مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارائه ی روشی نوین با ترکیب ساخت رشته ی ذوبی (FFF)/فوم توده ای به منظور بهبود خواص قطعات پلیمری زیست تخریب پذیر پلی لاکتیک اسید

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
اصغر رسولی 1
طاهر ازدست 1
حوریه محمدزاده 2
پیمان میهن خواه 1
رزگار حسن زاده 1
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2 گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
اهمیت مسائل زیست محیطی گستردگی روز افزون کاربرد پلیمرهای زیست تخریب­پذیر را در پی داشته است به­طوریکه امروزه این پلیمرها به جزء جدایی ناپذیر در علوم پزشکی و زیستی بدل گشته­اند. در تحقیق حاضر از یک روش نوین که ترکیبی از روش ساخت رشته­ی ذوبی (FFF) و فوم توده­ای است جهت بهبود خواص قطعات از جنس پلی­لاکتیک اسید استفاده شده ­است. برای این منظور نمونه­های چاپی با درصد چگالی پر شدن 100، 80 و 60 تولید شده و سپس فوم شدند. به دلیل اهمیت و تاثیر کسر توخالی (Void fraction) بر خواص ساختاری و مکانیکی و همچنین سرعت تجزیه­پذیری مواد با ساختار متخلخل بخصوص با مقاصد پزشکی ، دو پارامتر کسر توخالی و استحکام به ضربه مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که درصد کسر توخالی نمونه­های فوم نشده برای درصد پر شدن 100، 80 و 60 به ترتیب 3، 13 و 25 درصد می‌باشد، در صورتی­که این میزان بعد از فوم شدن نمونه­ها به ترتیب به 14، 19 و 30 درصد رسید. همچنین نتایج حکایت از افزایش استحکام به ضربه نمونه­های چاپی با استفاده از فرآیند فوم داشت. به طوریکه برای نمونه­های با درصد پرشدن 100، مقدار استحکام به ضربه با فرآیند فوم شدن از 207 به 506 ژول بر متر مربع رسید که به دلیل سلول­های ایجاد شده به روش فوم توده­ای در ابعاد نانومتری بود.
کلیدواژه‌ها
زیست تخریب‌پذیر
پلی‌لاکتیک اسید
FFF
فوم توده‌ای
کسر توخالی
استحکام به ضربه

موضوعات

عنوان مقاله English

Introducing a novel combined method of fused filament fabrication (FFF)/batch foaming to improve the properties of biodegradable poly lactic acid

نویسندگان English

Asghar Rasouli 1
Taher Azdast 1
Hurieh Mohammadzadeh 2
Peyman Mihankhah 1
Rezgar Hasanzadeh 1
1 Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
2 Materials Engineering, Faculty of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده English

The importance of environmental issues has increased the use of biodegradable polymers which nowadays have become among main components in medical and biological applications. In the present study, a new combined method of fused filament fabrication (FFF) and batch foaming was introduced to improve the properties of poly lactic acid. For this purpose, FFF samples were produced with infill percentages of 100, 80 and 60 and then, foamed in batch process. Due to the importance and effect of the void fraction on structural and mechanical performance as well as the biodegradability of materials with porous structure, especially for medical purposes, void fraction and impact strength were evaluated. The results showed that the void fractions of FFF samples were 3%, 13% and 25% in infill percentages of 100, 80 and 60, respectively while after the foaming they reached to 14%, 19% and 30%. The findings revealed that the impact strength of FFF foamed samples was improved compared to FFF solid samples. For samples with 100 infill percentage, the impact strength improved from 207 to 506 J/m2 due to the foaming procedure with nano-sized cells created by the batch foaming.

کلیدواژه‌ها English

Biodegradable
poly lactic acid
FFF
Batch foaming
Void Fraction
Impact Strength
[1] Haider TP, Völker C, Kramm J, Landfester K, Wurm FR. Plastics of the future? The impact of biodegradable polymers on the environment and on society. Angewandte Chemie International Edition. 2019 Jan 2;58(1):50-62.
[2] Avérous L, Pollet E. Biodegradable polymers. InEnvironmental silicate nano biocomposites 2012 (pp. 13-39). Springer, London.
[3] Prabhu R, Devaraju A. Recent review of tribology, rheology of biodegradable and FDM compatible polymers. Materials Today: Proceedings. 2020 Oct 22.
[4] Scaffaro R, Maio A, Gulino EF, Alaimo G, Morreale M. Green Composites Based on PLA and Agricultural or Marine Waste Prepared by FDM. Polymers. 2021 Jan;13(9):1361.
[5] Heidari-Rarani M, Ezati N, Sadeghi P, Badrossamay MR. Optimization of FDM process parameters for tensile properties of polylactic acid specimens using Taguchi design of experiment method. Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2020:0892705720964560.
[6] Azdast T, Hasanzadeh R. A review on principles and fundamentals of fabrication of polymeric foams in regards to increasing cell density/reducing cell size. Modares Mechanical Engineering. 2019 Jan 10;19(1):211-22.
[7] Tanveer MQ, Haleem A, Suhaib M. Effect of variable infill density on mechanical behaviour of 3-D printed PLA specimen: an experimental investigation. SN Applied Sciences. 2019 Dec;1(12):1-2.
[8] Chadha A, Haq MI, Raina A, Singh RR, Penumarti NB, Bishnoi MS. Effect of fused deposition modelling process parameters on mechanical properties of 3D printed parts. World Journal of Engineering. 2019 Jul 19.
[9] Ayrilmis N, Kariz M, Kwon JH, Kuzman MK. Effect of printing layer thickness on water absorption and mechanical properties of 3D-printed wood/PLA composite materials. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019 Jun;102(5):2195-200.
[10] Hasanzadeh R, Azdast T. Optimization of FDM 3D Printing Process Parameters of Biodegradable Poly Lactic Acid Polymeric Samples. Modares Mechanical Engineering. 2021 Jan 10;21(2):69-78.
[11] Kamaal M, Anas M, Rastogi H, Bhardwaj N, Rahaman A. Effect of FDM process parameters on mechanical properties of 3D-printed carbon fibre–PLA composite. Progress in Additive Manufacturing. 2021 Feb;6(1):63-9.
[12] Paganin LC, Barbosa GF. A comparative experimental study of additive manufacturing feasibility faced to injection molding process for polymeric parts. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020 Aug;109(9):2663-77.
[13] Daryadel M, Azdast T, Hasanzadeh R, Molani S. Investigation of cell wall thickness and impact strength of polypropylene microcellular nanocomposite foams produced by batch process. Journal of Science and Technology of Composites. 2018 Jun 10;5(1):135-42.
[14] Molani S, Azdast T, Doniavi A, Hasanzadeh R, Moradian M, Mamaghani Shishavan S. A Taguchi analysis on structural properties of polypropylene microcellular nanocomposite foams containing Fe2O3 nanoparticles in batch process. Plastics, Rubber and Composites. 2018 Mar 16;47(3):106-12.
[15] Daryadel M, Azdast T, Hasanzadeh R, Molani S. Simultaneous decision analysis on the structural and mechanical properties of polymeric microcellular nanocomposites foamed using CO2. Journal of Applied Polymer Science. 2018 Apr;135(14):46098.
[16] Bao JB, Junior AN, Weng GS, Wang J, Fang YW, Hu GH. Tensile and impact properties of microcellular isotactic polypropylene (PP) foams obtained by supercritical carbon dioxide. The Journal of Supercritical Fluids. 2016 May 1;111:63-73.
[17] Mills NJ, Kang P. The effect of water immersion on the mechanical properties of polystyrene bead foam used in soft shell cycle helmets. Journal of cellular plastics. 1994 May;30(3):196-222.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 22، شماره 1
دی 1400
صفحه 15-22