Eklemeli İmalat ile Üretilen PLA Yapılarda Dolgu Geometrisi ve Gözenek Oranının Mekanik Özelliklere Etkisi

Eklemeli imalat (Eİ) yöntemi, geleneksel üretim teknikleri ile imalatı zor olan kompleks geometrili parçaların kolay bir şekilde üretilmesini sağlayan bir imalat metodudur. Bu imalat yönteminde, üretilecek olan modelin 3D verileri yardımıyla malzeme katmanlar halinde yığılarak parçalar üretilmektedir. Eriyik yığma modelleme (EYM) yöntemi termoplastik malzemelerden parça üretiminde sıklıkla kullanılan bir Eİ yöntemidir. Bu çalışmada, PLA malzemeden üretilen parçalarda farklı dolgu geometrisi ve gözenek oranının bu parçaların mekanik özelliklerine etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Parçaların mekanik davranışlarını araştırmak amacıyla çekme, basma ve darbe deneyleri ilgili standartlara göre yapılmış ve karşılaştırılan mekanik özellikler açısından en uygun birim hücre yapısı belirlenmiştir. Bu amaçla, farklı dolgu geometrilerine (Octet, Gyroid ve Cross) ve gözenek oranlarına (%50, %30 ve %20) sahip numuneler parçalar numuneler her bir deney standardına uygun boyutlarda modellenmiş ve EYM yöntemiyle üretilmiştir. Genel olarak, tüm dolgu geometrilerinde gözeneklilik oranının artmasıyla mekanik özelliklerin kötüleştiği görülmüştür. Octet dolgu geometrili yapıda en yüksek çekme dayanımı elde edilirken, Cross dolgu geometrili yapıda en fazla şekil değişimi görülmüştür.

The Effects of Infill Geometry and Porosity Ratio on Mechanical Properties of PLA Structures Produced by Additive Manufacturing

The fabrication of intricately formed parts, challenging with the traditional manufacturing approach, is facilitated by additive manufacturing (AM). Stacking the material layer by layer and using the 3D data from the model, parts are created using this technique. The design of parts with various porosities inside the same cell structure and industry sector-specific manufacture are both made possible by this technology. With varied infill geometries and porosity ratios, pieces made from PLA material with different mechanical properties were compared in this study. Parts were made for this purpose using fused deposition modeling (FDM) and various infill geometries (Octet, Gyroid, and Cross). The unit cell size for infill geometries was set at 5x5x5mm, and test samples with porosities of 50%, 30%, and 20% were created. Tensile, compression, and impact tests were conducted to examine the mechanical behavior of these parts, and the best unit cell structure was selected based on the assessed mechanical properties. In general, it was found that all fill geometries' mechanical qualities declined with increasing porosity ratio. The Octet infill geometry structure had the maximum tensile strength. However, the Cross infill geometry sample had the most significant deformation.

___

  • [1] J. Wu, N. Aage, R. Westermann and O. Sigmund, "Infill Optimization for Additive Manufacturing-Approaching Bone-Like Porous Structures," IEEE Trans. Vis. Comput. Graph., vol. 24, no. 2, pp. 1127-1140, January 2017. doi:10.1109/ TVCG.2017.2655523
  • [2] L. Lu, A. Sharf, H. Zhao, Y. Wei, Q. Fan, X. Chen, Y. Savoye, C. Tu, D. Cohen-Or and B. Chen, "Build-to-last: Strength to weight 3D printed objects," ACM Trans. Graph., vol. 33, no. 4, pp. 1–10, July 2014. doi:10.1145/2601097.2601168
  • [3] W. Wang, T.Y. Wang, Z. Yang, L. Liu, X. Tong, W. Tong, J. Deng, F. Chen and X. Liu, "Cost-effective printing of 3D objects with skin-frame structures," ACM Trans. Graph., vol. 32, no. 6, pp. 1-10, November 2013. doi:10.1145/ 2508363.2508382
  • [4] V.S. Deshpande, N.A. Fleck and M.F. Ashby, "Effective properties of the octet-truss lattice material," J. Mech. Phys. Solids., vol. 49, no. 8, pp. 1747-1769, August 2001. doi:10.1016/S0022-5096(01)00010-2
  • [5] L. Baich, G. Manogharan and H. Marie, "Study of infill print design on production cost-time of 3D printed ABS parts," Int. J. Rapid Manuf., vol. 5, no:3-4, pp 308-319, February 2016. doi:10.1504/ijrapidm.2015.074809
  • [6] M. Fernandez-Vicente, W. Calle, S. Ferrandiz and A. Conejero, "Effect of Infill Parameters on Tensile Mechanical Behavior in Desktop 3D Printing," 3D Print. Addit. Manuf., vol. 3, no. 3, pp. 183-1923, September 2016. doi:10.1089/3dp.2015.0036
  • [7] K.S. Kumar, R. Soundararajan, G. Shanthosh, P. Saravanakumar and M. Ratteesh, "Augmenting effect of infill density and annealing on mechanical properties of PETG and CFPETG composites fabricated by FDM," Mater. Today Proc., vol. 45, no. 2, pp. 2186-2191, May 2021. doi:10.1016/j.matpr.2020.10.078
  • [8] S. Ganeshkumar, S.D. Kumar, U. Magarajan, S. Rajkumar, B. Arulmurugan, S. Sharma, C. Li, R.A. Ilyas and M.F. Badran, "Investigation of Tensile Properties of Different Infill Pattern Structures of 3D-Printed PLA Polymers: Analysis and Validation Using Finite Element Analysis in ANSYS," Materials, vol. 15, no. 15, pp. 5142, June 2022. doi:10.3390/ma15155142
  • [9] C. Lubombo and M.A. Huneault, "Effect of infill patterns on the mechanical performance of lightweight 3D-printed cellular PLA parts," Mater. Today Commun., vol. 17, pp. 214-228, December 2018. doi:10.1016/j.mtcomm.2018.09.017
  • [10] A. Tsouknidas, M. Pantazopoulos, I. Katsoulis, D. Fasnakis, S. Maropoulos and N. Michailidis, "Impact absorption capacity of 3D-printed components fabricated by fused deposition modelling," Mater. Des., vol. 102, pp. 41-44, July 2016. doi:10.1016/j.matdes.2016.03.154
  • [11] T. Yao, J. Ye, Z. Deng, K. Zhang, Y. Ma and H. Ouyang, "Tensile failure strength and separation angle of FDM 3D printing PLA material: Experimental and theoretical analyses," Compos. Part B Eng., vol. 188, no. 107894, February 2020. doi:10.1016/j.compositesb.2020.107894
  • [12] "Essentium High Performance PLA Additive Manufacturing Filament," MatWeb, October 2022. [Online]. Available: https://www.matweb.com/index.aspx.
  • [13] "Infill Pattern Comparison". Reddit, June 2020. [Online]. Available: https://www.reddit.com/r/3Dprinting/comments/ pdgbv0/infill_pattern_comparison/.
  • [14] R. Yeşiloğlu, "Eklemeli İmalat İle Üretilen Farklı Dolgu Geometrisi Ve Yoğunluğa Sahip Pla Esaslı Yapıların Mekanik Davranışlarının Deneysel Olarak Araştırılması," Y Lisans Tezi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Karabük Üniversitesi, 2022.
  • [15] Z. P. Sun, Y. B. Guo and V. P. W. Shim, "Deformation and energy absorption characteristics of additively-manufactured polymeric lattice structures - Effects of cell topology and material anisotropy," Thin-Walled Struct., vol. 169, no. 108420, December 2021. doi:10.1016/j.tws.2021.108420
  • [16] A. Kumar, A. Kumar, A. Pandey, S. Sahu, N. Kumar and R. P. Singh, "Analysing the compressive behaviour of different PLA scaffolds fabricated through FFF process," Advances in Materials and Processing Technologies, vol. 9, no. 2, pp. 402-415, Jul 2022. doi:10.1080/2374068X.2022.2093005
  • [17] M. Alizadeh-Osgouei, Y. Li, A. Vahid, A. Ataee and C. Wen, "High strength porous PLA gyroid scaffolds manufactured via fused deposition modeling for tissue-engineering applications," Smart Mater. Med., vol. 2, pp. 15-25, 2021. doi:10.1016/j.smaim.2020.10.003
  • [18] H. Dou, W. Ye, D. Zhang, Y. Cheng and Y. Tian, "Compression performance with different build orientation of fused filament fabrication polylactic acid, acrylonitrile butadiene styrene, and polyether ether ketone," Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 31, pp. 1925–1933, 2022. doi:10.1007/s11665-021-06363-2
  • [19] M. Rismalia, S. C. Hidajat, I. G. R. Permana, B. Hadisujoto, M. Muslimin and F. Triawan, "Infill pattern and density effects on the tensile properties of 3D printed PLA material" J. Phys.: Conf. Ser., vol. 1402, no. 4, 2019. doi:10.1088/1742-6596/1402/4/044041
  • [20] M. Günay, S. Gündüz, H. Yılmaz, N. Yaşar ve R. Kaçar, "PLA esasli numunelerde çekme dayanimi için 3D baski işlem parametrelerinin optimizasyonu," Politeknik Dergisi, cilt 23, sayı 1, ss. 73-79, 2020. doi:10.2339/ politeknik.422795
  • [21] S. Korga, M. Barszcz and Ł. Zgryza, "The effect of the 3D printout filling parameter on the impact strength of elements made with the FDM method," IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, vol. 710, 2019. doi:10.1088/1757-899X/710/1/012027
  • [22] M.Q. Tanveer, A. Haleem and M. Suhaib, "Effect of variable infill density on mechanical behaviour of 3-D printed PLA specimen: An experimental investigation." SN Applied Sciences, vol. 1, no. 1701, 2019. doi:10.1007/s42452-019-1744-1
Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 2015
  • Yayıncı: Aydın Karapınar
Sayıdaki Diğer Makaleler

Belirli Silika Kaynaklarının Yüksek Sıcaklık Dönüşümlerinde Fe İlavesinin Etkisi

Cengiz BAGCI, Murat ZENGİN, Burak KAYA, Özgür GÜVEN

Eriyik Yığma Modellemeye Dayalı 3B Baskılı PLA ve Tok PLA Malzemelerinin Aşınma Özelliklerinin Deneysel Olarak Değerlendirilmesi

Engin TAN

Evrişimli Sinir Ağı Kullanarak Tarımsal Görüntülerdeki Bozulmaları Sınıflandırma

Şafak ALTAY AÇAR

Biyomedikal Görüntülerin Sınıflandırılmasında Temel Kapsül Ağ Mimarisinin Performansının Değerlendirilmesi

Sümeyra Büşra ŞENGÜL, İlker Ali OZKAN

Eklemeli İmalat ile Üretilen PLA Yapılarda Dolgu Geometrisi ve Gözenek Oranının Mekanik Özelliklere Etkisi

Rukiye YEŞİLOĞLU, Ramazan ÖZMEN, Mustafa GÜNAY

AISI 1050 ve D2 Soğuk İş Takım Çeliği Malzeme Üzerine Açılmış Deliklere Uygulanan Ezme İşleminin Yüzey Özelliklerine Etkisi

Doç.dr. Tuncay ŞİMŞEK, Alican YAKIN, Adnan AKKURT

MANET’lerde Hareketliliğin AODV, DSR ve DSDV Protokollerinin Performansına Etkisi

Hamza Aytaç DOĞANAY, Abdullah ORMAN, Murat DENER

Farklı Tiplerdeki Çelik Çatı Makaslarının AISC360-16 Yönetmeliğine Göre Değerlendirilmesi

Hilmi ARISOY, Günnur YAVUZ

Eriyik Yığma Modelleme ile Üretilen PLA Parçaların Vida Tutma Kuvvetlerinin İstatistiksel Olarak Değerlendirilmesi

Ahmet Murat PİNAR, Berkay ERGENE, Gökmen ATLIHAN, Ahmet Arif MAĞATLI, Fırat KAYA, Burak KARAHAN, Mehmet Emir NİŞANCI

Ulusal ve Uluslararası Standartlarda Üretilen Kompozit Binaların Karşılaştırmalı Analizi

Serkan ETLİ, Melek AKGÜL