Academic Journal
Investigation of effects of processing parameters on the impact strength and microstructure of thick tri-material based layered composite fabricated via extrusion based additive manufacturing
| Τίτλος: | Investigation of effects of processing parameters on the impact strength and microstructure of thick tri-material based layered composite fabricated via extrusion based additive manufacturing |
|---|---|
| Συγγραφείς: | Imran Khan, Umer Farooq, Muhammad Tariq, Muhammad Abas, Salman Ahmad, Muhammad Shakeel, Asim Ahmad Riaz, Hira Fatima |
| Πηγή: | Journal of Engineering Research. 13:243-250 |
| Στοιχεία εκδότη: | Elsevier BV, 2025. |
| Έτος έκδοσης: | 2025 |
| Θεματικοί όροι: | Composite material, Additive Manufacturing, Biomedical Engineering, FOS: Mechanical engineering, Fused deposition modeling, FOS: Medical engineering, 7. Clean energy, Polylactic acid, Acrylonitrile butadiene styrene, Engineering, Polymer, Microstructure, Biology, Fused filament fabrication, Bone Tissue Engineering and Biomaterials, Extrusion, Tectonics, Delamination (geology), Composite number, Paleontology, Building and Construction, 3D printing, Additive Manufacturing and 3D Printing Technologies, Subduction, Materials science, 3D Concrete Printing Technology, Ultimate tensile strength, Automotive Engineering, Physical Sciences, Izod impact strength test |
| Περιγραφή: | Les composites de fabrication additive ont été utilisés dans des applications telles que l'aérospatiale, l'industrie automobile, etc. et un certain nombre de propriétés sont requises pour de telles applications, notamment une meilleure résistance aux chocs (I-S), qui est la résistance à la charge d'impact. La présente étude étudie pour la première fois les effets des paramètres de traitement sur l'I-S du composite stratifié à base de tri-matériaux épais (Tmbl) d'acide polylactique (PLA), de polyéthylène téréphtalate glycol (PETG) et d'acrylonitrile butadiène styrène (ABS) fabriqué via la fabrication de filaments fondus (FFF). 3 paramètres de processus varient en trois niveaux chacun, tandis que l'I-S est choisi comme sortie. L'analyse de la variance (ANOVA) est effectuée. Les tracés de surface des interactions de paramètres significatives sont tracés montrant les effets-tendances de chaque variable sur l'I-S du composite et diverses observations intercouches, macro et micro du composite ont également été effectuées à l'aide de la microscopie optique. Il a été observé que diverses lacunes telles que les pores, le délaminage, la formation d'une structure semblable à un pelage se produisaient à une épaisseur de couche élevée (t), à une vitesse d'impression élevée (v) et à une faible densité de remplissage (ρ), alors qu'il n'y avait pas de défauts substantiels à un ρ élevé. Par conséquent, il a été conclu que les paramètres sélectionnés affectent de manière significative l'I-S du composite. À la fin, l'optimisation des conditions de traitement a été effectuée, ce qui a entraîné un rapport I-S/poids amélioré par rapport à l'I-S le plus élevé d'un seul matériau imprimé en trois dimensions (3d). Los compuestos de fabricación aditiva se han empleado en aplicaciones que incluyen las industrias aeroespacial, automotriz, etc. y hay una serie de propiedades requeridas para tales aplicaciones, incluida una mejor resistencia al impacto (I-S), que es la resistencia a soportar la carga de impacto. El presente estudio investiga por primera vez los efectos de los parámetros de procesamiento en el I-S del compuesto en capas a base de tri-material grueso (Tmbl) de ácido poliláctico (Pla), polietilentereftalato glicol (PETG) y acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) fabricado a través de la fabricación de filamentos fundidos (FFF). 3 parámetros de proceso se varían en tres niveles cada uno, mientras que el I-S se elige como salida. Se realiza análisis de varianza (ANOVA). Las gráficas de superficie de las interacciones de los parámetros significativos se grafican mostrando los efectos-tendencias de cada variable en el I-S del compuesto y también se realizaron varias observaciones entre capas, macro y micro del compuesto utilizando microscopía óptica. Se observó que varias deficiencias, como poros, delaminación, formación de estructuras similares a peladuras, ocurrieron a un espesor de capa alto (t), alta velocidad de impresión (v) y baja densidad de relleno (ρ), mientras que hubo ausencia de defectos sustanciales a un ρ alto. Por lo tanto, se concluyó que los parámetros seleccionados están afectando significativamente el I-S del compuesto. Al final, se realizó la optimización de las condiciones de procesamiento, lo que dio como resultado una relación I-S a peso mejorada en comparación con el I-S más alto del material impreso tridimensional único (3d). Additive manufacturing composites have been employed in application including, aerospace, automotive industries etc. and there are a number of properties required for such applications including better impact strength (I-S) which is the resistance to withstand impact loading. The present study investigates for the first time the effects of processing parameters on the I-S of thick tri-material based layered (Tmbl) composite of Polylactic acid (PLA), Polyethylene Terephthalate Glycol (PETG), and Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) fabricated via Fused Filament Fabrication (FFF). 3 process parameters are varied in three levels each, whereas the I-S is chosen as output. Analysis of variance (ANOVA) is conducted. The surface plots of the significant parameter interactions are plotted showing the effects-trends of each variable on the I-S of the composite and various inter-layer, macro and micro observation of the composite was also performed using optical microscopy. It was observed that various shortcomings such as pores, delamination, peeling-like structure formation occurred at high layer thickness (t), high printing speed (v) and low infill density (ρ) whereas, there was absence of substantial defects at high ρ. Therefore, it was concluded that the selected parameters are significantly affecting the I-S of the composite. At the end, optimization of processing conditions was performed which resulted in enhanced I-S to weight ratio as compared to the highest I-S of single three dimensional (3d) printed material. تم استخدام مركبات التصنيع المضافة في التطبيق بما في ذلك الطيران وصناعات السيارات وما إلى ذلك، وهناك عدد من الخصائص المطلوبة لمثل هذه التطبيقات بما في ذلك قوة تأثير أفضل (I - S) وهي مقاومة لتحمل تحميل الصدمات. تبحث هذه الدراسة لأول مرة في تأثيرات معلمات المعالجة على I - S من مركب الطبقات السميكة ثلاثية المواد (Tmbl) من حمض البولي لاكتيك (PLA)، والبولي إيثيلين تيريفثالات جليكول (PETG)، والأكريلونيتريل بوتادين ستيرين (ABS) المصنعة عن طريق تصنيع الفتائل المنصهرة (FFF). تتنوع 3 معلمات معالجة في ثلاثة مستويات لكل منها، في حين يتم اختيار I - S كمخرجات. يتم إجراء تحليل التباين (ANOVA). يتم رسم المخططات السطحية لتفاعلات المعلمات المهمة التي توضح تأثيرات واتجاهات كل متغير على I - S للمركب، كما تم إجراء العديد من الملاحظات البينية والكليّة والجزئية للمركب باستخدام المجهر البصري. ولوحظ أن أوجه القصور المختلفة مثل المسام، والفك، وتشكيل الهيكل الشبيه بالتقشير حدثت عند سماكة الطبقة العالية (t)، وسرعة الطباعة العالية (v) وكثافة الحشو المنخفضة (ρ) في حين كان هناك غياب لعيوب كبيرة عند ارتفاع ρ. لذلك، تم استنتاج أن المعلمات المختارة تؤثر بشكل كبير على I - S للمركب. في النهاية، تم إجراء تحسين لظروف المعالجة مما أدى إلى تحسين نسبة I - S إلى الوزن مقارنة بأعلى I - S للمواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد (3d). |
| Τύπος εγγράφου: | Article Other literature type |
| Γλώσσα: | English |
| ISSN: | 2307-1877 |
| DOI: | 10.1016/j.jer.2023.08.007 |
| DOI: | 10.60692/dzrsj-fx767 |
| DOI: | 10.60692/wh3ps-sb443 |
| Rights: | CC BY |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edsair.doi.dedup.....01ac54e5713cdbe7851a971c5701b882 |
| Βάση Δεδομένων: | OpenAIRE |
| ISSN: | 23071877 |
|---|---|
| DOI: | 10.1016/j.jer.2023.08.007 |