¬ها شده و رسانايي قابل توجهي را ايجاد نموده است.

1402/04/04

The effect of the presence of carbon fibers on the fracture behavior of parts made by 3D printing

6/13/2024 12:00:00 AM

Nowadays, with the development of technology, the methods of manufacturing parts have changed, the purpose of which is to reduce manufacturing time, increase accuracy, and reduce waste and production costs. 3D printing technology is one of the pioneers of this field, which has grown and expanded a lot in the last decade. Therefore, in this research, the mechanical properties and fracture behavior of polymer parts made with PLA and PLA+CF (carbon fiber) filaments through the FDM method, which is one of the three-dimensional manufacturing methods have been investigated. After printing 48 SCB samples, tensile testing was done by the DIC method and three-point bending to determine the mechanical properties and failure of the parts. The angle of raster angle as one of the manufacturing parameters is (0/90) degrees, (15/-75) degrees, (30/-60) degrees, and (45/-45) degrees, and the crack angles are 0, 15, 30, and 40 degrees. The results within the parts were created to investigate the failure resistance in mode I and II with different printing lines. Then, SEM images of the fracture surfaces of the dogbones were done to determine the failure mechanisms in the presence of carbon fibers. The criterion used to calculate the numerical failure load for PLA material is the combination of two criteria, the concept of equivalent material and J-integral. And also, the J-integral criterion is considered for samples printed with PLA CF. The electrical conductivity test is also carried out to measure the printed samples' conductivity. The results have shown that the mechanical properties and fracture behavior are strongly dependent on the number of carbon fibers in the parent material. The high amount of carbon fibers inside the parts has reduced the resistance to failure, which is due to the concentration of high stress instead of resistance to failure, and if a material with a low percentage of carbon fibers is produced, there is a possibility that it can better withstand the tensile load. From other points, it is possible to mention the increase in the electrical conductivity of PLA CF, but the non-conductive parts are still considered and the conductivity is very small compared to nanocarbon.

چاپ سه بعدي , الياف كربن , مكانيك شكست

3D printing , Carbon fibers , Fracture mechanics

Ali Motallebi

Dr. Majidreza Ayatollahi