پیشنهاد دگرساختار آکستیک پلیمری تورفته ادغامی نوین تولیدشده با روش چاپ سه‌بعدی ساخت رشته مذاب

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، کد پستی ۶۷۱۵۶۸۵۴۲۰

2 ارومیه، دانشگاه ارومیه، گروه مهندسی مکانیک، کد پستی 575615151818

3 تهران، دانشگاه تهران، دانشکدگان فنی، دانشکده مهندسی مکانیک، کدپستی 57131-14399

چکیده

فرضیه: با توجه به پیشرفت­‌های روزافزون در زمینه چاپگرهای سه‌بعدی و قابلیت آن‌­ها در تولید ساختارهای پیچیده، امکان تولید ساختارهای آکستیک با عملکرد منحصربه‌فرد با این روش میسر است. همچنین ادغام سلول‌های واحد تورفته در داخل سلول‌های واحد تورفته مرسوم و دستیابی به ساختار نوین تورفته ادغامی می­‌تواند سبب دستیابی به خواص بهبودیافته شود.
روش‌­ها: ساختار نوین آکستیک تورفته در پژوهش حاضر ارائه شده است که با ادغام چهار سلول واحد تورفته کوچک در یک سلول واحد تورفته بزرگ‌تر طراحی و به‌وسیله چاپ سه‌بعدی تولید شده است. سلول واحد تورفته بزرگ، سلول واحد تورفته مرسوم است که با ادغام سلول‌های واحد کوچک‌تر در وسط رابط‌های آن، ساختار نوین ادغامی ایجاد شده است. برای مقایسه، ساختار تورفته مرسوم نیز طراحی و چاپ سه‌بعدی شده است. نسبت‌های پواسون هر دو ساختار در کرنش‌های طولی مختلف (از %5 تا %25) اندازه‌گیری و مقایسه شده است.
یافته‌­ها: طبق نتایج، هر دو ساختار دارای نسبت پواسون منفی هستند و عملکرد آکستیک نشان می‌دهند. ساختار نوین در کرنش‌های طولی کمتر (%5) نسبت به ساختار مرسوم عملکرد بهتری داشته است، در حالی که در کرنش‌های طولی بیشتر (بیش از %5)، ساختار مرسوم عملکرد بهتری داشته است. همچنین، ساختار نوین قابلیت بهتری در حفظ شکل ظاهری خود در کرنش‌های بیشتر نسبت به ساختار مرسوم داشته است. بیشترین مقادیر نسبت پواسون به‌دست‌آمده در پژوهش حاضر به کرنش طولی 5% مربوط است. در این حالت، نسبت پواسون نمونه آکستیک تورفته مرسوم 1.56- است، در حالی که نسبت پواسون نمونه­ آکستیک تورفته ادغامی نوین 1.58- است. این نتایج نشان‌دهنده‌ قابلیت زیاد ساختار آکستیک تورفته ادغامی نوین در کاربردهای مختلف مهندسی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Proposing a Novel Merged Re-Entrant Polymeric Auxetic Metastructure Manufactured by Fused Filament Fabrication 3D Printing Process

نویسندگان [English]

  • Rezgar Hasanzadeh 1
  • Mehran Mojaver 2
  • Saman Jolaiy 3
  • Taher Azdast 2
1 Department of Mechanical Engineering, Kermanshah University of Technology, Kermanshah, Iran, Postal Code: 6715685420
2 Department of Mechanical Engineering,Urmia University, Postal Code: 5756 15151818, Urmia, Iran
3 School of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Postal Code: 14399-57131, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Considering the increasing advancements in the field of 3D printers and their ability to produce complex structures, it is possible to produce auxetic structures with unique performance using this method. Additionally,
integrating re-entrant unit cells within conventional re-entrant unit cells and achieving a novel merged re-entrant structure can lead to improved properties
Methods: A novel re-entrant auxetic structure is presented in this study, which is designed by merging four small re-entrant unit cells into a larger re-entrant unit cell and produced by 3D printing. The larger re-entrant unit cell is a conventional re-entrant unit cell, in which the novel merged structure is created by embedding the
smaller unit cells within its ligaments. For comparison, the conventional re-entrant structure was also designed, and 3D printed. The Poisson's ratios of both structures were measured and compared at different longitudinal strains (from 5% to 25%)
Findings: The results show that both structures have a negative Poisson's ratio and exhibit auxetic behavior. The novel merged re-entrant auxetic structure performed better at lower longitudinal strains (5%) compared to the conventional re-entrant auxetic structure, while at higher longitudinal strains (greater than 5%) the conventional re-entrant auxetic structure performed better. Additionally, the novel merged re-entrant auxetic structure demonstrated better capability in maintaining its hape at higher strains compared to the conventional structure. The highest negative Poisson's ratio values obtained in this study correspond to a longitudinal strain of 5%. In this case, the Poisson's ratio of the conventional re-entrant auxetic sample is -1.56, whereas the Poisson's ratio of the novel merged re-entrant auxetic sample is -1.58. These results indicate the high potential of the novel merged re-entrant auxetic structure in various engineering applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Metamaterials
  • 3D printing
  • Auxetic
  • Re-entrant
  • Negative Poisson's ratio

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار