-‎--‎--‎--‎--‎-

مهندسي مكانيك

فناوري استريوليتوگرافي به‌دليل دقت بالا و قابليت توليد قطعات پيچيده، جايگاه ويژه‌اي در صنعت ساخت‌ افزايشي دارد. با اين حال، خواص مكانيكي قطعات به‌شدت تحت تأثير پارامترهاي فرآيند قرار مي‌گيرد. هدف اين پژوهش، بررسي تأثير چهار پارامتر كليدي شامل ضخامت لايه، زمان تابش، زمان پخت نهايي و زاويه ساخت بر رفتار كششي و شكست مود‌ اول قطعات SLA است. بدين منظور، 9 آزمايش بر‌اساس آرايه متعامد L9 طراحي و نمونه‌هاي استاندارد كششي و شكست ساخته شد. داده‌هاي به‌دست‌آمده از آزمون‌هاي مكانيكي با استفاده از روش تاگوچي و تحليل واريانس بررسي و سپس توسط شبيه‌سازي اجزاي محدود و تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي اعتبارسنجي شد. نتايج نشان داد كه زمان تابش مهم‌ترين عامل در بهبود مدول الاستيسيته (تغيير از 527 تا 1082 مگاپاسكال) بوده و افزايش آن موجب رشد ٪23 شد. استحكام كششي نهايي (تغيير از 9/12 تا 1/34 مگاپاسكال) بيشترين وابستگي را به زمان پخت نهايي داشت و افزايش پخت از 8 به 12 دقيقه موجب رشد بيش از ٪38 گرديد. چقرمگي شكست (تغيير از 60/0 تا 82/0 مگاپاسكال در راديكال متر) نيز تحت تأثير ضخامت لايه و زمان پخت نهايي قرار داشت؛ به‌طوري‌كه كاهش ضخامت از 75 به 25 ميكرون باعث بهبود ٪68 و افزايش زمان پخت موجب رشد بيش از ٪40 در چقرمگي شكست شد. زاويه ساخت اثر كمتري داشت، اما زاويه 90 درجه بهترين شرايط مكانيكي را فراهم كرد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني سه الگوي شكست پله‌اي، موج ساحلي و بي‌نظمي‌ها را نشان داد كه ارتباط مستقيمي با رفتار چقرمگي شكست نمونه‌ها داشت. مدل عددي نيز اختلاف كمتر از ٪3 با داده‌هاي تجربي نشان داد. در نهايت، تركيب بهينه شامل ضخامت لايه 25 ميكرون، زمان تابش 3 ثانيه، زمان پخت نهايي 12 دقيقه و زاويه ساخت 90 درجه معرفي‌ شد كه موجب دستيابي همزمان به بالاترين مدول الاستيسيته، بيشترين استحكام كششي و بيشترين چقرمگي شكست گرديد. واژگان كليدي :استريوليتوگرافي، پارامترهاي ساخت، طراحي آزمايش‌ها، روش تاگوچي، خواص‌ مكانيكي، مكانيك شكست

1404/08/05

Study of the Effect of SLA Process Parameters on the Fracture Behavior of Printed Parts under Mode I Loading

10/15/2026 12:00:00 AM

Stereolithography (SLA), due to its high accuracy an‎d ability to fabricate complex geometries, holds a significant position in additive manufacturing. However, the mechanical properties of SLA parts are strongly affected by process parameters. The aim of this study was to investigate the effect of four key parameters (layer thickness, exposure time, post-curing time, an‎d build orientation) on the tensile an‎d mode I fracture behavior of SLA parts. To this end, nine experiments were designed based on an L9 orthogonal array, an‎d stan‎dard dog-bone tensile an‎d Semi-Circular Bending (SCB) fracture specimens were fabricated. The experimental data were analyzed using the Taguchi method an‎d Analysis of Variance (ANOVA), an‎d further validated by Finite Element Method (FEM) simulations an‎d Scanning Electron Microscopy (SEM) images. Results showed that exposure time was the most influential factor in improving the elastic modulus (from 527 to 1082 MPa), leading to a 23% increase. The ultimate tensile strength (12.9 to 34.1 MPa) was most dependent on post-curing time, where extending curing from 8 to 12 minutes resulted in a ‎>38% increase. Fracture toughness (0.60 to 0.82 MPa√m) was primarily affected by layer thickness an‎d post-curing time; reducing the thickness from 75 to 25 µm improved KIc by 68%, while longer curing increased it by more than 40%. Build orientation had a smaller effect, though the 90° orientation provided the best overall mechanical performance. SEM images revealed three distinct fracture patterns (step-like, beach marks, an‎d irregularities) directly correlated with toughness behavior. The FEM model exhibited less than 3% deviation from the experimental results. Finally, the optimal combination of process parameters (25 µm layer thickness, 3s exposure time, 12min post-curing, an‎d 90°build orientation) was identified, achieving simultaneous maximization of elastic modulus, tensile strength, an‎d fracture toughness. Keywords: Stereolithography (SLA), process parameters, Design of Experiments (DOE), Taguchi method, mechanical properties, fracture mechanic

استريوليتوگرافي , پارامترهاي ساخت , طراحي آزمايش‌ها , روش تاگوچي , خواص‌ مكانيكي , مكانيك شكست

Stereolithography , process parameters , Design of Experiments , Taguchi method , mechanical properties , fracture mechanic

Alireza Tavakkoli Abdolmaleki

Majidreza Ayatollahi