تشخیص نوع ناهمسانگردی و تعیین ضرایب تانسور سفتی قطعات ساخت افزایشی پلیمری با استفاده از امواج فراصوتی

در کاربردهای پزشکی و صنعتی اطلاع از خواص مکانیکی قطعات از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از موثرترین روش ها برای اندازه گیری خواص الاستیک قطعات روش آزمون غیرمخرب فراصوتی است. در این مقاله، اندازه گیری خواص الاستیک قطعاتی که با فرایند ساخت افزایشی ذوب رسوبی ساخته شده اند، با استفاده از آزمون فراصوتی انجام خواهد شد. بدین منظور قطعه ای با هندسه ای خاص از جنس پلیمر PLA به روش ساخت رشته رسوبی (FFF) ساخته می شود و سرعت موج در جهت های مختلف این قطعه اندازه گیری می شود. با فرض اینکه نوع ناهمسانگردی در این قطعه ساختار اورتوتروپیک با نه ثابت الاستیک است، ضرایب الاستیک قطعه بر اساس سرعت های اندازه گیری شده محاسبه می شود. سپس با وارون سازی تانسور الاستیک، ضرایب الاستیک مهندسی از جمله مدول یانگ، نسبت پواسون و مدول برشی قطعه نیز به دست می آیند. با بررسی دقیق ضرایب الاستیک اندازه گیری معلوم شد که نوع ناهمسانگردی ساده تر از ساختار اورتوتروپیک است و بدین جهت ناهمسانگردی شش وجهی (همسانگردی عرضی) با پنج ثابت الاستیک روی آن بررسی شد. نتایج نشان داد که ناهمسانگردی قطعه ساختار شش وجهی است. آزمون کشش نیز روی نمونه هایی از این ماده در جهت های مختلف انجام و نتایج آن با نتایج آزمون فراصوتی مقایسه و نشان داد که نتایج آزمون های فراصوتی و کشش تطابق دارند. برای تکمیل بحث، خواص دیگر آکوستیکی قطعه، از جمله تضیعف و امپدانس صوتی نیز در جهت های مختلف اندازه گیری و ارزیابی شد. روش فراصوتی معرفی شده در این مقاله می تواند برای تعیین اندازه گیری خواص الاستیک قطعات ناهمسانگرد ساخت افزایشی به کار رود و تغییرات احتمالی به وجود آمده در خواص الاستیک این قطعات را با دقت تشخیص دهد.