اثر درصد وزنی آلومینا بر خواص مکانیکی نانو کامپوزیت تولید شده به روش ساخت افزایشی پردازش نور دیجیتال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

10.22034/ijme.2023.419202.1854

چکیده

در این مطالعه تولید نمونه‌های نانوکامپوزیتی با استفاده از فرایند پردازش نور دیجیتال (DLP) مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا تأثیر ضخامت لایه چاپ در سه مقدار 50، 75 و 100 میکرومتر روی خواص کششی نمونه‌های رزینی خالص و کامپوزیتی و نیز مدت‌ زمان چاپ بررسی ‌شد. در ادامه با افزودن مقادیر مختلف نانو پودر آلومینیوم اکسید با اندازه‌ی ذرات nm 50 به رزین، تأثیر درصدهای مختلف نانو پودر روی خواص مکانیکی نمونه‌ها ازجمله استحکام کششی و مقاومت به سایش بررسی شد. نتایج نشان داد که نمونه‌های با ضخامت لایه کمتر استحکام بهتری نسبت به نمونه‌های با ضخامت لایه بیشتر دارند. با کاهش ضخامت لایه از 100 به 75 و 50 میکرومتر استحکام کششی در نمونه‌های خالص به ترتیب 4 و 55/8% افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش آلومینا تا 2 درصد وزنی استحکام کششی ابتدا کاهش و سپس با ادامه افزایش مقدار ذرات تقویت‌کننده، استحکام کششی بهبود می‌یابد، به‌طوری‌که در نهایت با 8 درصد وزنی آلومینا استحکام کششی نزدیک به 16% نسبت به نمونه رزین خالص افزایش نشان می‌دهد. علاوه بر این، با افزایش درصد وزنی آلومینا در نانوکامپوزیت، مقاومت به سایش ابتدا تضعیف و سپس بهبود می‌یابد و در نهایت (همانند استحکام کششی) در 8 درصد وزنی ذرات تقویت‌کننده، نرخ سایش ویژه نزدیک به 67% نسبت به نمونه رزین خالص کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of weight percentage of alumina on mechanical properties of nanocomposite produced by additive manufacturing method of digital light processing

نویسندگان [English]

  • Hossein Maleki 1
  • Parviz Asadi 2
  • Zahra Karimi 1
  • Arman Sedghi 3
1 MSc Student, Department of Mechanical Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
3 Associate Professor, Materials Engineering Department, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
چکیده [English]

In this study, the production of nanocomposite samples was investigated using digital light processing (DLP). First, the effect of the thickness of the printing layer in three values of 50, 75, and 100 micrometers on the tensile properties of neat and composite resin samples as well as the printing time was investigated. Next, by adding different amounts of aluminum oxide nanopowder with a particle size of 50 nm to the resin, the effect of different percentages of nanopowder on the mechanical properties of the samples, including tensile strength and wear resistance, was investigated. The results showed that samples with less layer thickness have better strength than samples with more layer thickness. By reducing the thickness of the layer from 100 to 75 and 50 micrometers, the tensile strength in neat samples increases by 4 and 8.55%, respectively. Also, with the increase of alumina up to 2% by weight, the tensile strength first decreases, and then with the continued increase in the number of reinforcing particles, the tensile strength improves, so that finally, with 8% by weight of alumina, the tensile strength shows an increase of nearly 16% compared to the neat resin sample. . In addition, with the increase in the weight percentage of alumina in the nanocomposite, the wear resistance first weakens and then improves, and finally (similar to the tensile strength) at 8 weight percent of reinforcing particles, the specific wear rate decreases by nearly 67% compared to the neat resin sample.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Digital Light Processing
  • Standard Resin
  • Nanocomposite
  • Aluminum
  • Mechanical Properties

مراجع

[1] Lee JY, A J, Chua CK. Fundamentals and applications of 3D printing for novel materials. Applied materials today. 2017 Jun 1; 7:120-33. doi: 10.1016/j.apmt.2017.02.004
[2] Khosravani MR, Reinicke T. On the environmental impacts of 3D printing technology. Applied Materials Today. 2020 Sep 1; 20:100689. doi: 10.1016/j.apmt.2020.100689
[3] Li Y, Mao Q, Li X, Yin J, Wang Y, Fu J, Huang Y. High-fidelity and high-efficiency additive manufacturing using tunable pre-curing digital light processing. Additive Manufacturing. 2019 Dec 1; 30:100889. doi: 10.1016/j.addma.2019.100889
[4] Ligon SC, Liska R, Stampfl J, Gurr M, Mülhaupt R. Polymers for 3D printing and customized additive manufacturing. Chemical reviews. 2017 Aug 9;117(15):10212-90. doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00074
[5] Halimi F, Golzar M, Asadi P, Beheshty MH. Core modifications of sandwich panels fabricated by vacuum-assisted resin transfer molding. Journal of composite materials. 2013 Jul;47(15):1853-63. doi: 10.1177/0021998312451763
[6] Joo H, Cho S. Comparative studies on polyurethane composites filled with polyaniline and graphene for DLP-type 3D printing. Polymers. 2020 Jan 2;12(1):67. doi: 10.3390/polym12010067
[7] Cortés A, Sánchez-Romate XF, Jiménez-Suárez A, Campo M, Ureña A, Prolongo SG. Mechanical and strain-sensing capabilities of carbon nanotube reinforced composites by digital light processing 3D printing technology. Polymers. 2020 Apr;12(4):975. doi: 10.3390/polym12040975
[8] Sano Y, Matsuzaki R, Ueda M, Todoroki A, Hirano Y. 3D printing of discontinuous and continuous fibre composites using stereolithography. Additive Manufacturing. 2018 Dec 1; 24:521-7. doi: 10.1016/j.addma.2018.10.033
[9] Zhao J, Li Q, Jin F, He N. Digital light processing 3D printing Kevlar composites based on dual curing resin. Additive Manufacturing. 2021 May 1; 41:101962. doi: 10.1016/j.addma.2021.101962
[10] Jeong G, Park CH, Kim BY, Kim J, Park SD, Yang H, Lee WS. Photocurable elastomer composites with SiO2-mediated cross-links for mechanically durable 3D printing materials. ACS Applied Polymer Materials. 2020 Sep 16;2(11):5228-37. doi: 10.1021/acsapm.0c00966
[11] Sood AK, Ohdar RK, Mahapatra SS. Experimental investigation and empirical modelling of FDM process for compressive strength improvement. Journal of Advanced Research. 2012 Jan 1;3(1):81-90. doi: 10.1016/j.jare.2011.05.001
[12] Ayrilmis N, Kariz M, Kwon JH, Kitek Kuzman M. 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 19; 102:2195-200. doi: 10.1007/s00170-019-03299-9
[13] Rankouhi B, Javadpour S, Delfanian F, Letcher T. Failure analysis and mechanical characterization of 3D printed ABS with respect to layer thickness and orientation. Journal of Failure Analysis and Prevention. 2016 Jun; 16:467-81. doi: 10.1007/s11668-016-0113-2
[14] Markandan K, Lai CQ. Enhanced mechanical properties of 3D printed graphene-polymer composite lattices at very low graphene concentrations. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2020 Feb 1; 129:105726. doi: 10.1016/j.compositesa.2019.105726

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار