FDM Yöntemi ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi ve Optimizasyonu

Adem Şahin; Kaan Süleyman Uz; Fulya Cemaloğlu

doi:10.57244/dfbd.1955308

EN TR

Experimental Investigation and Optimization of the Effects of Manufacturing Parameters on Surface Quality, Geometric Tolerances, and Hardness of PLA Material Produced by FDM Method

Abstract

In this study, Polylactic Acid (PLA) material, which is widely preferred in industrial and academic fields, was used to produce test specimens using the Fused Deposition Modeling (FDM) method at a constant layer height (0.1 mm) with different nozzle temperatures (200 °C, 210 °C, 220 °C, and 230 °C) and different scanning strategies (Concentric, Rectilinear, Hilbert Curve, and Octagram Spiral). The aim was to investigate and optimize the effects of manufacturing parameters on surface roughness value (Ra), hardness (Shore D), dimensional accuracy, and environmental sustainability. Confidence testing was performed by applying the Anderson-Darling (AD) test using Minitab software, and ANOVA analysis was conducted. It was observed that the increase in nozzle temperature improved the rheological behavior of PLA material, strengthening interlayer adhesion and reducing the void ratio. The maximum density (ρ) value was determined to occur at 220 °C nozzle temperature with the Rectilinear scanning strategy. The highest hardness resistance was achieved with the Hilbert Curve scanning strategy due to its homogeneous structure against vertical loads. While results below the nominal value (25 mm) were obtained at low nozzle temperatures (200 °C) depending on the cooling rate, positive deviation was observed at high nozzle temperatures due to the spreading of PLA material. When examining the environmental cost of manufacturing parameters, it is evident that the complexity of scanning strategies directly affects carbon emissions

Keywords

Keywords: FDM, Polylactic Acid (PLA), Optimization, Nozzle Temperature, 3D Printer, Surface Roughness Value (Ra), Hardness (Shore D), Carbon Emission, Geometric Tolerances.

Ethical Statement

The authors of this article declare that the materials and methods used in their study do not require ethics committee approval and/or any special legal permission.

FDM Yöntemi ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi ve Optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, endüstriyel ve akademik alanda yaygın olarak tercih edilen Polilaktik Asit (PLA) malzemesi, Eriyik Yığma Modelleme (FDM) yöntemi kullanılarak, deney numuneleri; sabit katman yüksekliğinde (0,1 mm) farklı nozul sıcaklığında (200 °C, 210 °C, 220 °C ve 230 °C) ve farklı tarama stratejilerinde (Concentric, Rectilinear, Hilbert Curve ve Octagram Spiral) üretilmiştir. Üretim parametrelerinin, yüzey pürüzlülük değeri (Ra), sertlik (Shore D), boyutsal doğruluk ve çevresel sürdürülebilirlik arasındaki etkilerinin araştırılması ve optimize edilmesi amaçlanmıştır. Minitab programı ile Anderson-Darling (AD) testi uygulayarak güven testi yapılmış ve ANOVA analizi gerçekleştirilmiştir. Nozul sıcaklığındaki artışın, PLA malzemesinin reolojik davranışını iyileştirerek katmanlar arası adhezyonu güçlendirdiği ve boşluk oranını azalttığı gözlemlenmiştir. Maksimum yoğunluk (ρ) değerinin 220 °C nozul sıcaklığında Rectilinear tarama stratejisinde olduğu belirlenmiştir. En yüksek sertlik direnci ise dikey yüklere karşı homojen yapısıyla Hilbert Curve tarama stratejisi olmuştur. Düşük nozul sıcaklıklarında (200 °C) soğuma hızına bağlı olarak nominal değerin (25 mm) altında sonuçlar elde edilirken yüksek nozul sıcaklıklarında PLA malzemenin yayılmasıyla pozitif sapma gözlemlenmiştir. Üretim parametrelerinin çevresel maliyeti incelendiğinde tarama stratejilerinin karmaşıklığının karbon emisyonunu doğrudan etkilediği görülmektedir.

Keywords

Anahtar Kelimeler: FDM, Polilaktik Asit (PLA), Optimizasyon, Nozul Sıcaklığı, 3B Yazıcı, Yüzey Pürüzlülük Değeri (Ra), Sertlik (Shore D), Karbon Emisyonu, Geometrik Toleranslar.

Ethical Statement

Bu makalenin yazarları çalışmalarında kullandıkları materyal ve yöntemlerin etik kurul izni ve/veya yasal özel bir izin gerektirmediğini beyan ederler.

References

Adanur, Ö., Koçar, O., & Güldibi, A. S. (2024). FDM yöntemiyle üretilen PLA malzemelerde dolgu deseninin mekanik özelliklere etkisi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11(2), 294-307. doi:10.35193/bseufbd.1336572
Aydın, K., Özlü, B., & Uğur, L. (2025). Investigation of machining performance of Ti6Al4V alloy in face milling process considering the energy consumption and carbon emission. Arabian Journal for Science and Engineering, 1-21. https://doi.org/10.1007/s13369-025-10850-2
Batu, T., Lemu, H. G., Shimels, H. G., & Zebenay, M. (2023). Process parameter modelling and optimization techniques applied to fused deposition modelling: A review. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1294(1), 012047. doi:10.1088/1757-899X/1294/1/012047
Benali, N., Alshahrani, H., & De Barros, S. (2026). FDM yöntemiyle mantar yüzey üzerinde PLA'nın yapışma özelliklerinin optimizasyonu: Bir Taguchi deney tasarımı. Uluslararası Yapışma ve Yapıştırıcılar Dergisi, 104278. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2026.104278
Caputo, M., Rashwan, O., Waryoba, D., & McDade, K. (2022). Ekstrüde edilmiş ve ütülenmiş polilaktik asit malzemenin yüzey dokusu ve termo-mekanik özellikleri. Katmanlı Üretim, 59, 103084. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103084
Golhin, A. P., Tonello, R., Frisvad, J. R., Grammatikos, S., & Strandlie, A. (2023). Surface roughness of as-printed polymers: A comprehensive review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 127(3), 987-1043. https://doi.org/10.1007/s00170-023-11566-z
Işık, U. (2025). Eklemeli imalat yöntemi ile farklı parametrelerde üretilen AISi10Mg parçalarının mekanik özelliklerinin ve işlenebilirliğinin değerlendirilmesi (Doktora tezi). Karabük Üniversitesi, Karabük.
Kartal, F. (2018). Examination of tensile test specimens produced in three dimensional printer. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 2(3), 30-36.
Kumar, K., & Singh, H. (2023). Multi-objective optimization of fused deposition modeling for mechanical properties of biopolymer parts using the Grey-Taguchi method. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 36(1), 30. https://doi.org/10.1186/s10033-023-00847-z
Kuruoğlu, Y., Akgün, M., & Demir, H. (2022). FDM yöntemiyle üretilen ABS, PLA ve PETG numunelerin yüzey pürüzlülüğü ve çekme dayanımının modellenmesi ve optimizasyonu. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 6(3), 358-369. https://doi.org/10.46519/ij3dptdi.1148923

Nas, E. (2024). Experimental and statistical investigation of electro-erosion machining performance of cryogenic treated hardened AISI H13 hot work tool steel. Tribology International, 193, 109453. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109453
Nas, E., & Kara, F. (2022). Hastelloy C22 süper alaşımlarının EDM işlenebilirliğinin optimizasyonu. Makineler , 10 (12),1131.https://doi.org/10.3390/machines10121131
Patel, K., Acharya, S., & Acharya, G. D. (2024). Taguchi grey relational analysis for multi-objective FDM parameter optimization of PLA components. Jurnal Kejuruteraan, 36(3), 1155-1165. https://doi.org/10.17576/jkukm-2024-36(3)-26
Pinar, A. M., Ergene, B., Atlıhan, G., Mağatlı, A. A., Kaya, F., Karahan, B., & Nişancı, M. E. (2023). Statistical evaluation of the screw pull out forces of PLA parts manufactured by fused deposition modeling. Gazi Journal of Engineering Sciences, 9(2), 310-321. doi:10.30855/gmbd.0705073
Priyamal, M. G. U. K., Ranasinghe, H. D., Fernando, W. R., & Kulatunga, A. K. (2024). Kaynaklı biriktirme modelleme 3B yönteminin çevresel sürdürülebilirliğinin deneysel değerlendirilmesi. Sürdürülebilir Üretim Küresel Konferansı içinde (s. 486-493). Springer Nature Switzerland.
Rankouhi, B., Javadpour, S., Delfanian, F., & Letcher, T. (2016). Failure analysis and mechanical characterization of 3D printed ABS with respect to layer thickness and orientation. Journal of Failure Analysis and Prevention, 16(3), 467-481. doi:10.1007/s11668-016-0113-2
Sağbaş, B. (2018). Surface texture characterization and parameter optimization of fused deposition modelling process. Duzce University Journal of Science and Technology, 6(4), 1028-1037.
Singh, S. (2025). Machine learning-based prediction of surface roughness in fused deposition modeling using multi-parameter process data. International Journal of Scientific Research in Engineering and Management, 9(12), 1-6. https://doi.org/10.55041/IJSREM55039
Şahin, A., Özlü, B., Demir, H., & Gündüz, S. (2026). SLM parametrelerinin CoCrMo diş alaşımlarının yüzey kalitesi, geometrik toleransları, mikro yapısı ve mekanik özellikleri üzerindeki etkilerinin deneysel olarak incelenmesi ve optimizasyonu. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. https://doi.org/10.1177/09544062251413454
Tiwari, A. S., & Yang, S. (2023). Energy consumption modeling of 3D-printed carbon-fiber-reinforced polymer parts. Polymers, 15(5), 1290. https://doi.org/10.3390/polym15051290
Toprak, İ. B. (2024). Eriyik yığma modelleme süreç parametrelerinin Taguchi tabanlı gri ilişkisel analiz yöntemi ile çoklu yanıt optimizasyonu. Manufacturing Technologies and Applications, 5(2), 89-103. https://doi.org/10.52795/mateca.1499800
Vidakis, N., Kechagias, J. D., Petousis, M., Vakouftsi, F., & Mountakis, N. (2023). The effects of FFF 3D printing parameters on energy consumption. Materials and Manufacturing Processes, 38(8), 915-932. https://doi.org/10.1080/10426914.2022.2105882
Yanar, F. N., & Kartal, Y. (2026). Yüksek mekanik özellikler ve boyutsal doğruluk temelli yaklaşımın eklemeli imalat yönteminde Taguchi metodu ile optimizasyonu. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 190-199. https://doi.org/10.35414/akufemubid.1708300

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Mechanical Engineering (Other)

Journal Section

Research Article

Authors

Adem Şahin ^*
0000-0001-9955-2179
Türkiye

Kaan Süleyman Uz
0000-0003-0510-5533
Türkiye

Fulya Cemaloğlu
0000-0001-5914-4023
Türkiye

Publication Date

July 22, 2026

Submission Date

May 20, 2026

Acceptance Date

July 16, 2026

Published in Issue

Year 2026 Volume: 9 Number: 1

DOI

https://doi.org/10.57244/dfbd.1955308

IZ

https://izlik.org/JA46UJ36BU

APA

Şahin, A., Uz, K. S., & Cemaloğlu, F. (2026). FDM Yöntemi ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi ve Optimizasyonu. Doğu Fen Bilimleri Dergisi, 9(1), 74-94. https://doi.org/10.57244/dfbd.1955308

AMA

1.Şahin A, Uz KS, Cemaloğlu F. FDM Yöntemi ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi ve Optimizasyonu. Doğu Fen Bilimleri Dergisi. 2026;9(1):74-94. doi:10.57244/dfbd.1955308

Chicago

Şahin, Adem, Kaan Süleyman Uz, and Fulya Cemaloğlu. 2026. “FDM Yöntemi Ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar Ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi Ve Optimizasyonu”. Doğu Fen Bilimleri Dergisi 9 (1): 74-94. https://doi.org/10.57244/dfbd.1955308.

EndNote

Şahin A, Uz KS, Cemaloğlu F (July 1, 2026) FDM Yöntemi ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi ve Optimizasyonu. Doğu Fen Bilimleri Dergisi 9 1 74–94.

IEEE

[1]A. Şahin, K. S. Uz, and F. Cemaloğlu, “FDM Yöntemi ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi ve Optimizasyonu”, Doğu Fen Bilimleri Dergisi, vol. 9, no. 1, pp. 74–94, July 2026, doi: 10.57244/dfbd.1955308.

ISNAD

Şahin, Adem - Uz, Kaan Süleyman - Cemaloğlu, Fulya. “FDM Yöntemi Ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar Ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi Ve Optimizasyonu”. Doğu Fen Bilimleri Dergisi 9/1 (July 1, 2026): 74-94. https://doi.org/10.57244/dfbd.1955308.

JAMA

1.Şahin A, Uz KS, Cemaloğlu F. FDM Yöntemi ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi ve Optimizasyonu. Doğu Fen Bilimleri Dergisi. 2026;9:74–94.

MLA

Şahin, Adem, et al. “FDM Yöntemi Ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar Ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi Ve Optimizasyonu”. Doğu Fen Bilimleri Dergisi, vol. 9, no. 1, July 2026, pp. 74-94, doi:10.57244/dfbd.1955308.

Vancouver

1.Adem Şahin, Kaan Süleyman Uz, Fulya Cemaloğlu. FDM Yöntemi ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi ve Optimizasyonu. Doğu Fen Bilimleri Dergisi. 2026 Jul. 1;9(1):74-9. doi:10.57244/dfbd.1955308

Experimental Investigation and Optimization of the Effects of Manufacturing Parameters on Surface Quality, Geometric Tolerances, and Hardness of PLA Material Produced by FDM Method

Abstract

Keywords

Ethical Statement

FDM Yöntemi ile Üretilen PLA Malzemesinin Üretim Parametrelerinin Yüzey Kalitesi, Geometrik Toleranslar ve Sertlik Üzerine Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi ve Optimizasyonu

Abstract

Keywords

Ethical Statement

References

Details

Primary Language

Subjects

Journal Section

Authors

Publication Date

Submission Date

Acceptance Date

Published in Issue

DOI

IZ

Cite