The Effect of Knitting Method and Printing Direction on Strength in Test Specimens Produced by Fused Deposition Modelling (FDM) Method

Year 2024, Volume: 27 Issue: 4, 1233 - 1242, 25.09.2024

Bekir Karakoc , Gültekin Uzun

https://doi.org/10.2339/politeknik.1262855

Cited By: 3

Abstract

Additive manufacturing is a non-traditional production method that allows the production of high-strength and lightweight parts. Material production parameters are of great importance for the creation of these properties in the materials produced. In this study, the effects of knitting method and printing aspects on the strength of tensile test samples produced from polylactic acid (PLA) filament using a three-dimensional printer based on fused deposition modeling (FDM) were investigated. For this purpose, firs of all tensile test samples were first prepared according to ASTM D638 Type I standard and the samples were produced with three different knitting methods and the same occupancy rates, horizontal and vertical placement. Afterwards, all the samples produced were examined in terms of deformation, elongation rate, maximum load, yield strength, tensile strength and tensile strength. It has been observed that horizontally placed test samples can withstand more maximum load than vertically placed test samples. It was observed that the highest tensile strength value in terms of tensile strength (21,242 MPa) was for vertically placed samples with gyroid knitting method, while the lowest tensile strength value (17,262 MPa) belonged to test samples produced horizontally with rectilinear knitting method.

Keywords

FDM, tensile strength, knitting method, PLA

Ergiyik Yığma Modelleme Yöntemi ile Üretilen Numunelerde Örme Yönteminin ve Baskı Yönünün Mukavemete Olan Etkisi

Abstract

Eklemeli imalat mukavemetli ve hafif parçaların üretilmesini sağlayan geleneksel olmayan bir üretim yöntemidir. Üretilen malzemelerde bu özelliklerin oluşturulması için malzeme üretim parametreleri büyük öneme sahiptir. Bu çalışmada, ergiyik yığma modelleme (FDM - fused deposition modelling) esaslı üç boyutlu yazıcı kullanılarak polilaktik asit (PLA) filamentten üretilen çekme testi numunelerinin örme yöntemi ve baskı yönlerinin mukavemete olan etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, ilk olarak ASTM D638 Tip I standartına göre çekme test numuneleri hazırlanmış ve numuneler üç farklı örme yöntemiyle ve aynı doluluk oranlarında, yatay ve dikey yerleşimlerde olacak şekilde üretilmiştir. Sonrasında ise üretilen tüm numuneler deformasyon, uzama oranı, maksimum yük, akma dayanımı, çekme dayanımı ve kopma dayanımı açısından incelenmiştir. Yatay yerleşimli test numunelerinin dikey yerleşimli test numunelerine oranla daha fazla maksimum yüke dayanabildiği gözlemlenmiştir. Çekme dayanımı bakımından en fazla çekme dayanımı değerinin (21,242 MPa) dönel çizgili (gyroid) örme yöntemli dikey yerleşimli numuneler olduğu, en düşük çekme dayanımı değerinin (17,262 MPa) ise düz çizgili (rectilinear) örme yöntemi ile yatay olarak üretilen test numunelerine ait olduğu gözlemlenmiştir.

Keywords

FDM, akma dayanımı, örme yöntemi, PLA, 3D baskı

References

• [1] L. Novakova-Marcincinova and J. Novak-Marcincin, “Experimental testing of materials used in fused deposition modeling rapid prototyping technology,” Advanced Materials Research, 740: 597-602, (2013).
• [2] D. T. Pham, and R. S. Gault, “A comparison of rapid prototyping technologies,” International Journal of Machine Tools & Manufacture, 38: 1257-1287, (1997).
• [3] B. N. Turner, R. Strong, and S. A Gold, “A review of melt extrusion additive manufacturing processes: I. process design and modeling,” Rapid Prototyping Journal, 20: 192-204, (2014).
• [4] S. H. Ahn, M. Montero, D. Odell, S. Roundy and P.K. Wright, “Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS,” Rapid Prototyping Journal, 8: 248-257, (2002).
• [5] Standard, A. S. T. M. F2792, standard terminology for additive manufacturing technologies. ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, (2012).
• [6] Brenken, B., Barocio, E., Favaloro, A., Kunc, V., & Pipes, R. B. Fused filament fabrication of fiber-reinforced polymers: A review. Additive Manufacturing, 2021, 1-16.
• [7] Vaezi M. and Chua C.K., “Effects of layer thickness and binder saturation level parameters on 3D printing process”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 53: 275–284, (2011).
• [8] Mohamed O.A., Masood S.H. and Bhowmik J.L., “Optimization of fused deposition modeling process parameters: a review of current research and future prospects”, Advances in Manufacturing, 3: 42–53, (2015).
• [9] Casavola C., Cazzato A., Moramarco V. and Pappalettere C., “Orthotropic mechanical properties of fused deposition modelling parts described by classical laminate theory”, Materials and Design, 90: 453–458, (2016).
• [10] Rankouhi B., Javadpour S., Delfanian F. and Letcher T., “Failure analysis and mechanical characterization of 3D printed ABS respect to later thickness and orientation”, Journal of Failure Analysis and Prevention, 16: 467481, (2016).
• [11] Tymrak B.M., Kreiger M. and Pearce J.M., “Mechanical properties of components fabricated with open-source 3D printers under realistic environmental conditions”, Materials and Design, 58: 242–246, (2014).
• [12] Domingo M., Puigriol J. M., Garcia A.A., Lluma J., Borros S. and Reyes G., “Mechanical property characterization and simulation of fused deposition modeling polycarbonate parts”, Materials and Design, 83: 670–677, (2015).
• [13] A. K. Sood, R. K. Ohdar, and S. S. Mahapatra, “Parametric appraisal of mechanical property of fused deposition modelling processed part,” Materials & Desing, 31: 287-295, 2010.
• [14] W. Wang, T. Y. Wang, Z. Yang, L. Liu, X. Tong, W. Tong, J. Deng, F. Chen, X. And Liu “Cost-effective printing of 3D objects with skin-frame structures,” ACM Trans. Graph, 32: 5, 2013. [15] S. Wilson, “A new face of aerospace bal peteği”, Materials & Design,11(6):323-326, 1990.
• [16] Bayraktar, Ö., Uzun, G., Çakiroğlu, R., & Guldas, A. Experimental study on the 3D‐printed plastic parts and predicting the mechanical properties using artificial neural,(2017).
• [17] Koç,Investıgatıon Of Mechanıcal Propertıes Of Products Prınted Wıth Recycled Pla Fılament For Use In 3d Prınters, 49-58,(2022).
• [18] Öztürk, B. 3 boyutlu yazıcı ile üretilen sandviç yapıların statik ve dinamik yük altında davranışlarının incelenmesi (Master's thesis, Bursa Teknik Üniversitesi),(2020).
• [19] Efe,The Effect Of Infıll Patterns’ Parameters In Fdm Type 3D Prınters On Product Resıstance,(2020).
• [20] Özgül, H. G., & Tatlı, O. 3d Prınter Desıgn, Manufacturıng And Effect Of Infıll Patterns On Mechanıcal Propertles. Icontech Internatıonal Journal, 4(1), 13-24,(2020).
• [21] Yanen, C., Çelik, E., & Solmaz, M. Y. Çekirdek Malzemesi Ergiyik Biriktirme Yöntemi İle Üretilen Bal Peteği Sandviç Kompozitlerin Eğilme Dayanımlarının İncelenmesi. Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 10(2), 147-162.
• [22] İpekçi, Kam, Saruhan, Investigation of 3D Printing Occupancy Rates Effect on Mechanical Properties and Surface Roughness of PET-G Material Products. Journal Of New Results In Scıence (JNRS), 7(2), 1-8,(2017).
• [23] Karaman, E., & Çolak, O. Eriyik biriktirme yönteminde farklı üretim parametrelerinin mekanik özelliklere etkisi. ALKÜ Fen Bilimleri Dergisi, 1(2), 90-99. E,(2019).
• [24] Elmas, B. S., Sarı, N. Y., & Yılmaz, T. Üç Boyutlu Yazıcılarda Polilaktik Asit (PLA) Filament Kullanılarak Farklı Yönlerde Üretilen Numunelerin Çekme Deneyleri. 5. Uluslararası Mühendislik Ve Teknoloji Yönetimi Kongresi Kongre Başkanı, 86.
• [25] Efe, S., FDM Tipi 3 Boyutlu Yazıcılardaki Örgü Parametrelerinin Ürün Dayanımına Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2020).
• [26] POLAT, N., Nergizhan, A. N. A. Ç., & Faruk, M. E. R. T. Eklemeli imalat ile üretilen PLA parçaların yapıştırılmasında yapıştırma parametrelerinin mekanik dayanımına etkisinin incelenmesi. Politeknik Dergisi, 1-1., (2021).
• [27] Günay, M., Gündüz, S., YILMAZ, H., Yaşar, N., & Kaçar, R. PLA esaslı numunelerde çekme dayanımı için 3D baskı işlem parametrelerinin optimizasyonu. Politeknik Dergisi, 23(1), 73-79,(2020).
• [28] Evlen, H., Özdemir, M. A., & ÇALIŞKAN, A. Doluluk oranlarının PLA ve PET malzemelerin mekanik özellikleri üzerine etkileri. Politeknik Dergisi, 22(4), 1031-1037,(2019).
• [29] Ahrabi A.Z., Bilici İ., Bilgesu A.Y., “Pet Atıkları Kullanılarak Kompozit Malzeme Üretiminin Araştırılması”, Gazi Üniv. Müh. Mimarlık Fak. Derg., 27:467-471, (2012).
• [30] Reddy M.M., Vivekanandhan S., Misraa M., Bhatia S.K. and Mohantya A.K., “Biobased plastics and bionanocomposites: Current status and future opportunities”, Progress in Polym. Sci., 38:1653–1689, (2013).
• [31] Armentano I., Bitinis N., Fortunati E., Mattiolia S.,Rescignano N., Verdejo R., Manchado M.A.L. and Kenny J.M., “Multifunctional nanostructured PLA materials for packaging and tissue engineering”, Progr. in Polymer Sci., 38:1720–1747, (2013).
• [32] Raquez J.M., Habibi Y., Murariu M. and Dubois P., “Polylactide (PLA)-based nanocomposites”, Progr. İn Polymer Sci., 38:1504–1542, (2013).
• [33] https://www.raise3d.com/products/r3d-premium-abs-filament/ Erişim Tarihi : 12.01.23
• [34] https://www.astm.org/d0638-14.html Erişim Tarihi : 12.01.23
• [35] https://www.raise3d.com/ideamaker/ Erişim Tarihi : 09.02.23