مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

چاپ سه‌بعدی آمیزه‌های هوشمند PETG با تحریک گرمایی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
کیاندخت میراسدی 1
داود رحمت آبادی 1
اسماعیل قاسمی 2
مجید بنی اسدی 1
مصطفی باغانی 1
1 دانشگاه تهران
2 پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران
10.22034/mme.23.10.125
چکیده
مواد هوشمند می‌توانند مانند موجودات زنده نسبت به تغییرات محیط واکنش نشان دهند و خود را با شرایط و تغییرات محیطی مانند تغییرات دما، جریان الکتریکی، میدان مغناطیس، نور، رطوب و غیره انطباق دهند. استفاده از چاپ سه‌بعدی برای پردازش مواد هوشمند، رویکرد جدیدی است که به عنوان چاپ چهاربعدی شناخته می‌شود. در این پژوهش، فرآوری، ساخت و چاپ سه‌بعدی آمیزه‌های حافظه‌شکلی PETG-ABS در سه درصد وزنی 30/70،50/50 و70/30 انجام شد. نتایج حاصل از تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز سازگاری این دو پلیمر را تایید کرد. در تمامی آمیزه‌های PETG-ABS ترکیبی از مورفولوژی دریا-جزیره و قطره-ماتریس مشاهده شد و برای ترکیبات 30/70 و 70/30 قطرات فاز پراکنده در ماتریس به طور واضح ملاحضه گردید. نتایج خواص مکانیکی نیز نشان داد هرچه درصد ABS در آمیزه زیاد شود، استحکام کششی بالاتر می­رود و ازدیادطول کاهش می­یابد. نتایج به دست‌آمده از آزمون حافظه‌شکلی نشان‌دهنده‌ی وجود قابلیت برنامه‌ریزی خاصیت حافظه‌شکلی در آمیزه‌های چاپ چهاربعدی‌شده می‌باشد. همان­طور که انتظار می­رود افزایش درصد وزنی ABS با اختلال در بازیابی آمیزه­ها همراه بود لذا آمیزه دارای 70 درصد وزنی PETG و 30 درصد وزنی ABS، مطلوب‌ترین خواص حافظه‌شکلی را از خود نشان دادند.
کلیدواژه‌ها
پرینت سه بعدی
پلیمرهای حافظه شکلی
خواص مکانیکی
میکروسکوپ الکترونی روبشی

موضوعات

عنوان مقاله English

3D Printing of Smart PETG Blends with Thermal Stimulation

نویسندگان English

Kiandokht Mirasadi 1
Davoud Rahmatabadi 1
Esmaeil Ghasemi 2
Majid Baniassadi 1
Mostafa Baghani 1
چکیده English

Smart materials can react to environmental changes like living organisms and adapt themselves to environmental conditions and changes such as changes in temperature, electric current, magnetic field, light, humidity, etc. Using 3D printing to process smart materials is a new approach known as 4D printing. In this research, processing, manufacturing and 3D printing of PETG-ABS in three weight percentages of 70/30, 50/50 and 30/70 were done. The results of SEM also confirmed the compatibility of these two polymers. In all PETG-ABS mixtures, a combination of sea-island and drop-matrix morphology was observed, and for the 30/70 and 30/70 blends, phase droplets dispersed in the matrix were clearly observed. The results of mechanical properties also showed that as the percentage of ABS in the mixture increases, the tensile strength increases and the elongation decreases. The results obtained from the shape memory test indicate the existence of the ability to program the shape memory property in 4D printing mixtures. As expected, the increase in the weight percentage of ABS was associated with the disorder in the recovery of the mixtures, so the mixture with 70% by weight of PETG and 30% by weight of ABS showed the most favorable shape memory properties.

کلیدواژه‌ها English

3D printing
Shape Memory Polymers
Mechanical Properties and SEM
1. Yan, Q., et al., A review of 3D printing technology for medical applications. Engineering, 2018. 4(5): p. 729-742.
2. Shahrubudin, N., T.C. Lee, and R. Ramlan, An overview on 3D printing technology: Technological, materials, and applications. Procedia Manufacturing, 2019. 35: p. 1286-1296.
3. Dudek, P., FDM 3D printing technology in manufacturing composite elements. Archives of metallurgy and materials, 2013. 58(4): p. 1415--1418.
4. Tibbits, S., 4D printing: multi‐material shape change. Architectural Design, 2014. 84(1): p. 116-121.
5. Momeni, F. and N. Hassani, SMM; Liu, X.; Ni, J. A Review of 4D Printing. Mater, 2017. 122: p. 42.
6. Momeni, F., X. Liu, and J. Ni, A review of 4D printing. Materials & design, 2017. 122: p. 42-79.
7. Lendlein, A. and S. Kelch, Shape‐memory polymers. Angewandte Chemie International Edition, 2002. 41(12): p. 2034-2057.
8. Wischke, C., A.T. Neffe, and A. Lendlein, Controlled drug release from biodegradable shape-memory polymers. Shape-Memory Polymers, 2009: p. 177-205.
9. Behl, M. and A. Lendlein, Actively moving polymers. Soft Matter, 2007. 3(1): p. 58-67.
10. Barletta, M., A. Gisario, and M. Mehrpouya, 4D printing of shape memory polylactic acid (PLA) components: Investigating the role of the operational parameters in fused deposition modelling (FDM). Journal of Manufacturing Processes, 2021. 61: p. 473-480.
11. Wu, P., et al., Effect of printing speed and part geometry on the self-deformation behaviors of 4D printed shape memory PLA using FDM. Journal of Manufacturing Processes, 2022. 84: p. 1507-1518.
12. Rayate, A. and P.K. Jain, A review on 4D printing material composites and their applications. Materials Today: Proceedings, 2018. 5(9): p. 20474-20484.
13. Carrell, J., G. Gruss, and E. Gomez, Four-dimensional printing using fused-deposition modeling: a review. Rapid Prototyping Journal, 2020. 26(5): p. 855-869.
14. Liu, Y., et al., Shape memory behavior and recovery force of 4D printed laminated Miura-origami structures subjected to compressive loading. Composites Part B: Engineering, 2018. 153: p. 233-242.
15. Bodaghi, M. and W. Liao, 4D printed tunable mechanical metamaterials with shape memory operations. Smart Materials and Structures, 2019. 28(4): p. 045019.
16. Aberoumand, M., et al., 4D printing of polyvinyl chloride (PVC): A detailed analysis of microstructure, programming, and shape memory performance. Macromolecular Materials and Engineering, 2023: p. 2200677.
17. Aberoumand, M., et al., Stress recovery and stress relaxation behaviors of PVC 4D printed by FDM technology for high-performance actuation applications. Sensors and Actuators A: Physical, 2023. 361: p. 114572.
18. Soleyman, E., et al., Shape memory performance of PETG 4D printed parts under compression in cold, warm, and hot programming. Smart Materials and Structures, 2022. 31(8): p. 085002.
19. Soleyman, E., et al., Assessment of controllable shape transformation, potential applications, and tensile shape memory properties of 3D printed PETG. Journal of Materials Research and Technology, 2022. 18: p. 4201-4215.
20. Soleyman, E., et al., 4D printing of PET-G via FDM including tailormade excess third shape. Manufacturing Letters, 2022. 33: p. 1-4.
21. Aberoumand, M., et al., A comprehensive experimental investigation on 4D printing of PET-G under bending. Journal of Materials Research and Technology, 2022. 18: p. 2552-2569.
22. Liu, H., H. He, and B. Huang, Favorable thermoresponsive shape memory effects of 3D printed poly (lactic acid)/poly (ε‐caprolactone) blends fabricated by fused deposition modeling. Macromolecular Materials and Engineering, 2020. 305(11): p. 2000295.
23. Lin, C., et al., 4D printing of shape memory polybutylene succinate/polylactic acid (PBS/PLA) and its potential applications. Composite Structures, 2022. 279: p. 114729.
24. Jiang, Y., J. Leng, and J. Zhang, A high-efficiency way to improve the shape memory property of 4D-printed polyurethane/polylactide composite by forming in situ microfibers during extrusion-based additive manufacturing. Additive Manufacturing, 2021. 38: p. 101718.
25. Li, B., et al., Synergistic enhancement in tensile strength and ductility of ABS by using recycled PETG plastic. Journal of Applied Polymer Science, 2009. 113(2): p. 1207-1215.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 23، شماره 10
مهر 1402
صفحه 125-130