Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

3 डी-मुद्रित परतों में बॉन्डिंग की वास्तविक समय इमेजिंग

Published: September 1, 2023 doi: 10.3791/65415
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Physical Chemistry and Soft Matter, Wageningen University & Research

Summary

एक गैर-इनवेसिव और वास्तविक समय तकनीक के साथ, एक बहुलक फिलामेंट के अंदर नैनोस्कोपिक बहुलक गति को 3 डी प्रिंटिंग के दौरान चित्रित किया जाता है। इष्टतम प्रदर्शन और उपस्थिति के साथ संरचनाओं के निर्माण के लिए इस गति को ठीक करना महत्वपूर्ण है। यह विधि प्लास्टिक परत संलयन के मूल तक पहुंचती है, इस प्रकार इष्टतम मुद्रण स्थितियों और सामग्री डिजाइन मानदंडों में अंतर्दृष्टि प्रदान करती है।

Abstract

हाल के दिनों में, 3 डी प्रिंटिंग तकनीक ने उत्पादों को डिजाइन और उत्पादन करने की हमारी क्षमता में क्रांति ला दी है, लेकिन प्रिंट गुणवत्ता का अनुकूलन चुनौतीपूर्ण हो सकता है। एक्सट्रूज़न 3 डी प्रिंटिंग की प्रक्रिया में एक पतली नलिका के माध्यम से पिघली हुई सामग्री पर दबाव डालना और इसे पहले से एक्सट्रूडेड सामग्री पर जमा करना शामिल है। यह विधि एक मजबूत और नेत्रहीन आकर्षक अंतिम उत्पाद बनाने के लिए लगातार परतों के बीच संबंध पर निर्भर करती है। यह कोई आसान काम नहीं है, क्योंकि कई पैरामीटर, जैसे कि नोजल तापमान, परत की मोटाई और मुद्रण गति, इष्टतम परिणाम प्राप्त करने के लिए ठीक किया जाना चाहिए। इस अध्ययन में, एक्सट्रूज़न के दौरान बहुलक गतिशीलता की कल्पना करने के लिए एक विधि प्रस्तुत की गई है, जो परत बंधन प्रक्रिया में अंतर्दृष्टि प्रदान करती है। लेजर झुकाव इमेजिंग का उपयोग करके, प्लास्टिक प्रवाह और संलयन को गैर-आक्रामक, आंतरिक रूप से और उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन के साथ हल किया जा सकता है। यह माप, जो प्रदर्शन करना आसान है, अंतिम प्रिंट गुणवत्ता को प्रभावित करने वाले अंतर्निहित यांत्रिकी की गहन समझ प्रदान करता है। इस पद्धति का परीक्षण कूलिंग फैन गति की एक श्रृंखला के साथ किया गया था, और परिणामों ने कम पंखे की गति के साथ बहुलक गति में वृद्धि दिखाई और इस प्रकार, कूलिंग फैन बंद होने पर खराब प्रिंटिंग गुणवत्ता की व्याख्या की। इन निष्कर्षों से पता चलता है कि यह पद्धति मुद्रण सेटिंग्स को अनुकूलित करने और सामग्री व्यवहार को समझने की अनुमति देती है। इस जानकारी का उपयोग नवीन मुद्रण सामग्री या उन्नत स्लाइसिंग प्रक्रियाओं के विकास और परीक्षण के लिए किया जा सकता है। इस दृष्टिकोण के साथ, एक्सट्रूज़न की गहरी समझ 3 डी प्रिंटिंग को अगले स्तर पर ले जाने के लिए बनाई जा सकती है।

Introduction

3 डी प्रिंटिंग की विधि एक योजक विनिर्माण तकनीक है जिसमें वांछित आकार बनाने के लिए एक वस्तु को परत दर परत निर्मित किया जाता है। इस विधि में इसकी बहुमुखी प्रतिभा, सामर्थ्य और उपयोग में आसानी के लिए एक बड़ा और विविध उपयोगकर्ता-आधार है। फ्यूज्ड जमाव मॉडलिंग में पिघले हुए प्लास्टिक को वांछित आकारमें जमा करने के लिए एक चलती एक्सट्रूडर (सैकड़ों माइक्रोन से कुछ मिलीमीटर के व्यास के साथ) की सुविधा है। एक्सट्रूडेड प्लास्टिक को पहले मुद्रित प्लास्टिक के साथ अच्छा संलयन प्राप्त करने और एक मजबूत सामंजस्यपूर्ण सामग्री बनाने के लिए एक निश्चित अवधि के लिए तरल जैसे तरीके से व्यवहार करना चाहिए। हालांकि, प्लास्टिक को प्रिंट स्थान से दूर बहने और प्रिंट गुणवत्ता को कम करने से रोकने के लिए प्रिंटिंग के बाद प्लास्टिक को ठंडा और जल्दी से ठोस होना चाहिए। हीटिंग और कूलिंग के बीच इस नाजुक अंतःक्रिया को यांत्रिक शक्ति और अंतिम 3 डी-मुद्रित वस्तु2 की ज्यामितीय सटीकता के बीच संतुलन को सीधे रेखांकित करने के लिए दिखाया गया है। इष्टतम हीटिंग-कूलिंग संतुलन प्राप्त करने के लिए, प्लास्टिक को इसके पिघलने के तापमान से ठीक ऊपर के तापमान पर एक्सट्रूडेड किया जाता है, और प्रिंटर से जुड़े एक फैन हेड का उपयोग प्लास्टिक को जल्दी से ठंडा करने के लिए किया जाता है। मुद्रण तापमान और शीतलन गति के प्रभावों की गहन समझ उन्नत स्लाइसिंग और प्रिंटिंग प्रोटोकॉल विकसित करने के लिए आवश्यक अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है जो उन क्षेत्रों में यांत्रिक या ज्यामितीय परिणामों को अधिकतम करती है जहां वे सबसे महत्वपूर्ण हैं। इन प्रक्रियाओं में अधिक अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के प्रयास अक्सर अवरक्त (आईआर) इमेजिंग पर निर्भर करते हैं, जो केवल सतह के तापमान 3,4,5 की कल्पना करता है और प्लास्टिक के आंतरिक तापमान को इंगित नहीं करता है। पिघलने के संक्रमण से परे स्थानीय हीटिंग बहुलक गतिशीलता को काफी बढ़ाता है और इस प्रकार, पुरानी और नई सामग्री के बीच बहुलक उलझाव की अनुमति देता है। यह अस्थायी रूप से बढ़ी हुई बहुलक गति अंतिम एकजुट सामग्री 6,7 के गठन के लिए एक आवश्यकता है, लेकिन आईआर इमेजिंग केवल सतह के तापमान 8,9 के माध्यम से अप्रत्यक्ष रूप से बहुलक गति को माप सकती है। सतह के तापमान को परत बंधन में अनुवाद करने के लिए इस प्रकार कोर-सतह तापमान ढाल और समय और लंबाई के पैमाने की एक श्रृंखला में संबंधित जटिल बहुलक गतिशीलता के सटीक ज्ञान की आवश्यकता होती है। परत बंधन (यानी, बहुलक उलझाव प्रक्रिया) का एक प्रत्यक्ष माप प्राथमिक जानकारी या मान्यताओं के बिना थोक सामग्री सामंजस्य के अंतर्निहित तंत्र के विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देगा।

परत बंधन के स्थानिक और लौकिक वितरण की समझ हासिल करने के लिए, एक इमेजिंग तकनीक जो सीधे प्लास्टिक फिलामेंट बनाने वाले पॉलिमर की गतिशीलता को निर्धारित करती है, इस काम में नियोजित है। यह तकनीक, लेजर स्पॉट इमेजिंग (एलएसआई), रासायनिक संरचना से स्वतंत्र नैनोस्कोपिक गतियों की कल्पना करने के लिए इंटरफेरोमेट्रिक प्रकाश प्रकीर्णन पर निर्भर करती है। नमूने के ऑप्टिकल गुणों के आधार पर, यह आईआर इमेजिंग के विपरीत, गैर-पारदर्शी सामग्री10,11,12 में कई मिलीमीटर से सेंटीमीटर तक सटीक रूप से माप सकता है, जो केवल सतह के तापमान 8,9 की रिपोर्ट करता है। इन विशेषताओं ने हाल ही में सामग्री की अधिकता में गतिशील प्रक्रियाओं को समझने में बिंदु-आधारित विधियों को लोकप्रिय बना दिया है, हालांकि वे मूल रूप से चिकित्सा अनुप्रयोगों10,11,12 के लिए विकसित किए गए थे। हाल ही में, एलएसआई का उपयोग उन्नत बहुलक सामग्रियों जैसे स्व-सफाई तरल क्रिस्टल बहुलक नेटवर्क 13,14 के व्यवहार में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए किया गया है, साथ ही रबर15 में फ्रैक्चर की भविष्यवाणी करने और आत्म-उपचार सामग्री16 का अध्ययन करने के लिए किया गया है।

एलएसआई को 3 डी प्रिंटिंग में लागू करने की व्यवहार्यता को पिछले लेख17 में प्रदर्शित किया गया था, जहां वास्तविक समय विश्लेषण क्षमताओं के साथ एक पोर्टेबल एलएसआई सेटअप प्रस्तुत किया गया था, और यह दिखाया गया था कि पिघले हुए प्लास्टिक के जमाव के परिणामस्वरूप वर्तमान परत के नीचे कई परतों में बहुलक गति बढ़ जाती है। यहां प्रस्तुत पेपर में, बहु-परत बंधन की डिग्री पर शीतलन पंखे की गति के प्रभावों में व्यवस्थित शोध किया जाता है। पोर्टेबल उपकरण का एक बेहतर प्लग-एंड-प्ले संस्करण का उपयोग किया जाता है जिसे प्रकाशिकी या प्रोग्रामिंग विशेषज्ञता के बिना उपयोगकर्ताओं द्वारा संचालित किया जा सकता है। फूरियर ट्रांसफॉर्म17 का उपयोग करके वास्तविक समय में झुकाव छवियों का विश्लेषण किया जाता है, जो झुकाव तीव्रता में उतार-चढ़ाव के आयाम की कल्पना करते हैं। इस उपकरण में एक अतिरिक्त ब्राइटफील्ड कैमरा है जो स्पॉट कैमरे के साथ संरेखित है ताकि एलएसआई मोशन मैप्स को ब्राइटफील्ड छवियों के साथ ओवरले किया जा सके ताकि गति मानचित्रों को प्रभावित करने वाले ब्राइटफील्ड प्रकाश के बिना आसान व्याख्या की जा सके। इस लेख में प्रस्तुत प्रयोगात्मक दृष्टिकोण का उपयोग चुनौतीपूर्ण ज्यामिति और सामग्रियों के 3 डी प्रिंटिंग के दौरान एक्सट्रूडेड प्लास्टिक के पिघलने, परत बंधन और ठोसकरण में अधिक अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है।

Protocol

1. 3 डी प्रिंटर के साथ एलएसआई उपकरण का सेटअप और संरेखण

  1. कंपन को कम करने के लिए 3 डी प्रिंटर को स्थिर सतह पर रखें। एलएसआई उपकरण को इसके बगल में रखें ताकि कैमरे को मुद्रण क्षेत्र का स्पष्ट दृश्य हो। एलएसआई उपकरण को 3 डी प्रिंटर की बिल्ड प्लेट से थोड़ा ऊपर रखें, और इसे बहुत नीचे की ओर झुकाएं ताकि दृश्य बाधित न हो।
  2. लेजर और ब्राइटफील्ड रोशनी चालू करें, और सत्यापित करें कि वे इमेजिंग क्षेत्र के साथ संरेखित हैं। लेजर पावर को 20 किलोवाट पर सेट करें, सुनिश्चित करें कि लेजर सेटअप बॉक्स को एक बड़े क्षेत्र (कई वर्ग सेंटीमीटर) में विस्तारित करता है, और सुनिश्चित करता है कि बिजली घनत्व पर्याप्त कम है (लेजर पॉइंटर से कई गुना कम) लेजर चश्मे या काले बाड़े जैसे अतिरिक्त सुरक्षा उपायों के बिना सीटू में उपयोग किया जा सकता है।
    चेतावनी: लेजर में सीधे न देखें।
  3. संरेखण और प्रयोगात्मक सेटअप को अधिक सुविधाजनक बनाने के लिए एक परीक्षण प्रिंट (जैसे, पूरक कोडिंग फ़ाइल 1 या पूरक कोडिंग फ़ाइल 2) से शुरू करें (चरण 1.3-1.6)। सुनिश्चित करें कि एलएसआई कैमरा मुद्रण क्षेत्र पर केंद्रित है।
  4. इस पहले परीक्षण प्रिंट के दौरान, प्रकाश व्यवस्था और डिजिटल कैमरे को बेहतर ढंग से संरेखित करें। लेजर दिशा को समायोजित करें ताकि पूरे इमेजिंग क्षेत्र को सजातीय रूप से रोशन किया जाए, और डायाफ्राम को समायोजित करें ताकि झुकाव का आकार पिक्सेल आकार से थोड़ा बड़ा हो।
  5. फ्रेमरेट और एक्सपोज़र समय को अनुकूलित करें ताकि अधिकतम गतिशील सीमा प्राप्त करने के लिए अंडर-एक्सपोज़्ड और ओवर-एक्सपोज़्ड पिक्सल की संख्या कम से कम हो।
  6. लाइव एलएसआई डेटा विश्लेषण के लिए सही पैरामीटर चुनें; सबसे महत्वपूर्ण बात, उस आवृत्ति का चयन करें जो पिघले हुए और ठोस प्लास्टिक के बीच सबसे अच्छा इमेजिंग कंट्रास्ट पैदा करता है। रुचि के क्षेत्र (ROI) और कलरमैप स्केलिंग समायोजित करें। इस मामले में, 16 की फूरियर श्रृंखला की लंबाई चुनी गई थी, और दूसरी आवृत्ति के आयाम की कल्पना की गई थी। चूंकि झुकाव छवि संग्रह दर 50 फ्रेम प्रति सेकंड है, इसलिए विज़ुअलाइज़ की गई आवृत्ति 6.25 हर्ट्ज है।
  7. एक 3 डी प्रिंटिंग प्रयोग के लिए छवियों को कैप्चर करने के लिए एलएसआई उपकरण तैयार करें। चुनें कि छवियों को कितनी बार और कितनी देर तक सहेजा जाता है। इस मामले में, छवियों को हर 0.25 सेकंड में सहेजा गया था ताकि प्रिंटर हेड के प्रति पास कई छवियां सहेजी जा सकें। प्रत्येक प्रयोग के लिए, छवियों को 15 मिनट के लिए सहेजा गया था क्योंकि प्रत्येक प्रिंट काम में अधिकतम 12 मिनट लगते थे।

2. 3 डी-प्रिंटिंग डिजाइन और जी-कोड की तैयारी

  1. ऑब्जेक्ट को पसंद के 3D आरेखण सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके आरेखित करें, और ऑब्जेक्ट को .stl फ़ाइल के रूप में निर्यात करें. इस मामले में, लकीरों और छेदों के साथ एक दीवार का उपयोग किया गया था, जिसे चित्र 1 में दिखाया गया है और पूरक कोडिंग फ़ाइल 1 से डाउनलोड किया जा सकता है।
  2. .stl फ़ाइल को स्लाइसिंग सॉफ़्टवेयर में आयात करें, और मुद्रण सेटिंग्स चुनें. ये सेटिंग्स सामग्री की पसंद और 3 डी-प्रिंटर मॉडल पर निर्भर करेंगी; इस अध्ययन में उपयोग किए गए मामले के लिए, तालिका 1 में दिखाए गए सेटिंग्स का उपयोग करें। एक फिलामेंट का उपयोग करें जो अधिमानतः सफेद या किसी भी रंग का हो जो महत्वपूर्ण अवशोषण के बिना लेजर प्रकाश को बिखेरता है।
  3. प्रिंट हेड की परतों और यात्रा पथ को प्राप्त करने के लिए स्लाइस सॉफ़्टवेयर में स्लाइस बटन दबाएं। स्लाइसिंग सॉफ़्टवेयर कॉन्फ़िगरेशन फ़ाइल पूरक कोडिंग फ़ाइल 3 में पाया जा सकता है।
  4. परिणामी G-कोड (पूरक कोडिंग फ़ाइल 2) सहेजें, और इसे 3D प्रिंटर पर भेजें.

Figure 1
चित्र 1: ऑब्जेक्ट डिजाइन। ऑब्जेक्ट डिज़ाइन के साइड, फ्रंट और टॉप से एक 3 डी व्यू (बाएं) और 2 डी व्यू (दाएं)। ग्रिड 1.0 मिमी x 1.0 मिमी का प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें बोल्ड में 1.0 सेमी x 1.0 सेमी है। दीवार 25 मिमी x 12 मिमी x 1.2 मिमी (चौड़ाई x ऊंचाई x गहराई) है, और लकीरों की चौड़ाई 1.0 मिमी है, 0.4 मिमी की गहराई है, और 1.0 मिमी से अलग हो जाती है। खिड़कियों की चौड़ाई 1.0 मिमी और ऊंचाई 2.0 मिमी है। 3 डी डिजाइन पूरक कोडिंग फ़ाइल 1 में पाया जा सकता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

प्रॉपर्टी/सेटिंग मूल्य
तंतु पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए), सफेद
नोजल व्यास 0.4 मिमी
परत की मोटाई 0.2 मिमी
नोजल तापमान 210 °C
कूलिंग फैन की गति 100%
मुद्रण की गति 10 mm/s
यात्रा की गति 10 mm/s
बिस्तर का तापमान 60 °C

तालिका 1: 3 डी प्रिंट सेटिंग्स। ऑब्जेक्ट डिज़ाइन को स्लाइस करने के लिए उपयोग की जाने वाली सेटिंग्स और प्रिंटर गुण. दूसरे प्रयोग के लिए, पंखे की गति को मैन्युअल रूप से 0% में बदल दिया गया था।

3. प्रयोग करना

  1. 3D प्रिंटर प्रारंभ करें, और वार्म-अप अवधि समाप्त होने की प्रतीक्षा करें।
  2. एलएसआई माप किसी भी समय शुरू किया जा सकता है, लेकिन अनावश्यक डेटा की बचत को रोकने के लिए, एलएसआई माप शुरू करें जब प्लास्टिक बाहर निकलना शुरू हो जाए।
  3. 3D प्रिंटर समाप्त होने की प्रतीक्षा करें, और उसके बाद LSI माप को रोकें।
  4. परिणामी डेटा को छवि देखने वाले सॉफ़्टवेयर में लोड करें, और मुद्रित ऑब्जेक्ट का नेत्रहीन निरीक्षण करें। अंतिम संरचनात्मक अखंडता और सतह की गुणवत्ता के साथ मुद्रण के दौरान मापा प्लास्टिक बहुलक गति की तुलना करें।

Representative Results

प्रयोगों के लिए एक परीक्षण लक्ष्य के रूप में एक साधारण वस्तु खींची गई थी: पीठ पर लकीरों के साथ एक दीवार, दो खिड़कियां, और एक बड़ा छेद (चित्रा 1)। ऑब्जेक्ट को तालिका 1 में सूचीबद्ध प्रिंटर सेटिंग्स और गुणों के साथ स्लाइस किया गया था।

एलएसआई उपकरण को 3 डी प्रिंटर के साथ संरेखित किया गया था, और प्रयोग किया गया था। उपयोगकर्ता के अनुकूल सेटअप में एक अतिरिक्त ब्राइटफील्ड कैमरा है, जो संरेखण के दौरान मदद करता है और प्लास्टिक एक्सट्रूज़न और मापा बहुलक गति के बीच एक आसान तुलना की अनुमति देता है। झुकाव और ब्राइटफील्ड कैमरे दोनों ऑप्टिकल फिल्टर से लैस हैं जो दूसरे चैनल से हस्तक्षेप को रोकते हैं। सेटअप के बारे में अधिक तकनीकी विवरण पूरक फ़ाइल 1 में पाया जा सकता है, और विश्लेषण दिनचर्या का स्पष्टीकरण पूरक फ़ाइल 2 में प्रस्तुत किया गया है। इस प्रयोग के परिणामों के मुख्य आकर्षण चित्रा 2 में दिखाए गए हैं, और पूरी फिल्म पूरक मूवी 1 में पाई जा सकती है। जैसा कि पहले दिखाया गया है, प्रयोग को घर-निर्मित उपकरण17 के साथ भी किया जा सकता है।

Figure 2
चित्रा 2: 100% शीतलन पंखे की गति के साथ मुद्रण का समय-व्यथाप। बाएं: ब्राइटफील्ड, प्रिंटर लगभग समाप्त होने पर ऑब्जेक्ट की फ्रंट-व्यू छवि। निरीक्षण पर प्रिंट की गुणवत्ता अच्छी दिखती है; यद्यपि सतह परत रेखाओं को दिखाती है, समग्र डिजाइन ज्यामिति का उत्पादन किया गया है। दाएं: मुद्रण प्रक्रिया के दौरान सफेद चित्रित क्षेत्र से चार एलएसआई स्नैपशॉट; नीले तीर स्नैपशॉट के समय प्रिंट हेड की स्थिति को इंगित करते हैं, क्योंकि एलएसआई छवियां ब्राइटफील्ड छवि के साथ समय में मेल नहीं खाती हैं। प्रत्येक स्नैपशॉट में हल्के रंग बढ़ी हुई बहुलक गति का संकेत देते हैं, जो हाल ही में मुद्रित परतों में देखा जाता है। ध्यान दें कि बढ़ी हुई गति (वेल्डिंग क्षेत्र) वाला क्षेत्र कई परतों मोटा है। प्रयोग की पूरी विस्तृत फिल्म पूरक मूवी 1 में उपलब्ध है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

इन परिणामों के पूरक, प्रिंट को नेत्रहीन निरीक्षण किया गया था; जैसा कि इन आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले बहुलक फिलामेंट्स और प्रिंट सेटिंग्स के लिए अपेक्षित था, गुणवत्ता अच्छी थी। डिज़ाइन की गई ज्यामिति को वास्तव में पुन: प्रस्तुत किया गया था, और सतह भी थी, जिसमें प्रत्येक परत पर एक छोटी रेखा दिखाई दे रही थी। एलएसआई डेटा के साथ, मुद्रण प्रक्रिया में गहराई से अंतर्दृष्टि प्राप्त करना संभव था। ताजा एक्सट्रूडेड प्लास्टिक अत्यधिक मोबाइल के रूप में दिखाई दे रहा था, और गतिशीलता धीरे-धीरे कम हो गई क्योंकि यह ठंडा हो गया। उच्च गतिशीलता वाले क्षेत्र की ऊंचाई (यानी, वेल्डिंग जोन) मुद्रण प्रक्रिया के दौरान चार से पांच परतें मोटी थी, जो परत संलयन की एक अच्छी तरह से परिभाषित अवधि का संकेत देती है।

प्रयोग को कूलिंग फैन की गति के साथ मैन्युअल रूप से 0% तक समायोजित किया गया था। इस सेटिंग के साथ, प्लास्टिक पर्याप्त तेजी से ठंडा नहीं हुआ, जिससे प्रिंट गुणवत्ता प्रभावित हुई। परिणामों के मुख्य आकर्षण चित्रा 3 में दिखाए गए हैं, और पूर्ण विस्तृत फिल्म पूरक मूवी 2 में पाई जा सकती है।

Figure 3
चित्रा 3: 0% शीतलन पंखे की गति के साथ मुद्रण का समय-व्यथाप। बाएं: ब्राइटफील्ड, प्रिंटर लगभग समाप्त होने पर ऑब्जेक्ट की फ्रंट-व्यू छवि। प्रिंट की दृश्य गुणवत्ता खराब दिखती है; सतह अनियमित परत रेखाओं और बड़े ब्लब्स को दिखाती है। इसके अतिरिक्त, समग्र डिजाइन ज्यामिति को अपूर्ण रूप से पुन: प्रस्तुत किया गया है; विशेष रूप से, खिड़कियां और छेद विकृत हैं। दाएं: मुद्रण प्रक्रिया के दौरान सफेद चित्रित क्षेत्र से चार एलएसआई स्नैपशॉट; नीले तीर स्नैपशॉट के समय प्रिंट हेड की स्थिति को इंगित करते हैं, क्योंकि एलएसआई छवियां ब्राइटफील्ड छवि के साथ समय में मेल नहीं खाती हैं। प्रत्येक स्नैपशॉट में हल्के रंग बढ़ी हुई बहुलक गति का संकेत देते हैं, जिसे पूरी वस्तु में देखा जा सकता है। प्रयोग की पूरी विस्तृत फिल्म पूरक मूवी 2 में उपलब्ध है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

उम्मीदों के अनुरूप, 3 डी-मुद्रित निर्माण के दृश्य निरीक्षण ने वास्तव में खराब प्रिंट गुणवत्ता दिखाई। परतों को असमान रूप से वितरित किया गया था, और डिजाइन की गई ज्यामिति को विरूपण के साथ पुन: पेश किया गया था। चित्रा 2 और चित्रा 3 में ब्राइटफील्ड छवियों की तुलना सतह की गुणवत्ता और प्रिंट परिणाम के आकार पर शीतलन पंखे के प्रमुख प्रभाव को दर्शाती है। इस प्रभाव की उत्पत्ति चित्रा 2 और चित्रा 3 से एलएसआई परिणामों की तुलना करके निर्धारित की गई थी। 100% शीतलन पंखे की गति के साथ, एक्सट्रूडेड प्लास्टिक के नीचे केवल कुछ परतों में एक क्षेत्र में बढ़ी हुई बहुलक गति देखी गई। इसलिए, प्लास्टिक प्रवाह के बिना परत बंधन प्राप्त करने के लिए प्रत्येक परत को कुछ बार मध्यम रूप से द्रवित किया गया था। 0% शीतलन पंखे की गति के साथ, पूरी वस्तु के माध्यम से बढ़ी हुई बहुलक गति देखी गई। इस प्रकार, प्रत्येक परत को कई बार द्रवीभूत किया गया था और ताजा एक्सट्रूडेड प्लास्टिक के बेहद करीब था, जिसके परिणामस्वरूप प्लास्टिक प्रवाह के माध्यम से ज्यामितीय सटीकता का नुकसान हुआ।

अधिक मध्यम स्थितियों में शीतलन प्रशंसक प्रभाव का अधिक मात्रात्मक दृश्य प्राप्त करने के लिए, शीतलन पंखे की गति व्यवस्थित रूप से विविध थी। ऑब्जेक्ट डिज़ाइन को छेद या लकीरों के बिना 25 मिमी x 12 मिमी x 0.8 मिमी (चौड़ाई x ऊंचाई x गहराई) की दीवार के लिए सरल ीकृत किया गया था। तालिका 1 के समान प्रिंट सेटिंग्स का उपयोग किया गया था। प्रयोग 12 बार किया गया था, जिसमें 0%, 20%, 40%, 60%, 80%, और 100% की कूलिंग फैन गति थी, प्रत्येक डुप्लिकेट में। परिणामी फिल्में पूरक फिल्में 3, पूरक फिल्म 4, पूरक फिल्म 5, पूरक फिल्म 6, पूरक फिल्म 7, और पूरक फिल्म 8, साथ ही पूरक कोडिंग फ़ाइल 6, पूरक कोडिंग फ़ाइल 7, पूरक कोडिंग फ़ाइल 8, पूरक कोडिंग फ़ाइल 9, पूरक कोडिंग फ़ाइल 10, और पूरक कोडिंग फ़ाइल 11 में पाई जा सकती हैं।

मात्रात्मक रूप से विभिन्न पंखे की गति के लिए वेल्डिंग क्षेत्रों की तुलना करने के लिए, एलएसआई परिणामों पर उन्नत डेटा विश्लेषण किया गया था। इस डेटा विश्लेषण का लक्ष्य वेल्डिंग क्षेत्र में बहुलक गति की सीमा की ऊंचाई प्रोफ़ाइल प्राप्त करना था। संबंधित पूरी तरह से टिप्पणी की गई MATLAB स्क्रिप्ट पूरक कोडिंग फ़ाइल 4 में पाई जा सकती है और संक्षेप में वर्णित है। फिल्म में प्रत्येक एलएसआई छवि के लिए, क्षैतिज दिशा के साथ माध्य लेकर एक ऊंचाई प्रोफ़ाइल की गणना की जाती है। छवियों के प्रोफाइल जहां आरओआई में प्रिंट हेड है, वेल्डिंग ज़ोन के चारों ओर एक अलग चोटी दिखाते हैं। विशेष रूप से उन प्रोफाइल का चयन करने के लिए, केवल 8 डीबी से ऊपर के शिखर वाले प्रोफाइल को ध्यान में रखा जाता है। प्रोफाइल जिसमें यह शिखर आरओआई के किनारे के बहुत करीब है, उन्हें भी छोड़ दिया जाता है। सभी प्रोफाइल ों की चरम स्थितियों को बाद में उस ऊंचाई के सापेक्ष एक औसत प्रोफ़ाइल देने के लिए संरेखित किया जाता है जिस पर पॉलिमर सबसे अधिक मोबाइल होते हैं। छह अलग-अलग शीतलन पंखे की गति के लिए परिणामी प्रोफाइल चित्रा 4 में प्लॉट किए गए हैं।

Figure 4
चित्रा 4: शीतलन पंखे की गति की व्यवस्थित भिन्नता के लिए ऊंचाई प्रोफाइल। बाएं: पूरक कोडिंग फ़ाइल 4 में उन्नत डेटा विश्लेषण स्क्रिप्ट से प्राप्त 100% (काला), 80% (नीला), 60% (बैंगनी), 40% (लाल), 20% (नारंगी), और 0% (पीला) की कूलिंग फैन गति के लिए वेल्डिंग ज़ोन प्रोफाइल। छायांकित क्षेत्र डुप्लिकेट प्रयोगों के बीच मानक विचलन है। सही योजनाबद्ध एक विशिष्ट एलएसआई छवि की प्रोफ़ाइल प्राप्त करने के लिए औसत प्रक्रिया की व्याख्या करता है। सभी प्राप्त प्रोफाइल की चोटियों के अधिकतम को संरेखित करके, वेल्डिंग ज़ोन प्राप्त किया जाता है। वेल्डिंग ज़ोन का अधिकतम (सापेक्ष ऊंचाई = 0) वह ऊंचाई है जिस पर पॉलिमर सबसे अधिक गतिशील होते हैं। प्रत्येक प्रयोग की पूर्ण विस्तृत एलएसआई और ब्राइटफील्ड फिल्में पूरक फिल्म 3, पूरक फिल्म 4, पूरक फिल्म 5, पूरक फिल्म 6, पूरक फिल्म 7, और पूरक फिल्म 8 में उपलब्ध हैं। इस आंकड़े के लिए मुद्रित ऑब्जेक्ट पूरक कोडिंग फ़ाइल 5 में पाया जा सकता है, पूरक कोडिंग फ़ाइल 6 में संबंधित जी-कोड फ़ाइलों के साथ। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

40% -100% शीतलन के लिए वेल्डिंग ज़ोन प्रोफाइल लगभग समान थे। 20% शीतलन के लिए वेल्डिंग ज़ोन में एक कंधा था जो कई गहरी परतों में पहुंच गया था। 0% शीतलन के लिए वेल्डिंग क्षेत्र पूरे मापा क्षेत्र में विस्तारित हुआ। जिस ऊंचाई पर पॉलिमर सबसे अधिक गतिशील थे, वह सबसे हाल ही में मुद्रित परत में या उससे थोड़ा नीचे था। यह घटना सकारात्मक सापेक्ष ऊंचाइयों पर एक एलएसआई सिग्नल की उपस्थिति की व्याख्या करती है, क्योंकि गतिशीलता शिखर के ऊपर मुद्रित सामग्री होती है। सभी मामलों में, वेल्डिंग क्षेत्र 0.2 मिमी परत मोटाई से बहुत गहरा पहुंच गया।

पूरक फ़ाइल 1: एलएसआई सेटअप.xls। यहां उपयोग किए जाने वाले एलएसआई उपकरण के हार्डवेयर पैरामीटर। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 2: एलएसआई विश्लेषण.docx। एलएसआई छवियों में कच्चे धब्बे छवियों के रूपांतरण की व्याख्या। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फिल्म 1: चित्र 2 में वर्णित प्रयोग की एलएसआई और ब्राइटफील्ड फिल्म। फिल्म 12.5 x वास्तविक समय की गति से खेली जाती है। ऊपरी भाग एलएसआई परिणाम है, और निचला हिस्सा एलएसआई आरओआई के साथ सिंक्रनाइज़ ब्राइटफील्ड दृश्य है। इस फिल्म को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक फिल्म 2: एलएसआई और प्रयोग की ब्राइटफील्ड फिल्म चित्रा 3 में वर्णित है। फिल्म 12.5 x वास्तविक समय की गति से खेली जाती है। ऊपरी भाग एलएसआई परिणाम है, और निचला हिस्सा एलएसआई आरओआई के साथ सिंक्रनाइज़ ब्राइटफील्ड दृश्य है। इस फिल्म को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक मूवी 3: चित्रा 4 में वर्णित 100% शीतलन पंखे की गति प्रयोग। फिल्म 12.5 x वास्तविक समय की गति से खेली जाती है। ऊपरी भाग एलएसआई परिणाम है, और निचला हिस्सा एलएसआई आरओआई के साथ सिंक्रनाइज़ ब्राइटफील्ड दृश्य है। इस फिल्म को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक मूवी 4: चित्रा 4 में वर्णित 80% शीतलन पंखे की गति प्रयोग। फिल्म 12.5 x वास्तविक समय की गति से खेली जाती है। ऊपरी भाग एलएसआई परिणाम है, और निचला हिस्सा एलएसआई आरओआई के साथ सिंक्रनाइज़ ब्राइटफील्ड दृश्य है। इस फिल्म को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक मूवी 5: चित्रा 4 में वर्णित 60% शीतलन पंखे की गति प्रयोग। फिल्म 12.5 x वास्तविक समय की गति से खेली जाती है। ऊपरी भाग एलएसआई परिणाम है, और निचला हिस्सा एलएसआई आरओआई के साथ सिंक्रनाइज़ ब्राइटफील्ड दृश्य है। इस फिल्म को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक मूवी 6: चित्रा 4 में वर्णित 40% शीतलन पंखे की गति प्रयोग। फिल्म 12.5 x वास्तविक समय की गति से खेली जाती है। ऊपरी भाग एलएसआई परिणाम है, और निचला हिस्सा एलएसआई आरओआई के साथ सिंक्रनाइज़ ब्राइटफील्ड दृश्य है। इस फिल्म को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक मूवी 7: चित्रा 4 में वर्णित 20% शीतलन पंखे की गति प्रयोग। फिल्म 12.5 x वास्तविक समय की गति से खेली जाती है। ऊपरी भाग एलएसआई परिणाम है, और निचला हिस्सा एलएसआई आरओआई के साथ सिंक्रनाइज़ ब्राइटफील्ड दृश्य है। इस फिल्म को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक मूवी 8: चित्रा 4 में वर्णित 0% शीतलन पंखे की गति प्रयोग। फिल्म 12.5 x वास्तविक समय की गति से खेली जाती है। ऊपरी भाग एलएसआई परिणाम है, और निचला हिस्सा एलएसआई आरओआई के साथ सिंक्रनाइज़ ब्राइटफील्ड दृश्य है। इस फिल्म को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

पूरक कोडिंग फ़ाइल 1: wall_with_holes.stl. चित्रा 1 में वर्णित ऑब्जेक्ट के लिए 3 डी डिज़ाइन। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 2: wall_with_holes.gcode. कटा हुआ ऑब्जेक्ट तालिका 1 से सेटिंग्स के साथ wall_with_holes.stl है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 3: कॉन्फ़िगरेशन.ini. स्लाइसिंग सॉफ़्टवेयर के लिए कॉन्फ़िगरेशन फ़ाइल. कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 4: AdvancedDataAnalysis_FanSpeed.m. कूलिंग फैन स्वीप डेटा पर उन्नत डेटा विश्लेषण करने के लिए स्क्रिप्ट और प्लॉट चित्रा 4। स्क्रिप्ट पूरी तरह से टिप्पणी की गई है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 5: wall.stl. चित्रा 4 में डेटा एकत्र करने के लिए उपयोग की जाने वाली वस्तु का 3 डी डिज़ाइन। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 6: wall_100%fan.gcode. 100% शीतलन पंखे की गति के साथ कटा हुआ ऑब्जेक्ट वॉल.stl । कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 7: wall_80%fan.gcode. 80% शीतलन पंखे की गति के साथ कटा हुआ ऑब्जेक्ट वॉल.एसटीएल । कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 8: wall_60%fan.gcode. 60% शीतलन पंखे की गति के साथ कटा हुआ ऑब्जेक्ट वॉल.stl. कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 9: wall_40%fan.gcode. 40% शीतलन पंखे की गति के साथ कटा हुआ ऑब्जेक्ट वॉल.stl । कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 10: wall_20%fan.gcode. 20% शीतलन पंखे की गति के साथ कटा हुआ ऑब्जेक्ट वॉल.एसटीएल । कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 11: wall_0%fan.gcode. 0% शीतलन पंखे की गति के साथ कटा हुआ ऑब्जेक्ट वॉल.stl. कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Discussion

इस शोध में वर्णित प्रयोगों और परिणामों से पता चलता है कि एलएसआई एक आसानी से लागू उपकरण है जो योजक विनिर्माण के दौरान परत बंधन की गहरी समझ के लिए अनुमति देता है। एलएसआई बहुलक गति के प्रत्यक्ष माप की अनुमति देता है, जिसे बहुलक श्रृंखलाओं के अंतःप्रवेश और बाद में झुकाव द्वारा एक सुसंगत सामग्री बनाने के लिए बारीकी से ट्यून किया जाना चाहिए। सीटू में परत बंधन को मापने के लिए सबसे आम विकल्प अवरक्त इमेजिंग 3,4,5 है। यह अच्छी तरह से स्थापित विधि प्लास्टिक8,9 के स्थानीय सतह के तापमान को चित्रित करती है, जो सामग्री के अंदर बहुलक गति का एक अप्रत्यक्ष माप है। गर्म प्लास्टिक के साथ, गति तेज होती है, और बंधन मजबूत हो जाता है। हालांकि, तापमान और गति के बीच संबंध रैखिक नहीं है, क्योंकि मुद्रण तापमान पिघलने और ग्लास संक्रमण तापमान 6,7 को पार करता है। यह गैर-तुच्छ संबंध सीधे एलएसआई छवियों में देखा जा सकता है; विशेष रूप से, तरल-जैसे शीर्ष और ठोस-जैसे तल क्षेत्रों के बीच एक तेज संक्रमण होता है, जबकि तापमान ढाल कहीं अधिक क्रमिक होने की उम्मीद है। आईआर इमेजिंग का एक और दोष यह है कि यह केवल सतह के तापमान को मापता है, जबकि एलएसआई बहुलक गति को मापता है जो आमतौर पर सामग्री के अंदर कई मिलीमीटर गहरा होता है।

आईआर इमेजिंग की तरह, एलएसआई का यह कार्यान्वयन अनिवार्य रूप से एक पॉइंट-एंड-शूट विधि है; इसका उपयोग सीटू में किया जा सकता है यदि कैमरे को रुचि के क्षेत्र में इंगित किया जा सकता है। बहुमुखी तिपाई और 0.7 मीटर की लंबी कामकाजी दूरी किसी भी उपलब्ध 3 डी प्रिंटर का उपयोग करने की स्वतंत्रता देती है। महत्वपूर्ण रूप से, एलएसआई नैनोस्कोपिक गतियों के प्रति संवेदनशील है, और इस प्रकार, परिवेश और मुद्रण प्रक्रिया से कंपन को कम करनाहोगा। उदाहरण के लिए, एक ही मेज पर एक और कार्य करना या एक दरवाजे को पटकना हस्तक्षेप का कारण होगा। इसलिए, किसी को सेटअप के चारों ओर सावधानी पूर्वक चलना चाहिए; हालांकि, कमरे की रोशनी या एयरफ्लो आम तौर पर प्रक्रिया में हस्तक्षेप नहीं करते हैं।

एलएसआई परत बंधन प्रक्रिया में विस्तृत अंतर्दृष्टि देता है और आईआर इमेजिंग के रूप में आसानी से लागू किया जा सकता है। हम कल्पना करते हैं कि एलएसआई में उन्नत 3 डी प्रिंटिंग विधियों के विकास और समझ में सहायता करने की बड़ी क्षमता है। कूलिंग फैन स्पीड स्वीप 3 डी प्रिंटिंग के साथ एलएसआई के संयोजन से क्या संभव है, इसकी एक झलक दिखाता है। जैसा कि परिचय में चर्चा की गई है, इष्टतम शीतलन गति परत बंधन में सुधार के लिए प्लास्टिक पिघला हुआ लंबे समय तक रखने के बीच एक संतुलन है, लेकिन प्रवाह को रोकने के लिए इसे तेजी से ठंडा करना है। 40% -100% शीतलन पंखे की गति के परिणाम बहुत समान थे; दरअसल, इन पंखे की गति ने कोई प्रवाह नहीं दिखाया और एक अच्छी सतह की गुणवत्ता का उत्पादन किया। 0% शीतलन पंखे की गति के साथ, सामग्री मुद्रित स्थान से दूर बहने लगी, लेकिन एलएसआई माप में पर्याप्त परत बंधन देखा गया। हमारे परिणामों के आधार पर, सतह की गुणवत्ता से समझौता किए बिना थोड़ा बेहतर परत बंधन प्राप्त करने के लिए 20% शीतलन पंखे की गति इष्टतम हो सकती है। हालांकि, अभ्यास में लागू किए जा सकने वाले निष्कर्ष निकालने के लिए, 0% और 40% के बीच अधिक शीतलन पंखे की गति का आकलन किया जाना चाहिए। वांछित गुणों पर बहुलक गति के प्रभावों का एक उद्देश्य और पूर्ण दृश्य प्राप्त करने के लिए सतह की गुणवत्ता और भौतिक शक्ति के लिए मात्रात्मक उपायों को स्थापित करना भी वांछनीय है। इसके अलावा, रचनात्मक 3 डी प्रिंटिंग अग्रिमों के मूल्यांकन के लिए दृष्टिकोण को और अधिक शक्तिशाली बनाया जा सकता है।

एलएसआई विश्लेषण के लिए चुनी गई सटीक सेटिंग्स महत्वपूर्ण त्रुटियों से ग्रस्त नहीं हैं जब तक कि तरल जैसे प्लास्टिक और ठोस जैसे प्लास्टिक चरणों को स्पष्ट रूप से अलग किया जा सके। पिघलने और ग्लास संक्रमण तापमान को पार करते समय बहुलक गति नाटकीय रूप से बदल जाती है, इसलिए एलएसआई सेटिंग्स की एक विस्तृत श्रृंखला कंट्रास्ट को अच्छी तरह से पकड़ती है। यह सामग्री आपूर्तिकर्ता द्वारा अनुशंसित 3 डी प्रिंटर सेटिंग्स के साथ एक सीधी वस्तु (जैसे, एक सीधी दीवार) के परीक्षण प्रिंट के साथ आसानी से परीक्षण किया जा सकता है। अधिक उन्नत एलएसआई उपयोगकर्ताओं के लिए, आवृत्ति सीमा में गहराई से जाने से अतिरिक्त जानकारी मिल सकती है, क्योंकि विभिन्न प्रकार की बहुलक गति को मात्रात्मक रूप से अलग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, उच्च आवृत्ति बहुलक गति उच्चतम तापमान से जुड़ी होती है, जो केवल प्रिंटर सिर के करीब मौजूद होती है। कम आवृत्ति बहुलक गति मध्यम तापमान से जुड़ी होती है, जो प्रिंटर सिर के आसपास बहुत बड़े क्षेत्र में मौजूद होती है और बहुतलंबे समय तक भी होती है। क्या संचयी कम आवृत्ति बहुलक गति के लिए संबंध की डिग्री छोटी, उच्च आवृत्ति गति (जैसे, गतिशील यांत्रिक विश्लेषण के साथ) के बराबर हो सकती है, इसकी जांच की जानी चाहिए। अधिकांश अन्य सेटिंग्स, जैसे कलरमैप स्केलिंग, आरओआई, बचत अंतराल और प्रयोग की लंबाई, पूरी तरह से एक स्पष्ट और आकर्षक परिणाम देने के लिए चुनी जाती हैं। 3 डी प्रिंटिंग सेटिंग्स के बारे में, बहुत स्वतंत्रता भी है, क्योंकि एलएसआई उपयोगकर्ता को किसी भी सेटिंग्स को बदलने के परिणामों का निष्पक्ष रूप से आकलन करने की अनुमति देता है। विशेष रूप से, प्रिंटिंग की गति में भारी बदलाव एलएसआई डेटा की व्याख्या को बदल देता है। इस काम में, प्रिंटर हेड के एक पास के दौरान कई एलएसआई छवियों को कैप्चर करने के लिए 10 मिमी / सेकंड की धीमी प्रिंटिंग और यात्रा गति का उपयोग किया गया था। यदि पीएलए के लिए 60 मिमी / सेकंड की अधिक सामान्य प्रिंट गति का उपयोग किया जाता है, तो एलएसआई छवि के लिए लगभग एक पूर्ण परत मुद्रित की जाएगी, और इस प्रकार, एक परत के भीतर औसत होगा। यदि 300 मिमी / सेकंड और तेज जैसी उच्च अंत गति के साथ प्रयोग किया जाता है, तो कई परतों पर औसत होगा। फिर भी, यह पूरी तरह से सटीक प्रिंट ज्यामिति और एलएसआई सेटिंग्स पर निर्भर है और उन्नत मशीन डिजाइन के माध्यम से एक अनुभवी एलएसआई उपयोगकर्ता द्वारा आसानी से कम किया जा सकता है, दृश्य के क्षेत्र के आकार को समायोजित करना, या तेज कैमरे का उपयोग करना। दोनों दृष्टिकोणों को एक अधिक शक्तिशाली लेजर की आवश्यकता होती है, जो चिंतनशील प्रिंटर हेड के साथ संयोजन में, अतिरिक्त लेजर सुरक्षा सावधानियों की आवश्यकता होती है। अपेक्षाकृत धीमी मुद्रण गति का परत बंधन पर भी सकारात्मक प्रभाव पड़ता है, क्योंकि यह पहले साबित हुआ था कि धीमी मुद्रण गतिके साथ प्लास्टिक में गर्मी हस्तांतरण बढ़ जाता है।

इस दृष्टिकोण के लिए एक संभावित नई दिशा नई सामग्री का परीक्षण है; उदाहरण के लिए, एलएसआई का उपयोग प्रासंगिक संक्रमणों की कल्पना करने और अनुशंसित प्रिंटर सेटिंग्स को निष्पक्ष रूप से निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है जो शीर्ष परत के आवेदन पर पांच-परत वेल्डिंग क्षेत्र देते हैं। एक अन्य अनुप्रयोग विशिष्ट स्थितियों में वेल्डिंग क्षेत्र का अध्ययन करना हो सकता है जहां प्रिंट की गुणवत्ता विश्वसनीय रूप से अच्छी नहीं है, जैसे कि पुलों, ओवरहैंग या तेज कोनों के लिए। यदि कठिन परिस्थितियों में वेल्डिंग क्षेत्र को बेहतर ढंग से समझा जा सकता है, तो जी-कोड में क्षतिपूर्ति करना संभव होना चाहिए। बिल्ड प्लेट18 में अच्छा आसंजन प्राप्त करने के लिए पहली परत को बाकी परतों की तुलना में गर्म और धीमी गति से प्रिंट करना पहले से ही आम बात है। हम इसी तरह के गतिशील जी-कोड स्लाइसिंग के उपयोग की कल्पना करते हैं, जहां, उदाहरण के लिए, कोनों या पुलों का उत्पादन करने के लिए फैन कूलिंग को समायोजित किया जा सकता है। बाहरी दीवार सामग्री को चिकनी फिनिश और बाकी सामग्री के साथ प्रिंट करना और सामग्री की ताकत और दृश्य उपस्थिति दोनों को अधिकतम करने के लिए खुरदरी लेकिन मजबूत भरना भी संभव होना चाहिए।

इस लेख ने प्लास्टिक एक्सट्रूज़न के बाद परत बंधन प्रक्रिया का अध्ययन करने के लिए एलएसआई के आवेदन पर चर्चा की है। तकनीक इस कार्य के लिए उत्कृष्ट है, क्योंकि यह 3 डी प्रिंटिंग के दौरान वास्तविक समय में प्राथमिक मान्यताओं के बिना अंतर्निहित बहुलक गति की कल्पना कर सकती है। हालांकि, यह सामग्री सामंजस्य पर कोई जानकारी नहीं देता है, इसलिए अतिरिक्त परीक्षण की आवश्यकता होगी। चर्चा की गई अन्य कमियां स्थितिजन्य हैं; प्रति सेकंड चार एलएसआई छवियों की सीमित इमेजिंग गति को एक बड़े लेजर और अतिरिक्त लेजर सुरक्षा उपायों के साथ बढ़ाया जा सकता है, और कंपन संवेदनशीलता को सावधानी या कंपन में कमी हार्डवेयर की आवश्यकता होती है। एलएसआई को सस्ते और छोटे डिजिटल कैमरों और लेजर19,20 के साथ किया जा सकता है, जो लाइव गुणवत्ता नियंत्रण और प्रिंटिंग मापदंडों की गतिशील ट्यूनिंग के लिए लगभग हर 3 डी प्रिंटर में एकीकरण की अनुमति देता है। हालांकि, 3 डी प्रिंटिंग के दौरान परत बंधन के गहन ज्ञान को विकसित करने के लिए एलएसआई को नियोजित करना अधिक समझ में आता है। यदि इस समझ का उपयोग अधिक उन्नत स्लाइसिंग सॉफ़्टवेयर विकसित करने के लिए किया जाता है, तो प्रत्येक उपभोक्ता 3 डी प्रिंटर प्राप्त ज्ञान से लाभ उठा सकता है।

Disclosures

जेसी बुइज़ एक स्टार्ट-अप कंपनी शुरू करने की प्रक्रिया में है जो एलएसआई उपकरण और सॉफ्टवेयर बेचता है जो इस लेख में उपयोग किया जाता है। अन्य लेखकों ने हितों के टकराव की घोषणा नहीं की है।

Acknowledgments

लेखकों को कोई बाहरी धन नहीं मिला।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D-drawing sofware Autodesk TinkerCad tinkercad.com
3D-Printer Prusa3D Original Prusa i3 MK3S
Advanced data analysis software MathWorks MATLAB R2018b
Image viewing sofware National Institutes of Health ImageJ 1.47v
LSI instrument NanoMoI NanoMoi allround company to be founded 2023
Polylactic acid (PLA) filament REAL filament white 1,75 mm PLA 1 kg
Slicing software Prusa3D PrusaSlicer-2.5.0

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Daminabo, S. C., Goel, S., Grammatikos, S. A., Nezhad, H. Y., Thakur, V. K. Fused deposition modeling-based additive manufacturing (3D printing): Techniques for polymer material systems. Materials Today Chemistry. 16, 100248 (2020).
  2. Lee, C. Y., Liu, C. Y. The influence of forced-air cooling on a 3D printed PLA part manufactured by fused filament fabrication. Additive Manufacturing. 25, 196-203 (2019).
  3. Seppala, J. E., Migler, K. D. Infrared thermography of welding zones produced by polymer extrusion additive manufacturing. Additive Manufacturing. 12, 71-76 (2016).
  4. Shmueli, Y., et al. Simultaneous in situ X-ray scattering and infrared imaging of polymer extrusion in additive manufacturing. ACS Applied Polymer Materials. 1 (6), 1559-1567 (2019).
  5. Dinwiddie, R. B., et al. Infrared imaging of the polymer 3D-printing process. Thermosense: Thermal Infrared Applications XXXVI. 9105, 910502 (2014).
  6. Yousefpour, A., Hojjati, M., Immarigeon, J. P. Fusion bonding/welding of thermoplastic composites. Journal of Thermoplastic Composite Materials. 17 (4), 303-341 (2004).
  7. Peterson, A. M. Review of acrylonitrile butadiene styrene in fused filament fabrication: A plastics engineering-focused perspective. Additive Manufacturing. 27, 363-371 (2019).
  8. Menaka, M., Vasudevan, M., Venkatraman, B., Raj, B. Estimating bead width and depth of penetration during welding by infrared thermal imaging. Insight-Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 47 (9), 564-568 (2005).
  9. Möllmann, K. P., Vollmer, M. Infrared thermal imaging as a tool in university physics education. European Journal of Physics. 28 (3), 37 (2007).
  10. Dela Torre, I. M., Montes, M. D. S. H., Flores-Moreno, J. M., Santoyo, F. M. Laser speckle based digital optical methods in structural mechanics: A review. Optics and Lasers in Engineering. 87, 32-58 (2016).
  11. Senarathna, J., Rege, A., Li, N., Thakor, N. V. Laser speckle contrast imaging: Theory, instrumentation and applications. IEEE Reviews in Biomedical Engineering. 6, 99-110 (2013).
  12. Buijs, J. J. Simpler, faster, and softer: Towards broad application of laser speckle imaging in art conservation and soft matter. Wageningen University and Research. , The Netherlands. PhD Thesis (2022).
  13. van der Kooij, H. M., et al. Morphing of liquid crystal surfaces by emergent collectivity. Nature Communications. 10 (1), 3501 (2019).
  14. van Der Kooij, H. M., Broer, D. J., Liu, D., Sprakel, J. Electroplasticization of liquid crystal polymer networks. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (17), 19927-19937 (2020).
  15. van der Kooij, H. M., et al. Laser speckle strain imaging reveals the origin of delayed fracture in a soft solid. Science Advances. 4 (5), (2018).
  16. vander Kooij, H. M., Susa, A., García, S. J., vander Zwaag, S., Sprakel, J. Imaging the molecular motions of autonomous repair in a self-healing polymer. Advanced Materials. 29 (26), 1701017 (2017).
  17. Buijs, J., Gucht, J. V. D., Sprakel, J. Fourier transforms for fast and quantitative laser speckle imaging. Scientific Reports. 9 (1), 13279 (2019).
  18. Ehrmann, G., Ehrmann, A. Investigation of the shape-memory properties of 3D printed PLA structures with different infills. Polymers. 13 (1), 164 (2021).
  19. Richards, L. M., Kazmi, S. S., Davis, J. L., Olin, K. E., Dunn, A. K. Low-cost laser speckle contrast imaging of blood flow using a webcam. Biomedical Optics Express. 4 (10), 2269-2283 (2013).
  20. Chen, H. L., Lai, C. L., Hsu, K. Y., Liu, W. M. Implementation of laser speckle imaging system with low cost consumer graded instrumentation for skin perfusion. 2016 IEEE International Conference on Consumer Electronics-Taiwan (ICCE-TW). , 1-2 (2016).

Tags

इस महीने JoVE में अंक 199
3 डी-मुद्रित परतों में बॉन्डिंग की वास्तविक समय इमेजिंग
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Buijs, J. J., Fix, R., van der… More

Buijs, J. J., Fix, R., van der Kooij, H. M., Kodger, T. E. Real-Time Imaging of Bonding in 3D-Printed Layers. J. Vis. Exp. (199), e65415, doi:10.3791/65415 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter