Investigation of the Effect of Infill Rate on Mechanical Properties of TPU and TPE Specimens Produced in 3D Printer

Abstract

The three-dimensional printer technologies have established themselves in many areas from industry to defense industry, from health to food. Metals and composites, ceramics, chocolate, paste, hard and flexible plastics are the most commonly used materials in 3D printer technology. In this study, single-axis tensile and compression test specimens were produced in 4 different infill rate (40, 60, 80 and 100%) and rectilinear filling pattern by using the most preferred TPU and TPE materials in three dimensional FDM technology. Surface roughness and hardness measurements were made on the samples. As a result of the studies carried out, it was determined that the mechanical properties of TPE materials increased as the relative infill rate increased. In TPU materials, mechanical properties increased up to 80% relative infill rate, while the relative infill rate was 100%.

Keywords

• TPU,TPE,tensile,compression,infill rate,hardness

Doluluk Oranının 3B Yazıcıda Üretilen TPU ve TPE Numunelerinin Mekanik Özellikleri Üzerine Etkilerinin İncelenmesi

Abstract

Üç boyutlu yazıcı teknolojileri endüstriden savunma sanayine, sağlıktan gıda alanına kadar birçok alanda kendine yer edinmiş durumdadır. Metaller ve kompozitleri, seramikler, çikolata, hamur, sert ve esnek plastikler üç boyutlu yazıcı teknolojisinde en çok kullanılan malzemelerdir. Bu çalışmada, üç boyutlu FDM teknolojisinde en çok tercih edilen TPU ve TPE malzemeler kullanılarak, 4 farklı doluluk oranında (%40, 60, 80 ve 100) ve çizgi kafes (rectilinear) dolgu örüntüsünde tek eksenli çekme ve basma test numuneleri üretilmiştir. Üretilen numuneler üzerinden yüzey pürüzlülüğü ve sertlik ölçümleri yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda, göreceli doluluk oranı attıkça, TPE malzemelerin mekanik özelliklerinin de arttığı belirlenmiştir. TPU malzemelerde ise %80 göreceli doluluk oranına kadar mekanik özelliklerin arttığı, buna karşılık göreceli doluluk oranı %100 olduğunda ise, mekanik özelliklerin azaldığı görülmüştür. 

Keywords

• TPU,TPE,çekme,basma,doluluk oranı,sertlik

References

1. [1] Çelik, D., Çetinkaya, K. 2016. Üç Boyutlu Yazıcı Tasarımları, Prototipleri Ve Ürün Yazdırma Karşılaştırmaları, İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi, Cilt 5, s. 151-163.
2. [2] Atagür, M. 2016. Farklı Yapıya Sahip Kil Mineralleri İle TPU (Termoplastik Poliüretan) Kullanılarak Polimer Matrisli Kompozit Malzeme Üretimi ve Karakterizasyonu. Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 74s, İzmir.
3. [3] Can, C., 2008. Plastik Enjeksiyon Kalıplamada Termoplastik Malzemelerin Modelleme Ve Analizleri. Trakya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 140s, Trakya.
4. [4] Kurt, H., 2018. Yeni sanayi ve üretim devrimi, 3 Boyutlu Yazıcılar. http://www.ka.net.tr/haber-detay.asp?Id=7&haber=[-makale-]-yeni-sanayi-ve-uretim-devrimi-3-boyutlu-yazicilar (Erişim Tarihi: 28.02.2019)
5. [5] Çelik, D., 2015. Üç Boyutlu Yazıcı Tasarımı, Prototipi Ve Tersine Mühendislik Uygulamaları. Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Karabük.
6. [6] Frick, A., Rochman, A., 2004. Characterization of TPU-elastomers by thermal analysis (DSC), Polymer Testing, Cilt 23, s. 413-417.
7. [7] Dirim, A., 2015. Esnek Filament ile ve Esnek Reçine ile Üretim. https://www.tasarimdanimalata.com/esnek-filament-ve-esnek-recine-ile-uretim/ (Erişim Tarihi: 28.02.2019)
8. [8] Yiğit, Ç. 2014. Geleceğin Teknolojisi 3B ve 3B yazıcılar. Http://Www.Elektrikport.Com/Teknik-Kutuphane/Gelecegin-Teknolojisi-3B-Ve-3B-Printerlar/14485#Ad-İmage-0 (Erişim Tarihi: 28.02.2019)

9. [9] 3B yazıcı ile protez üretimi http://www.prototip.org/3B-yazici-ile-protez-uretimi/ (Erişim Tarihi: 28.02.2019)
10. [10] Tabuani, D., Bellucci, F., Terenzi, A., Camino, G., 2012. Flame retarded Thermoplastic Polyurethane (TPU) for cable jacketing application, Polymer Degradation and Stability, Cilt 97, s. 2594-2601.
11. [11] Günay M., Gündüz S., Yılmaz H., Yaşar N. ve Kaçar R., *. PLA esaslı numunelerde çekme dayanımı için 3D baskı işlem parametrelerinin optimizasyonu, Politeknik Dergisi, cilt *, s. *.
12. [12] Chacon J.M., Caminero M.A., Garcia-Plaza E. and Nunez P.J., 2017. Additive manufacturing of PLA structures using fused deposition modelling: Effect of process parameters on mechanical properties and their optimal selection, Materials and Design, Cilt: 124, s 143–157.
13. [13] Xiao, J., Gao, Y., 2017. The manufacture of 3B printing of medical grade TPU, Progress in Additive Manufacturing, Cilt 2, s 117–123.
14. [14] Evlen H., Özdemir M. A. ve Çalışkan A., *. Doluluk Oranlarının PLA ve PET malzemelerin mekanik özellikleri üzerine etkileri, Politeknik Dergisi, *, s. *.
15. [15] Semen, B.S., Turan, A., Çakır, O., 2018. Termoplastik Üretan ve Termoplastik Elastomer Malzemelerin Eklemeli İmalat Teknolojilerinde Kullanım ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi. Karabük Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Lisans Tezi, 65s, Karabük
16. [16] DIN EN ISO1798-2008, Flexible cellular polymeric materials –Determination of tensile strength and elongation at Break https://edoc.site/din-en-iso-1798-2008-pdfpdf-pdf-free.html (Erişim Tarihi: 01.03.2019)
17. [17] ASTM International D395-03, Standard Test Methods for Rubber Property—Compression Set Method B. http://file.yizimg.com/175706/2011090909354225.pdf (Erişim Tarihi: 01.03.2019)
18. [18] Hary´nska, A., Gubanska, I., Kucinska-Lipka, J., Janik, H., 2018. Fabrication and Characterization of Flexible Medical-Grade TPU Filament for Fused Deposition Modeling 3BP Technology, Polymers, s 1-19.
19. [19] Evlen, H., Özdemir, M.A., Çalışkan, A., 2019. Doluluk oranlarının PLA ve PET malzemelerin mekanik özellikleri üzerine etkileri, Politeknik Dergisi, *, s.*.
20. [20] Göztaş, Z., Tosun, G., Yıldız, E. and Kahraman, K., 2014. Nano doldurucu içeren beş farklı kompozitin yüzey sertliği ve pürüzlülüğü açısından değerlendirilmesi, Selcuk Dental Journal, Cilt 2, s. 43-48.
21. [21] Özel, C. and Baydar, U., 2016. Onarım Ve Güçlendirmede Kullanılan Polimer Betonların Aderans Özelliklerinin Beton Yüzey Karakteristikleri İle İlişkileri, SDU International Journal of Technological Science, Cilt 8, s 46-61.