شبیه سازی سه بعدی اجزای محدود و تحلیل تجربی فرآیند ساخت افزودنی fdm به منظور کنترل تنش پسماند و اعوجاج در قطعات ساخته شده

روش ساخت افزودنی fdm که براساس اکستروژن سیم های پلیمری با استفاده از حرارت استوار است، یکی از شناخته شده ترین و پرکاربردترین روش های ساخت افزودنی می باشد که از ماده ی اولیه جامد استفاده می کند. این روش به دلیل داشتن قابلیت برای ساخت قطعات پلاستیکی حتی با هندسه پیچیده در مدت زمان رضایت بخش، رتبه ی بی نظیری را در بازارهای دنیا به خود اختصاص داده است. اما با توجه به انتقال جرم و گرما، تغییرات فاز و بارگذاری های مکانیکی که به صورت همزمان وجود دارد و نیز با توجه به تکرار چرخه های گرم گشتن و خنک شدن در طول لایه نشانی رشته های اکسترود شده در فرآیند fdm، قطعات ساخته شده به این روش از هندسه طراحی شده درمدل cad فاصله می گیرند. بیشترین نقص ها در قطعات شامل تغییر شکل به صورت تاب برداشتن واعوجاج می باشد که به تجمع تنش پسماند در طول فرآیند نسبت داده می شود. در طول این فرآیند، پلیمر abs نیز، فازهای گوناگونی را تجربه می کند؛ جامد، مذاب و دوباره جامد شدن. در این پژوهش، توزیع دمایی، اعوجاج و تنش پسماند در قطعات ساخته شده به روش fdm مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین رفتار ماده در طول فرآیند ارزیابی شده است. از آن جا که به علت طبیعت ویسکوالاستیک پلیمرها، تأثیر دما و زمان بر خواص آن ها در مقایسه با سایر مواد بسیار زیاد است خواص ویسکوالاستیک با استفاده از مدل سری پرونی تعریف شده و توسط داده های به دست آمده از آزمایش کشش، ضرایب سری پرونی، مدول الاستیسیته، مدول بالک و مدول برشی محاسبه گردیده است. همچنین با به کارگیری روش اجزای محدود از طریق تهیه ی یک کد پارامتریک به زبان apdl، در نرم افزار ansys به شبیه سازی این فرآیند توسط تابع تولد-مرگ پرداخته شده است و توزیع دمایی، اعوجاج و تنش پسماند در قطعات ساخته شده محاسبه گردیده است. پس از آن که توزیع دمایی استخراج شد، نتایج آن به عنوان ورودی برای محاسبه ی اعوجاج و تنش پسماند مورد استفاده قرار می گیرد. بیشترین تنش پسماند در سطح زیرین قطعه که در تماس با صفحه ی ساخت است مشاهده گردید. با ادامه یافتن لایه نشانی مقدار تنش پسماند در قطعه نیز بیشتر می شود. زیرا تعداد چرخه های گرمایش و خنک کاری و فاصله ی زمانی بین چرخه ها افزایش می یابد. اعتبار سنجی توزیع دمایی و اعوجاج مدل شبیه سازی شده با نتایج حاصل از آزمایشات تجربی مقایسه شده و مطابقت خوبی مشاهده گردید. این تطابق بیانگر آن است که مدل انتخاب شده رفتار ماده را به درستی بیان می کند. بنابراین، قابلیت تعمیم آن، برای انواع پلیمرهای ترموپلاستیک وجود دارد. از آن جا که اعوجاج قطعه ناشی از تجمع تنش پسماند می باشد، می توان از این مدل برای پیش بینی تنش پسماند تیز استفاده نمود. کلمات کلیدی: روش های ساخت افزودنی، fdm، ویسکوالاستیک، شبیه سازی اجزای محدود، تنش پسماند