Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Ergiyik filament ile imalat yönteminde kullanılan PLA ve çelik katkılı PLA filament malzemelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi

Yıl 2024, Cilt: 39 Sayı: 2, 1285 - 1302, 30.11.2023
https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1276420

Öz

İmalat endüstrisinde kullanılan geleneksel imalat yöntemleri bazı uygulamalar için yetersiz kaldığından, yeni imalat yöntemleri geliştirilmiş ve kullanılmaya başlanmıştır. Bu imalat yöntemlerinden biri de eklemeli imalattır. Eklemeli imalat yöntemlerinde üretilecek parçaların son geometrisine malzemelerin katmanlar halinde biriktirilmesiyle ulaşılmaktadır. Eklemeli imalat yöntemleri içerisinde bulunan eriyik biriktirme modelleme yönteminde parça üretimi için termoplastik malzemeye ihtiyaç duyulmaktadır. Bu yöntemde oldukça çeşitli sayıda termoplastik malzeme kullanılabilmektedir. Termoplastik malzemelere karbon, metal, seramik ve ahşap gibi katkı maddeleri eklenerek, bu yöntemde termoplastik kompozit malzemelerden de yararlanılabilmektedir. Termoplastik kompozit malzemeler farklı termal, kimyasal, mekanik ve yüzey özelliklerinin elde edilmesine imkân vermektedir. Bu çalışmada PLA filament ve yaklaşık olarak ağırlıkça %80 oranında 410L çelik tozu katkısına sahip olan PLA-Çelik filament malzemeler ile darbe, çekme ve termal iletkenlik deney numuneleri üretilmiştir. Üretilen numunelerde gerçekleştirilen deneyler sonucunda malzemelerin darbe dayanımı, çekme dayanımı ve termal iletkenlik değerleri karşılaştırılmıştır. Ayrıca taramalı elektron mikroskobu ile malzemelerin mikroyapısı incelenmiştir.

Kaynakça

  • 1. Bahnini I., Rivette M., Rechia A., Siadat A., Elmesbahi A., Additive Manufacturing Technology: The Status, Applications, And Prospects, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 97, 147–161, 2018.
  • 2. Gebhardt A., Hötter Jan-S., Additive Manufacturing: 3D Printing for Prototyping and Manufacturing, Hanser Publishers, Münich, 2016.
  • 3. Scott J., Gupta N., Weber C., Newsome S., Wohlers T., Caffrey T., Additive Manufacturing: Status and Opportunities. Science and Technology Policy Institute, 2012.
  • 4. Özer G., A Review on Additive Manufacturing Technologies, NOHU J. Eng. Sci., 9 (1), 606-621, 2020.
  • 5. Çevik Ü., Kam M., A Review Study on Mechanical Properties of Obtained Products by FDM Method and Metal/Polymer Composite Filament Production, J. Nanomater., 2020.
  • 6. Alfaify A., Saleh M., Abdullah F. M., Al-Ahmari A. M., Design for Additive Manufacturing: A Systematic Review, Sustainability, 12 (19), 7936, 2020.
  • 7. 7. Hasanov S., Alkunte S., Rajeshirke M., Gupta A., Huseynov O., Fidan I., Alifui-Segbaya F., Rennie A., Review on Additive Manufacturing of Multi-Material Parts: Progress and Challenges, J. Manuf. Mater. Process., 6 (4), 2022.
  • 8. Bikas H., Stavropoulos P., Chryssolouris G., Additive Manufacturing Methods and Modelling Approaches: A Critical Review. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 83, 389-405, 2016.
  • 9. Abdulhameed O., Al-Ahmari A., Ameen W., Mian S. H., Additive Manufacturing: Challenges, Trends, And Applications, Adv. Mech. Eng., 2019.
  • 10. Mercado Rivera F.J., Rojas Arciniegas A.J., Additive Manufacturing Methods: Techniques, Materials, and Closed-Loop Control Applications. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 109, 17–31, 2020.
  • 11. Sürmen H. K., Additive Manufacturing (3D Printing): Technologies and Applications, Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 24 (2), 373-392, 2019.
  • 12. Rajan K., Samykano M., Kadirgama K., Wan Harun W. S., Rahman M., Fused Deposition Modeling: Process, Materials, Parameters, Properties, and Applications, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 120, 1531-1570, 2022.
  • 13. Dey A., Yodo N. A., Systematic Survey of FDM Process Parameter Optimization and Their Influence on Part Characteristics. J. Manuf. Mater. Process.,3 (3), 64, 2019.
  • 14. Kristiawan R, B., Imaduddin F., Ariawan Arifin Z., A Review on The Fused Deposition Modeling (FDM) 3D Printing: Filament Processing, Materials, and Printing Parameters, Open Eng., 11 (1), 639-649, 2021.
  • 15. Wickramasinghe S., Do T., Tran P., FDM-Based 3D Printing of Polymer and AssociatedComposite: A Review on Mechanical Properties, Defects and Treatments, Polymers, 12 (7), 1529, 2020.
  • 16. Sezer H.K., Eren O., Börklü H.R., Özdemir V., Additive Manufacturing of Carbon Fiber Reinforced Plastic Composites by Fused Deposition Modelling: Effect of Fiber Content and Process Parameters on Mechanical Properties, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (2), 663-674, 2019.
  • 17. Güleç C., Determination of Bond Strength of Parts Printed with 3 Dimensional Printer Using Particle Fiber Reinforced, Master Thesis. Karabük University, Institute of Science, Karabük, 2019.
  • 18. Ayrılmış N., Kariz M., Kwon J. H., Kuzman M. K., Effect of Printing Layer Thickness on Water Absorption and Mechanical Properties of 3D-Printed Wood/PLA Composite Materials, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 102, 2195-2200, 2019.
  • 19. Lee D., Wu G-Y., Parameters Affecting the Mechanical Properties of Three-Dimensional (3D) Printed Carbon Fiber-Reinforced Polylactide Composites. Polymers, 12, 2456, 2020.
  • 20. Reverte J. M., Caminero M. A., Chacón J. M., Garcia-Plaza E., Núñez P.J., Becar J.P., Mechanical and Geometric Performance of PLA-Based Polymer Composites Processed by the Fused Filament Fabrication Additive Manufacturing Technique, Materials, 13, 1924, 2020.
  • 21. Oksiuta Z., Jalbrzykowski M., Mystkowska J., Romanczuk E., Osiecki T., Mechanical and Thermal Properties of Polylactide (PLA) Composites Modified with Mg, Fe, and Polyethylene (PE) Additives. Polymers, 12, 2939, 2020.
  • 22. Bulanda K., Oleksy M., Oliwa R., Budzik G., Markowski T., Polymer Composites Used in Rapid Prototyping Technology, Advances in Manufacturing Science and Technology, 44 (1), 15-20, 2020.
  • 23. Jiang D., Ning F., Fused Filament Fabrication of Biodegradable PLA/316L Composite Scaffolds: Effect of Metal Particle Content, Procedia Manuf., 48, 755-762, 2020.
  • 24. Selvamani S. K., Ngui W. K., Rajan K., Samykano M., Kumar R., Badadhe A. M., Investigation of Bending and Compression Properties on PLA-Brass Composite Using FDM, Phys. Chem. Earth., 128, 103251, 2022.
  • 25. Pentek A., Nyitrai M., Schiffer A., Abraham H., Bene M., Molnar E., Told R. Maroti P., The Effect of Printing Parameters on Electrical Conductivity and Mechanical Properties of PLA and ABS Based Carbon Composites in Additive Manufacturing of Upper Limb Prosthetics, Crystals, 10, 398, 2020.
  • 26. Murugan R., Mitilesh R. N., Singamneni S., Kıran, K., Bayhan M., Influence of Process Parameters on the Mechanical Behaviour and Processing Time of 3d Printing, International Journal of Modern Manufacturing Technologies, X, 1, 69-75, 2018.
  • 27. Vakharia V.S., Kuentz L., Salem A., Halbig M.C., Salem J.A., Singh M., Additive Manufacturing and Characterization of Metal Particulate Reinforced Polylactic Acid (PLA) Polymer Composites. Polymers, 13, 3545, 2021.
  • 28. Toprak İ. B., Çağlar M. F., Çolak O., Kıran K., Bayhan M., Optimization of Surface Roughness by Using Taguchi Method in Milling of Ti-6Al-4V Super- Alloy at High Pressure Cooling Conditions, SDU International Technologic Science, 4 (2), 30-39, 2012.
  • 29. Atakok G., Kam M., Koc H. B., Tensile, Three-Point Bending and Impact Strength of 3D Printed Parts Using PLA and Recycled PLA Filaments: A Statistical Investigation, J. Mater. Res. Technol., 18, 1542-1554, 2012.
  • 30. Natarajan S. M, Senthil S., Narayanasamy P., Investigation of Mechanical Properties of FDM-Processed Acacia concinna–Filled Polylactic Acid Filament, Int. J. Polym. Sci., 2022.
  • 31. Abbas T. F., Othman F. M., Ali H. B., Tensile, Influence of Layer Thickness on Impact Property of 3D-Printed PLA, International Research Journal of Engineering and Technology, 5 (2), 2018.
  • 32. Kumar K. R., Mohanavel V., Kiran K., Mechanical Properties and Characterization of PolylacticAcid/Carbon Fiber Composite Fabricated by FusedDeposition Modeling, J. Mater. Eng. Perform., 2021.
  • 33. Lee D., Wu G.-Y., Parameters Affecting the Mechanical Properties of Three-Dimensional (3D) Printed Carbon Fiber-Reinforced Polylactide Composites, Polymers, 12, 2456, 2020.
  • 34. Ersoy S. C., Experimental Investigation of The Effect of Process Parameters of Fused Filament Fabrication on The Efficient Elastic Material Properties of The Lattice Structures Produced, Master Thesis. TOBB University of Economics and Technology, Institute of Science, Ankara, 2021.
  • 35. Dobos J., Hanon M. M., Oldal I., Effect Of İnfill Density and Pattern on the Specific Load Capacity of FDM 3D-Printed PLA Multi-Layer Sandwich, J. Polym. Eng., 42 (2), 2021.
  • 36. Hikmat M., Rostam S., Ahmed Y. M., Investigation of Tensile Property-Based Taguchi Method of PLA Parts Fabricated by FDM 3D Printing Technology, Results Eng., 11, 2021.
  • 37. Günay M., Modeling of Tensile and Bending Strength for PLA Parts Produced by FDM, International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 3 (3), 204-211, 2019.
  • 38. Szust A., Adamski G., Using Thermal Annealing and Salt Remelting to Increase Tensile Properties of 3D FDM Prints, Eng. Fail. Anal., 132, 2022.
  • 39. Ghiban B., Pascu N.E. Antoniac I.V., Jiga G., Milea C., Petre G., Gheorghe C., Munteanu C., Istrate B., Surface Characterization of Fracture in Polylactic Acid vs. PLA + Particle (Cu, Al, Graphene) Insertions by 3D Fused Deposition Modeling Technology, Coatings, 11, 633, 2021.
  • 40. Godec D., Cano S., Holzer C., Gutierrez J.G., Optimization of the 3D Printing Parameters for Tensile Properties of Specimens Produced by Fused Filament Fabrication of 17-4PH Stainless Steel, Materials, 13 (3), 774, 2020.
  • 41. Huynh L. P. T., Nguyen H. A., Nguyen H. Q., Phan L. K. H., Tran T. T., Effect of Process Parameters on Mechanical Strength of Fabricated Parts using the Fused Deposition Modelling Method, J. Korean Soc. Precis. Eng., 36 (8), 705-712, 2019.
  • 42. Mohammadizadeh M., Lu H., Fidan I., Tantawi K., Gupta A., Hasanaov S., Zhang Z., Segbaya F. A., Rennie A., Mechanical and Thermal Analyses of Metal-PLA Components Fabricated by Metal Material Extrusion, Inventions, 5, 44, 2020.
  • 43. Çelik U., Özlü B., Demir H., Experimental and Statistical Evaluation of the Effects of Cutting Parameters on Surface Roughness in Milling of Freeform Thin-Walled AA 5083-H111 Alloy, Afyon Kocatepe University Journal of Science and Engineering, 23, 512-522, 2023.
  • 44. Laureto J., Tomasi J., King J.A., Pearce J. M., Thermal Properties of 3-D Printed Polylactic Acid-Metal Composites, Prog. Addit. Manuf., 2, 57-71, 2017.
  • 45. Bahar A., Belhabib S., Guessasma S., Benmahiddine F., Hamami A. E. A., Belarbi R., Mechanical and Thermal Properties of 3D Printed Polycarbonate, Energies, 15, 3686, 2022.
  • 46. Kaygusuz B., Özerinç S., Investigation of the Mechanical Properties of 3D Printed PLA-Based Structures, Makina Tasarım ve İmalat Dergisi, 16 (1), 2018.
  • 47. Kamer M.S., Temiz S., Yaykaşlı H., Kaya A., Akay O.E., Comparison of Mechanical Properties of Tensile Test Specimens Produced with ABS and PLA Material at Different Printing Speeds in 3D Printer, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (3), 1197-1211, 2022.
  • 48. Frunzaverde D., Cojocaru V., Bacescu N., Ciubotariu C.-R., Miclosina C.-O., Turiac R.R., Marginean G., The Influence of the Layer Height and the Filament Color on the Dimensional Accuracy and the Tensile Strength of FDM-Printed PLA Specimens. Polymers, 15, 2377, 2023.
Toplam 48 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Mühendislik
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Ali Osman Er 0000-0002-9637-8926

Osman Muhsin Aydınlı 0000-0002-5650-3390

Erken Görünüm Tarihi 27 Kasım 2023
Yayımlanma Tarihi 30 Kasım 2023
Gönderilme Tarihi 3 Nisan 2023
Kabul Tarihi 7 Temmuz 2023
Yayımlandığı Sayı Yıl 2024 Cilt: 39 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA Er, A. O., & Aydınlı, O. M. (2023). Ergiyik filament ile imalat yönteminde kullanılan PLA ve çelik katkılı PLA filament malzemelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 39(2), 1285-1302. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1276420
AMA Er AO, Aydınlı OM. Ergiyik filament ile imalat yönteminde kullanılan PLA ve çelik katkılı PLA filament malzemelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi. GUMMFD. Kasım 2023;39(2):1285-1302. doi:10.17341/gazimmfd.1276420
Chicago Er, Ali Osman, ve Osman Muhsin Aydınlı. “Ergiyik Filament Ile Imalat yönteminde kullanılan PLA Ve çelik katkılı PLA Filament Malzemelerin Mekanik Ve Fiziksel özelliklerinin Incelenmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 39, sy. 2 (Kasım 2023): 1285-1302. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1276420.
EndNote Er AO, Aydınlı OM (01 Kasım 2023) Ergiyik filament ile imalat yönteminde kullanılan PLA ve çelik katkılı PLA filament malzemelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 39 2 1285–1302.
IEEE A. O. Er ve O. M. Aydınlı, “Ergiyik filament ile imalat yönteminde kullanılan PLA ve çelik katkılı PLA filament malzemelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi”, GUMMFD, c. 39, sy. 2, ss. 1285–1302, 2023, doi: 10.17341/gazimmfd.1276420.
ISNAD Er, Ali Osman - Aydınlı, Osman Muhsin. “Ergiyik Filament Ile Imalat yönteminde kullanılan PLA Ve çelik katkılı PLA Filament Malzemelerin Mekanik Ve Fiziksel özelliklerinin Incelenmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 39/2 (Kasım 2023), 1285-1302. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1276420.
JAMA Er AO, Aydınlı OM. Ergiyik filament ile imalat yönteminde kullanılan PLA ve çelik katkılı PLA filament malzemelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi. GUMMFD. 2023;39:1285–1302.
MLA Er, Ali Osman ve Osman Muhsin Aydınlı. “Ergiyik Filament Ile Imalat yönteminde kullanılan PLA Ve çelik katkılı PLA Filament Malzemelerin Mekanik Ve Fiziksel özelliklerinin Incelenmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 39, sy. 2, 2023, ss. 1285-02, doi:10.17341/gazimmfd.1276420.
Vancouver Er AO, Aydınlı OM. Ergiyik filament ile imalat yönteminde kullanılan PLA ve çelik katkılı PLA filament malzemelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi. GUMMFD. 2023;39(2):1285-302.