فرآیند ساخت افزودنی مبتنی بر فیلامنت فلزی (MFFF) : اصول، ویژگیها و چالشها
Keywords:
چاپ سه بعدی فلزات, ساخت افزودنی, MFFF, فیلامنت فلزیAbstract
در سالهای اخیر، فناوری چاپ سه بعدی به عنوان یک روش نوین ساخت، تحول چشمگیری در تولید قطعات با اشکال پیچیده ایجاد کرده است. با پیشرفت این فناوری، به تدریج روشهای متنوعی برای چاپ سه بعدی فلزات و سرامیکها ابداع شده که هرکدام مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارند. در این میان، فرآیند ساخت افزودنی مبتنی بر فیلامنت فلزی(MFFF) یکی از جدیدترین و امیدبخشترین روشها محسوب میشود که ترکیبی از سادگی سیستمهای مبتنی بر اکستروژن پلیمری و قابلیت ساخت قطعات فلزی را ارائه میدهد. در این مقاله مروری، ابتدا به بررسی کلی ساخت افزودنی (AM) پرداخته شده و سپس به صورت تخصصی، روش MFFF مورد تحلیل قرار گرفته است. مراحل مختلف این فرآیند، از جمله آمادهسازی فیلامنت فلزی-پلیمری، چاپ، عملیات حذف پلیمر یا جداسازی و تف جوشی، به تفصیل شرح داده شدهاند. در ادامه، ویژگیهای کلیدیMFFF و پارامترهای حیاتی مؤثر بر کیفیت قطعه نهایی، از جمله ویسکوزیته فیلامنت، دمای نازل، نرخ رسوب و انقباض ناشی از تف جوشی، مورد بحث قرار گرفتهاند. با تحلیل این عوامل، محدودههای بهینه برای دستیابی به چگالی و خواص مکانیکی مطلوب استخراج شدهاند. در نهایت این مطالعه نشان میدهد که اگرچه MFFF به دلیل هزینه پایین و انعطافپذیری بالا یک گزینه جذاب برای تولید قطعات فلزی است، اما چالشهایی همچون کنترل تخلخل و اعوجاج ناشی از انقباض هنوز نیاز به تحقیقات بیشتری دارد.
Downloads
References
]1[A. Bandyopadhyay and S. Bose, Additive Manufacturing. CRC Press, 2015 .
]2[X. Miao, K. C. Chin, and A. J. Boydston, "Design, testing, and application of an open-source
powder material extrusion 3D printer," Additive Manufacturing, vol. 81, p. 104014, 2024 .
]3[S. C. Altıparmak and S. I. C. Daminabo, "Suitability analysis for extrusion-based additive
manufacturing process," Additive Manufacturing Frontiers, vol. 3, no. 1, p. 200106, 2024 .
]4[S. Molazadeh and A. Hosseini, "Modelling of material behavior for additively manufactured 17-4
PH stainless steel produced by fused filament fabrication," CIRP Journal of Manufacturing Science
and Technology, vol. 52, pp. 341-365, 2024 .
]5[Z. Lotfizarei, A. Mostafapour, A. Barari, and A. Jalili, "Analysis of Metal Fused Filament
Fabrication process chain for 316L stainless steel," Manufacturing Letters, vol. 41, pp. 1022-1033,
2024/10/01/ 2024, doi: https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2024.09.127 .
]6[J. Jacob, D. Pejak Simunec, A. E. Kandjani, A. Trinchi, and A. Sola, "A Review of Fused Filament
Fabrication of Metal Parts (Metal FFF): Current Developments and Future Challenges,"
Technologies, vol. 12, no. 12, p. 267, 2024 .
]7[S. Roshchupkin, A. Kolesov, A. Tarakhovskiy, and I. Tishchenko, "A brief review of main ideas
of metal fused filament fabrication," Materials Today: Proceedings, vol. 38, pp. 2063-2067,
2021/01/01/ 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.142 .
]8[J. Gonzalez-Gutierrez, S. Cano, S. Schuschnigg, C. Kukla, J. Sapkota, and C. Holzer, "Additive
manufacturing of metallic and ceramic components by the material extrusion of highly-filled
polymers: A review and future perspectives," Materials, vol. 11, no. 5, p. 840, 2018.
]9[N. H. Musa et al., "Effect of nozzle temperatures on the densification of 316L SS alloy fabricated
by fused filament fabrication metal 3D printing technique," in AIP Conference Proceedings, 2024,
vol. 3124, no. 1: AIP Publishing .
]10[ N. K. Bankapalli, V. Gupta, P. Saxena, A. Bajpai, C. Lahoda, and J. Polte, "Filament
fabrication and subsequent additive manufacturing, debinding, and sintering for extrusion-based metal
additive manufacturing and their applications: A review," Composites Part B: Engineering, vol. 264,
p. 110915, 2023 .
]11[ F. Fazzini, A. Boschetto, L. Bottini, A. C. Diez, and A. Cini, "Correlation between Metal
Fused Filament Fabrication parameters and material properties of sintered 17-4 PH," Procedia
Structural Integrity, vol. 49, pp. 59-66, 2023 .
]12[ J. M. B. V. H. Pérez, "Development of Metal FFF for Mechanical Applications: Mechanical
Properties and Corrosion Characterization," PQDT-Global, 2023 .
]13[ S. Hosseinimehr et al., "Defect evolution and mitigation in metal extrusion additive
manufacturing: From deposition to sintering," Journal of Materials Processing Technology, vol. 329,
p. 118457, 2024 .
]14[ P. Vijaya Kumar and C. Velmurugan, "Metal fused filament fabricated stainless steel 316L:
Heat treatment effects on mechanical, tribological, phase stability, and microstructural behavior,"
Journal of Materials Engineering and Performance, pp. 1-10, 2024 .
]15[ J. Gonzalez-Gutierrez, D. Godec, C. Kukla, T. Schlauf, C. Burkhardt, and C. Holzer,
"Shaping, debinding and sintering of steel components via fused filament fabrication," in 16th
international scientific conference on production engineering—computer integrated manufacturing
and high speed machining. Zadar, Croatia, 2017 .
]16[ S. Jasper and M. Ravichandran, "Metal Fused Filament Fabrication Process—A Review," in
International Conference on Smart Sustainable Materials and Technologies, 2023: Springer, pp. 219-
225 .
]17[ M. Strano, K. Rane, F. B. Vangosa, and L. Di Landro, "Extrusion of metal powder-polymer
mixtures: Melt rheology and process stability," Journal of Materials Processing Technology, vol. 273,
p. 116250, 2019 .
]18[ I. Gibson et al., Additive manufacturing technologies. Springer, 2021 .
]19[ Y. Thompson, J. Gonzalez-Gutierrez, C. Kukla, and P. Felfer, "Fused filament fabrication,
debinding and sintering as a low cost additive manufacturing method of 316L stainless steel,"
Additive Manufacturing, vol. 30, p. 100861, 2019/12/01/ 2019, doi:
https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.100861 .
]20[ L. Jiang, Y. Liu, S. Zhang, J. Zhang, W. Liu, and H. Cheng, "Investigation of microstructural
evolution and property optimization of pure tungsten via powder extrusion 3D printing," International
Journal of Refractory Metals and Hard Materials, p. 107088, 2025 .
]21[ L. F. C. Durão, R. Barkoczy, E. Zancul, L. Lee Ho, and R. Bonnard, "Optimizing additive
manufacturing parameters for the fused deposition modeling technology using a design of
experiments," Progress in Additive Manufacturing, vol. 4, pp. 291-313, 2019 .
]22[ L. Martignoni et al., "Prototyping and characterisation of 316L stainless steel parts and lattice
structures printed via metal fused filament fabrication," Rapid Prototyping Journal, vol. 30, no. 11, pp.
123-141, 2024
