تأثير اتجاه مسارات الطباعة على الاستجابة الميكانيكية لمواد PLA و PETG و /PAالنايلون المصنعة بتقنية FDM: توصيف خواص الشد، ومعايرة نموذج ANSYS، والتقييم الأولي لتدفق الهواء حول الجناح
الكلمات المفتاحية:
نمذجة الترسيب المنصهر؛ اتجاه مسارات الطباعة؛ PLA؛ PETG؛ البولي أميد؛ ASTM D638؛ اختبار الشد؛ ANSYS؛ التصلد المتناحي متعدد الخطوط؛ الهيكل الشبكيالملخص
تُعد نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) إحدى عمليات التصنيع بالإضافة القائمة على بثق المواد، وتُنتج مكونات بوليمرية تتأثر استجابتها الميكانيكية ببنية مسارات الترسيب، والترابط بين المسارات وبين الطبقات، والتركيب الكيميائي للبوليمر، والتاريخ الحراري، والفراغات الداخلية، وظروف التهيئة البيئية، إضافةً إلى تعريفات القياس المستخدمة. تطور هذه الدراسة منهجية تجريبية–حسابية قابلة للتتبع، تربط بين توصيف خواص الشد لعينات من النوع الأول وفق معيار ASTM D638، والمصنعة من مواد PLA وPETG و /PAالنايلون باتجاهي مسارات طباعة 0/90° و±45°، وبين معايرة نموذج التصلد المتناحي متعدد الخطوط في برنامج ANSYS، وصولًا إلى فحص أولي على مستوى القوى لنموذج أولي لجناح طائرة مدمج به هيكل شبكي.
أدى استخدام التكوين ±45° إلى زيادة متوسط مقاومة الشد القصوى (UTS) من 21.63 ± 6.63 إلى 52.92 ± 3.10 ميجا باسكال لمادة PLA، بزيادة قدرها 144.7%، ومن 22.62 ± 2.83 إلى 38.93 ± 1.02 ميجا باسكال لمادة PETG، بزيادة قدرها 72.1%، ومن 19.96 ± 1.96 إلى 41.36 ± 1.59 ميجا باسكال لمادة /PAالنايلون، بزيادة قدرها 107.2%. كما ارتفع معامل يونغ لمادتي PLA وPETG بنسبة 61.7% و 9.4% على التوالي، في حين انخفض لمادة /PAالنايلون بنسبة 25.5%. وفي الوقت نفسه، ازدادت قيم الإزاحة المسجلة عند الكسر ومؤشرACurva المعرّف بواسطة برنامج الاختبار في عائلات المواد الثلاث جميعها.
وفي معايرة ANSYS، أظهرت حالتا PLA2 وPETG2 توافقًا وثيقًا بين الصفوف المتناظرة، حيث بلغت قيمة متوسط الخطأ المطلق النسبي (MAPE) 1.33% ومعامل التحديد R2 = 0.9994R² = 0.9994 لمادة PLA2، و 1.51% و R2 = 0.9992R² = 0.9992 لمادة .PETG2 أما حالة PA2 فأظهرت توافقًا أضعف ضمن النطاق الجزئي للمقارنة، بقيمة MAPE بلغت 12.58% ومعامل تحديد R2= 0.6415R² = 0.6415، رغم أن قمة المنحنى الكامل المُعدّ لمادة PA2 اختلفت عن المتوسط التجريبي بنسبة لم تتجاوز −4.49%.
وفي الفحص الأولي لتدفق الهواء حول الجناح، كانت قيمة قوة السحب في التكوين الشبكي Lattice أعلى من نظيرتها في التكوين المصمتSolid في جميع حالات المادة–السرعة التسع المسجلة في ملف العمل. كما ازدادت قوة الرفع في ثماني حالات، بينما انخفضت بنسبة 30.17% في الحالة الموسومة بـPLA عند سرعة 25 م/ث.
وتتمثل المساهمة الرئيسة لهذه الدراسة في إنشاء مسار مترابط، قابل لإعادة التطبيق ومضبوط النطاق، يبدأ من سجلات اختبارات الشد على مستوى العينات، ويمتد إلى إعداد المدخلات الدستورية للمواد، ثم إلى المقارنة الأولية للقوى على مستوى المكوّن، مع تحديد واضح لحدود الدراسة ومتطلبات التحقق اللاحق على المستويات الإنشائية والتصنيعية والفيزيائية.
