Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Badrosamay,Ehsan Foroozmehr,Mahdi Javanbakht
محسن بدرسمای (استاد راهنما) احسان فروزمهر (استاد راهنما) مهدی جوان بخت (استاد مشاور)
 
STUDENT
Seyed mahmoud Nazemosadat arsanjani
سیدمحمود ناظم السادات ارسنجانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Experimental Investigation and Numerical Simulation of Indirect Selective Laser Sintering of Polystyrene Coated Spherical Alumina Powder
Indirect selective laser sintering is one of the interesting methods of integrated manufacturing which could be used for manufacturing of complicated pieces and certain materials such as ceramics with a high melting point and difficult manufacturing process through typical methods. In this work, an innovative phase inversion technique is used to fabricate spherical alumina particles coated with a thin layer of polystyrene (PS). Then, indirect SLS is used to fabricate green parts from the 2-15wt % PS (PMMA) coated alumina particles via a Nd:YAG laser. The assessed SLS process parameters were the scan speed, laser power, scan spacing, pulse frequency, and pulse width. The characterization of the AL 2 O 3 /PS(PMMA) core-shell composite particles was described using techniques including SEM (for morphology), FT-IR (for chemical bonding at the interfaces), TGA (for mass loss), and DSC (for glass transition temperature, T g ). 3D green parts were then fabricated using proper process parameters as a proof of the feasibility of using SLS technique for AL 2 O 3 /PS core-shell composite powder. The results showed that using a Nd:YAG laser with less absorption by alumina and PS provides greater penetration through a powder bed. In addition, the possibility of sound connections among particles in every direction was observed due to the uniformity of the coating process in spite of a minimal amount of binder. In addition, green part density measurements show high values compared to previously reported results. In numerical simulations, considering laser as electromagnetic wave, electromagnetic modeling and the heat generated by the interaction of the electromagnetic field with powder particles was investigated in the COMSOL Multiphysics software version 5.2. In order to study the possibility of increasing the laser penetration in the powder substrate, adding the percentage of silica powder to the alumina powder was investigated. Also, the effects of the volume ratio of alumina particles to silica on the laser penetration depth was studied. The results of numerical simulation with the layer thickness will be compared experimentally. Keywords: Indirect selective laser sintering; spherical alumina powder; core-shell composite powder, phase inversion proce thermoplastic
فرآیند های ساخت افزودنی یا پرینت سه بعدی که بوسیله آنها قطعات پیچیده کاربردی با استفاده از مدل سه بعدی مستقیما ساخته می شوند، در سالهای اخیر به عنوان یکی از مهم ترین زمینه های تحقیق و توسعه مورد توجه قرار گرفته است. روش تف جوشی لیزری انتخابی غیرمستقیم از معدود روش های ساخت افزودنی است که قابلیت فرآوری مواد سرامیکی را که فرآوری آنها با روش های مرسوم سخت و یا در مواردی غیرممکن است، با استفاده از مدل سه بعدی قطعه و با تف جوشی ذرات پودر کامپوزیتی (سرامیک- پلیمر) فرآهم آورده است. هدف از انجام این تحقیق امکان سنجی فرآوری ماده آلومینا بوسیله روش تف جوشی لیزری غیرمستقیم با استفاده از لیزر Nd:YAG (با طول موج 064/1 میکرومتر) می باشد.گرچه استفاده از این طول موج لیزر امکان افزایش عمق نفوذ پرتو لیزر در بستر پودر را در مقایسه با استفاده از لیزر CO2 (طول موج6/10 میکرومتر) در حین فرآیند فرآهم می کند، با این حال ماده آلومینا تقریبا نسبت به آن شفاف می باشد. جهت غلبه بر این چالش ابتدا پوشش نازکی از یک ماده پلیمری بر روی ذرات پودر آلومینا ایجاد شده و سپس به مطالعه تجربی و عددی فرآیند تف جوشی این ماده پرداخته شد. در مرحله نخست فعالیت تجربی جهت تولید پودر پوشش دار، روش جدید وارونگی فاز مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت سپس به طراحی و پیاده سازی تجهیزات مورد نیاز جهت پوشش دهی ذرات به این روش پرداخته شد و در نهایت، تولید ذرات پودر کامپوزیتی شامل ذرات پودر آلومینای کروی با لایه نازکی از پلی استایرن یا پلی متیل متاکریلات (در ضخامت های 2، 3، 4، 5، 6 و 8 میکرومتر) بطور موفقیت آمیزی انجام شد. نتایج تست های FT-IR ، DSC، SEM و TGA نشان داد که امکان پوشش دهی ذرات آلومینای با لایه نازک و یکنواختی از پوشش پلی استایرن و پلی متیل متاکریلات بواسطه کنترل پارامترهای فرآیند پوشش دهی میسر است. جهت بررسی تجربی فرآیند تف جوشی لیزری غیرمستقیم، ابتدا به طراحی و پیاده سازی تجهیزات مورد نیاز شامل محفظه ساخت، مکانیزم لایه نشانی و هموارسازی بستر پودر پرداخته شد سپس جهت تولید نمونه های خام بواسطه این فرآیند، به بررسی پارامتر های لیزر با تولید نمونه های تک لایه، به منظور اکتساب پنجره پردازش (پارامترهای مناسب) و استفاده از این پارامتر ها در تولید قطعات خام مکعبی شکل و قطعات خام سه بعدی با هندسه پیچیده پرداخته شد. نتایج این بررسی علاوه بر تایید امکان تولید قطعات خام سه بعدی بواسطه کنترل پارامترهای فرآیند تف جوشی لیزری انتخابی، نشان داد که قطعات خام تولیدی دارای استحکام مکانیکی مناسب و همچنین دارای چگالی بیشتری(3/81%) نسبت به سایر تحقیقات گذشته می باشد. در بررسی عددی فرآیند، با در نظر گرفتن لیزر به عنوان موج الکترومغناطیس به مدل سازی الکترومغناطیس و حرارت لیزر در بستر ذرات پودر پرداخته شده است و رفتار میدان و افزایش دما در اثر نفوذ امواج الکترومغناطیس در فصل مشترک سطوح ذرات پودر مطالعه و بررسی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی (اثرات ضخامت پوشش ذرات بر ضخامت لایه تف جوشی) با اندازه گیری ضخامت لایه تف جوشی شده در بررسی تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان داد که با افزایش ضخامت پوشش، ضخامت لایه تف جوشی افزایش می یابد. کلمات کلیدی: پوشش دهی، آلومینا، پلی استایرن، تف جوشی لیزری انتخابی غیرمستقیم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی