فرآيندپذيري و مشخصه‌يابي نانوكامپوزيت هاي آكريلونيتريل- بوتادين- استايرن (ABS)/ هيدروكسي آپاتيت (HA) تهيه شده از روش چاپ سه‌بعدي مستقيم پليمر مذاب (LDM) و ميكروتزريق (IM)

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

امروزه به دليل تصادفات رانندگي، مشكلات جسمي مادرزادي و نيز آسيب‌هاي زندگي ماشيني نياز به جايگزيني ديسك بين‌ مهره‌اي در جوامع صنعتي به طور روزافزون احساس مي‌شود. همچنين به دليل ضرورت تطابق ابعاد قطعه‌ي جايگزين با بدن هر فرد، نياز به فرايند ساخت با قابليت توليد قطعه‌ به صورت شخصي‌سازي شده، ضروري به نظر مي‌رسد. به طور معمول براي ساخت قفس همجوشي كمري از آلياژهاي تيتانيومي و پليمر پيك استفاده مي‌شود. فاصله‌ي بسيار زياد مدول يانگ تيتانيوم با استخوان طبيعي انسان و نيز دماي ذوب بسيار بالا، دشواري فرآوري و قيمت بالاي پليمر پيك آن‌ها را گزينه‌ي مناسبي جهت ساخت قفس ‌همجوشي كمري نشان نمي‌دهد. در اين پژوهش پليمر آكريلونيتريل-بوتادين-استايرن (ABS) و نانومواد سراميكي هيدروكسي آپاتيت (HA) به منظور امكان‌سنجي ساخت قفس هم‌جوشي كمري با نانوكامپوزيت ABS-HA از نظر تركيب مواد، در درصدهاي وزني صفر، 5، 10 و 20 از HA توسط فرآيند چاپ سه‌بعدي مستقيم پليمر مذاب (LDM) با يكديگر ادغام شدند. نمونه‌هاي كشش، خمش، ضربه، فشار و سايش توسط دستگاه LDM توليد شدند. به منظور مقايسه خواص مكانيكي، نمونه‌هاي خالص و نانوكامپوزيتي به ترتيب توسط روش‌هاي FDM و قالب‌گيري تزريقي نيز ساخته شدند. نتايج نشان داد نمونه‌هاي قالب‌گيري شده خواص بهبود‌يافته‌اي را نسبت به نمونه‌هاي چاپ‌ سه‌بعدي ارائه دادند. همچنين نمونه‌هاي LDM خواص مكانيكي بالاتري را نسبت به نمونه‌هاي FDM نشان دادند. نتايج تجربي بدست آمده از خواص مكانيكي نشان داد افزودن HA به ABS منجر به كاهش استحكام كششي، استحكام خمشي، مقاومت در برابر ضربه، كرنش در شكست و مقاومت در برابر سايش نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي مي‌گردد. از سوي ديگر مدول كششي، مدول خمشي، زبري سطح، سطح ويژه و انرژي آزاد سطح نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي افزايش يافته است. استحكام تسليم فشاري و مدول فشاري كه در اين پژوهش بسيار مورد تاكيد اند، در نمونه‌هاي LDM داراي 20% وزني HA به ترتيب 5/27% و 77% نسبت به نمونه‌هاي خالص افزايش داشتند. طبق نتايج آزمون حرارتي DSC، افزودن نانومواد HA به طور كلي موجب افزايش دماي انتقال شيشه‌اي (Tg) نمونه‌ها در هر سه روش ساخت نانوكامپوزيت شده است. آزمون‌هاي ساختاري SEM و XRD به طور كلي افزايش اندازه‌ي كلوخه‌ها را در ازاي افزايش درصد وزني HA نشان دادند. نتايج گوياي افزايش چگالي نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي پودري، چاپ ‌سه‌بعدي و قالب‌گيري شده در ازاي افزايش درصد وزني HA بود. از ديگر اهداف اين پژوهش ايجاد سازگاري زيستي براي نوع صنعتي (ارزان‌قيمت) پليمر ABS بود. نتايج تجربي نشان داد، افزودن 20% وزني HA به پليمر ABS موجب افزايش آب‌دوستي سطح ABS و نيز سازگاري زيستي نانوكامپوزيت ABS-HA در بدن شده است.

218913

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان