कल्पना कीजिए कि समान 3D प्रिंटर का उपयोग समान PLA सामग्री के साथ किया जा रहा है, फिर भी परत की ऊंचाई को बदलकर या फ़िलामेंट के रंगों को बदलकर नाटकीय रूप से अलग प्रदर्शन विशेषताओं वाले हिस्से तैयार किए जा रहे हैं। यह पेचीदा घटना फ्यूज़्ड डिपोजिशन मॉडलिंग (FDM) अनुप्रयोगों में असामान्य नहीं है। यह लेख इस बात की जांच करता है कि कैसे ये प्रतीत होने वाले छोटे कारक—परत की ऊंचाई और फ़िलामेंट का रंग—पॉलीलेक्टिक एसिड (PLA) प्रिंट की यांत्रिक गुणों और आयामी सटीकता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकते हैं, जो 3D प्रिंटिंग मापदंडों को अनुकूलित करने के लिए अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।
योजक निर्माण (AM), जिसे आमतौर पर 3D प्रिंटिंग के रूप में जाना जाता है, तेजी से औद्योगिक उत्पादन को बदल रहा है। "चौथी औद्योगिक क्रांति" की एक सीमांत तकनीक के रूप में जाना जाता है, इसका मूल सिद्धांत क्रमिक सामग्री जमाव के माध्यम से त्रि-आयामी वस्तुओं का निर्माण करना शामिल है। मशीनिंग या कास्टिंग जैसी पारंपरिक विनिर्माण विधियों की तुलना में, 3D प्रिंटिंग विशिष्ट लाभ प्रदान करता है:
इन लाभों ने औद्योगिक, शैक्षिक, चिकित्सा और उपभोक्ता क्षेत्रों में व्यापक रूप से अपनाने को बढ़ावा दिया है, जिसमें बाजार अनुमानों से निरंतर वृद्धि का संकेत मिलता है।
विभिन्न 3D प्रिंटिंग तकनीकों में, FDM अपनी सामर्थ्य और परिचालन सादगी के लिए अलग है। प्रक्रिया थर्मोप्लास्टिक फिलामेंट को एक गर्म नोजल के माध्यम से खिलाती है, पिघली हुई सामग्री को सटीक परतों में जमा करती है ताकि त्रि-आयामी वस्तुएं बन सकें। PLA अपने कम गलनांक, प्रिंटिंग में आसानी, न्यूनतम विषाक्तता और नवीकरणीय उत्पत्ति के कारण सबसे प्रचलित FDM सामग्री बनी हुई है। कई रंगों में उपलब्ध, PLA विभिन्न अनुप्रयोगों की सेवा करता है।
जैसे-जैसे 3D प्रिंटिंग प्रोटोटाइप से निर्माण में बदलती है, पैरामीटर अनुकूलन महत्वपूर्ण हो जाता है। अंतिम उत्पाद की गुणवत्ता—जिसमें आयामी सटीकता, विरूपण, द्रव्यमान विचलन, सरंध्रता और सतह की बनावट शामिल है—कई परस्पर संबंधित प्रक्रिया चर पर निर्भर करती है। पारंपरिक विनिर्माण के विपरीत, FDM भाग की ताकत थोक सामग्री गुणों के बजाय आंतरिक संरचना द्वारा निर्धारित की जाती है।
शोधकर्ताओं ने प्रिंट तापमान, बिल्ड प्लेट तापमान, परत की मोटाई, प्रिंट गति, अभिविन्यास, रैस्टर कोण, भरण पैटर्न/घनत्व, भंडारण की स्थिति, पोस्ट-प्रोसेसिंग और एजिंग सहित कई मापदंडों की जांच की है। हालाँकि, सामग्री विनिर्देशों (रंग, व्यास, निर्माता) और उपकरण चर (खुला/बंद बिल्ड वातावरण) को अक्सर अध्ययनों में अपर्याप्त ध्यान मिलता है।
परत की ऊंचाई—आमतौर पर नोजल व्यास के आधे तक सीमित—सबसे अधिक अध्ययन किए गए FDM मापदंडों में से एक का प्रतिनिधित्व करती है। जबकि परत की ऊंचाई बढ़ने से प्रिंट का समय कम हो जाता है, यह भाग के रिज़ॉल्यूशन से समझौता करता है। उत्पादन दक्षता और विवरण प्रजनन के बीच इस व्यापार-बंद पर सावधानीपूर्वक विचार करने की आवश्यकता है।
यांत्रिक गुणों पर परत की ऊंचाई के प्रभाव के संबंध में अकादमिक सहमति विभाजित रहती है। कुछ अध्ययनों में PLA भाग की ताकत पर न्यूनतम प्रभाव की सूचना दी गई है, जबकि अन्य परत की ऊंचाई को अंतिम तन्य शक्ति (UTS) को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक के रूप में पहचानते हैं। रुझानों के संबंध में विरोधाभासी निष्कर्ष मौजूद हैं—अधिकांश शोधकर्ता कम परत की ऊंचाई के साथ UTS में वृद्धि देखते हैं, हालाँकि कुछ व्युत्क्रम संबंध या इष्टतम मध्यवर्ती श्रेणियों की रिपोर्ट करते हैं।
ये विसंगतियाँ संभवतः विशिष्ट तापीय स्थितियाँ बनाने वाले पैरामीटर संयोजनों में भिन्नता से उत्पन्न होती हैं, जो अध्ययनों में व्यापक परत ऊंचाई श्रेणियों (0.06 मिमी से 0.6 मिमी) से जटिल होती हैं।
विभिन्न परत ऊंचाइयों पर PLA यांत्रिक गुणों पर रंग के प्रभाव की जांच करने वाला शोध दुर्लभ है। कई अध्ययनों में नमूना रंग को पूरी तरह से छोड़ दिया जाता है, जो इसकी महत्वहीनता के बारे में पारंपरिक धारणाओं को दर्शाता है। निर्माता आमतौर पर सभी PLA रंगों के लिए समान सामग्री डेटा प्रदान करते हैं, फिर भी वर्णक योजक तापीय व्यवहार को बदल सकते हैं—इंटरलेयर आसंजन को प्रभावित करते हैं और अंततः यांत्रिक प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं।
उभरते साक्ष्य से पता चलता है कि समान रूप से मुद्रित रंगीन PLA नमूनों के बीच UTS में 31% तक भिन्नता होती है। हालाँकि, मौजूदा अध्ययनों में UTS पर रंग और परत ऊंचाई की बातचीत का व्यापक विश्लेषण नहीं किया गया है।
व्यापक शोध PLA भाग की सटीकता पर परत की ऊंचाई के महत्वपूर्ण प्रभाव की पुष्टि करता है। 0.05 मिमी से 0.5 मिमी की सीमा के भीतर, अधिकांश अध्ययन कम परत ऊंचाइयों के साथ बेहतर आयामी सटीकता का प्रदर्शन करते हैं, हालाँकि X, Y और Z अक्षों में विचलन बिल्ड ओरिएंटेशन के आधार पर भिन्न होते हैं।
एक उल्लेखनीय जांच ने चित्रित परीक्षण टुकड़ों के लिए प्रिंट गति (50-70 मिमी/सेकंड) और परत की ऊंचाई (0.10-0.20 मिमी) को आयामी सटीकता के साथ सहसंबद्ध किया। निष्कर्षों ने पैरामीटर-ज्यामिति निर्भरता पर जोर दिया, हालाँकि संकीर्ण परत ऊंचाई सीमा (0.10-0.20 मिमी) विशिष्ट PLA सटीकता बेंचमार्क का प्रतिनिधित्व करती है।
केवल दो अध्ययनों में स्पष्ट रूप से PLA रंग को आयामी सटीकता को प्रभावित करने के रूप में पहचाना गया है, जिनमें से किसी ने भी रंग-परत ऊंचाई की बातचीत की जांच नहीं की। एक ने सटीकता के लिए इष्टतम रंग-अभिविन्यास संयोजनों (सफेद/ग्रे/काला) की स्थापना की, जबकि दूसरे (0.5 मिमी पर गुलाबी/ग्रे/हरा/पारदर्शी नमूनों का उपयोग करके) ने विभिन्न तापमानों पर वर्णक प्रभावों का अध्ययन किया। अधिकांश अध्ययनों में रंग नियंत्रित चर नहीं होने पर पूर्ण सामग्री विनिर्देशों का अभाव होता है।
यह अध्ययन मूल्यांकन करता है कि कैसे PLA रंग FDM प्रिंटिंग में परत की ऊंचाई और यांत्रिक शक्ति/आयामी सटीकता दोनों के बीच के संबंध को प्रभावित करता है। रंग (प्राकृतिक, काला, लाल, ग्रे) और परत की ऊंचाई (0.05 मिमी, 0.10 मिमी, 0.15 मिमी, 0.20 मिमी) को एकमात्र चर के रूप में अलग करके, जबकि लगातार प्रिंटिंग मापदंडों को बनाए रखते हुए, शोध का उद्देश्य इन महत्वपूर्ण अंतःक्रियाओं को स्पष्ट करना है।
