توصيفگر ها :
چاپ سهبعدي , چشمه گرانولي , پليلاكتيكاسيد (PLA) , مدلسازي رسوب مذاب (FDM) , تحليل اقتصادي , انرژي مصرفي , بازيافت پليمر
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، طراحي و ساخت يك چشمه تغذيه گرانولي براي چاپگرهاي سهبعدي مبتني بر فناوري مدلسازي رسوب مذاب (FDM) انجام گرفته است. هدف از اين تحقيق، كاهش هزينه مواد اوليه، بهبود قابليت بازيافت، و ارتقاي بازده انرژي در فرآيند چاپ سهبعدي بوده است. بدين منظور، يك اكسترودر گرانولي شامل بخشهاي ماردون، محفظه، بلوك حرارتي، قيف تغذيه و سامانه كنترل دما طراحي و ساخته شد. با بهكارگيري گرانول پليلاكتيكاسيد (PLA) بهعنوان ماده پايه، نمونههايي چاپ و خواص مكانيكي، فيزيكي و آنها با قطعات توليدشده به روش رشتهاي مورد مقايسه قرار گرفت. نتايج آزمايشها نشان داد كه عملكرد مكانيكي قطعات توليد شده با چشمه گرانولي از نظر استحكام كششي، مدول يانگ و كرنش شكست قابل مقايسه با قطعات توليد شده توسط چشمه رشتهاي است. از ديدگاه تحليل اقتصادي و انرژي مصرفي، حذف فرآيند ذوبريسي مورد نياز براي توليد رشته موجب كاهش چشمگير هزينه نهايي توليد و انرژي كل مصرفي شد. همچنين، استفاده مستقيم از گرانول امكان بازيافت چندمرحلهاي پليمر را فراهم كرده و اثرات تخريب حرارتي در مقايسه با فرآيندهاي متداول كمتر بود. بهطور كلي، نتايج اين تحقيق نشان ميدهد كه استفاده از چشمه گرانولي، ضمن حفظ كيفيت مكانيكي قطعات چاپشده، ميتواند به عنوان جايگزيني اقتصادي، پايدار و انرژيكارا براي چشمههاي رشتهاي در چاپگرهاي سهبعدي مورد استفاده قرار گيرد.
چكيده انگليسي :
In this study, a granular feeding nozzle for Fused Deposition Modeling (FDM)-based 3D printers was designed and developed. The main objective was to reduce material costs, improve recyclability, and enhance energy efficiency in additive manufacturing. For this purpose, an extrusion system consisting of a screw, barrel, heating block, feeding hopper, and temperature control unit was designed and fabricated. Using polylactic acid (PLA) granules as the base material, test specimens were printed, and their mechanical and physical, properties were compared with those produced by filament-based extruders. The experimental results indicated that the mechanical performance of the samples printed using the granular extruder—such as tensile strength, Young’s modulus, and elongation at break—was comparable to that of filament-based prints. From an economic and energy analysis perspective, eliminating the melt-spinning process required for filament production significantly reduced the total production cost and energy consumption. Moreover, the direct use of granules allowed for multi-stage polymer recycling with lower thermal degradation compared to conventional processes. Overall, the results demonstrate that the granular extrusion system can serve as an economical, sustainable, and energy-efficient alternative to filament-based nozzles in FDM 3D printing.
Keywords: 3D printing, granular nozzle, polylactic acid (PLA), Fused Deposition Modeling (FDM), economic analysis, energy consumption, polymer recycling