Επιλογή συνθηκών κατεργασίας στη τρισδιάστατη εκτύπωση (FDM) πορωδών τεμαχίων με τη μέθοδο Taguchi - Φιλιππίδης, Πρόδρομος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, 2018)
Υπάρχουν διάφορες τεχνικές κατεργασιών με πρόσθεση υλικού(Additive Manufacturing-AM), η πλέον διαδεδομένη εκ των οποίων είναι η μοντελοποίηση σύντηξης εναπόθεσης (FDM). Στη διαδικασία FDM, το υλικό νήματος τροφοδοσίας θερμαίνεται και τήκεται σε ημίρρευστη κατάσταση. Στη συνέχεια, το ημίρρευστο υλικό εξωθείται μέσω του άκρου της κεφαλής του ακροφυσίου. Η κεφαλή του ακροφυσίου κινείται κατακόρυφα και οριζόντια για να σχηματίσει το τρισδιάστατο αντικείμενο απευθείας από ψηφιακό μοντέλο CAD σε μορφή διαδοχικών στρώσεων που εναποτίθενται η μία πάνω στην άλλη. Μέσω της διαδικασίας FDM μπορούν να κατασκευαστούν πορώδεις δομές (porous structures). Αυτές οι δομές είναι επαναλαμβανόμενες διατάξεις ενός μοναδιαίου κυττάρου (unit cell) σε μια ογκομετρική περιοχή. Οι πορώδεις δομές έχουν χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές μηχανικής συμπεριλαμβανομένων υπερελαφρών κατασκευών και συμβατικής ψύξης. Επίσης χρησιμοποιούνται εκτενώς ως βιοσυμβατά υλικά για ορθοπεδικά εμφυτεύματα και στη μηχανική ιστών(tissue engineering). Η μέθοδος Taguchi που αποτελεί μια τεχνική Σχεδιασμού Πειραμάτων (Design of Experiments-DOE) έχει χρησιμοποιηθεί πάρα πολύ για τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων κατεργασίας προϊόντων μέσω διεξοδικής πειραματικής έρευνας. Δεδομένου ότι η τεχνολογία ΑΜ επηρεάζεται από πολλές παραμέτρους κατεργασίας, και επί του παρόντος έχει σχετικά υψηλό κόστος ανά τεμάχιο και είναι σχετικά αργή, το κόστος ενός πειράματος πλήρους παραγοντικής μεθόδου (full factorial) είναι αρκετά σημαντικό. Ο σχεδιασμός πειραμάτων με τη μέθοδο Taguchi μπορεί να απλοποιήσει σημαντικά τον πειραματικό σχεδιασμό. Στη συγκεκριμένη εργασία γίνεται μια προσπάθεια αξιολόγησης της διαστασιακής ακρίβειας πορωδών δομών. Η διαστασιακή ακρίβεια αναφέρεται στην απόκλιση που παρατηρείται ανάμεσα στην επιθυμητές και πραγματικές τιμές των διαστάσεων των πόρων. Αφού επιλεχθούν οι παράγοντες που θα μελετηθούν καταστρώνεται το πείραμα μέσω της μεθόδου Taguchi και στη συνέχεια κατασκευάζονται τα δοκίμια. Έπειτα φωτογραφίζονται σε στερεοσκόπιο και γίνονται οι απαραίτητες μετρήσεις διαστάσεων με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού. Τέλος γίνεται η ανάλυση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων χρησιμοποιώντας ανάλυση Taguchi και ANOVA. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την ανάλυση των δεδομένων των μετρήσεων (ANOVA) έδειξαν ότι η ταχύτητα εκτύπωσης είναι ο παράγοντας που επηρεάζει περισσότερο τη κατεργασία FDM κατά μήκος της διεύθυνσης του Χ άξονα σε ποσοστό 59,28%. Η ταχύτητα εκτύπωσης είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας κατά μήκος του Υ άξονα σε ποσοστό 72,63%. Το πάχος στρώσης παίζει τον πιο σημαντικό ρόλο κατά μήκος του Ζ άξονα σε ποσοστό 45,79%, καθώς και το γεφύρωμα σε ποσοστό 72,06%. Για τη βελτιστοποίηση και των τεσσάρων κριτηρίων ποιότητας χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Grey Taguchi, και από την ανάλυση προέκυψε ότι θέτοντας ίσα βάρη σε όλα τα χαρακτηριστικά ποιότητας, βέλτιστος είναι ο συνδυασμός: ποσότητα αναρρόφησης ινών 0,08, πάχος στρώσης 0,4 mm, θερμοκρασία 190° C και ταχύτητα εκτύπωσης 40mm/s. Προκύπτει επίσης ότι σημαντικότεροι παράγοντες είναι δύο: το πάχος στρώσης ακολουθούμενο από τη ταχύτητα εκτύπωσης. Η θερμοκρασία έχει μικρότερη σημασία, ενώ η ποσότητα αναρρόφησης ινών αμελητέα.