Burkulma Mukavemetine Göre Eşit Miktarda Filament Kullanımı İle 3 Boyutlu Baskısı Yapılacak Ankastre Kirişlerin Kesit Geometri Biçimlerinin Performansı

Abstract

Bu çalışmada, aynı kesit alan ve uzunluktaki, eşit miktarlarda filament kullanımı ile 3 boyutlu baskısı yapılacak ankastre kirişler için burkulma mukavemeti yönünden en iyi mekaniksel özelliği sağlayan kesit geometrilerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Böylelikle, hızlı modellemede ve plastik parçaların üretiminde sıkça kullanılan filamentin miktarından, üretim zamanından ve harcanan enerjiden bağımsız bir şekilde tasarımlar arasında performansa göre bir sıralama yapılmıştır. Ankastre kirişlerin tasarımların uzunluğu ve uygulanan kuvvetler sabit tutulmuş, içi dolu temel kesit geometri biçimleri (Çember, dikdörtgen, eşkenar üçgen, paralel kenar, elips ve köşeleri yuvarlatılmış dikdörtgen) değiştirilmiştir. Ayrıca, dört farklı filament malzemesi de burkulma mukavemeti yönünden karşılaştırılmıştır. 6 kesit şekline, 101 kesit alanına ve 4 farklı malzemeye bağlı olarak toplam 2424 adet tasarım alternatifi oluşturulmuştur. Bu tasarım alternatifleri, önce matematiksel olarak modellenmiş, daha sonra sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ve regresyon analizi ile test edilmiştir. Tüm modellerin istatiksel analizleri yapılarak karşılaştırılmıştır. Yapılan analizler sonucunda, en düşükten büyüğe doğru, gerilme ve deformasyona uğrayan kesit geometrileri sıralanmıştır.

Keywords

• filament,ankastre kiriş,burkulma,optimizasyon

Performance Of Cross Sectional Geometries Of Beams According To Buckling Strength Which Are 3d Printed With The Same Amount Of Filament

Abstract

Aim of this study is to determine the cross sectional geometries of beams which have better response to buckling with the usage of same amount of filament. These beams have the same cross sectional area and length. Thus, design points were sorted freely without the consideration of the amount of filament, printing time and energy consumption. Length of beams and applied forces were kept constant for each design point, besides that basic cross sectional geometries were changed for each design series. These geometries were selected as, circle, rectangle, equilateral triangle, rhombus (diamond), ellipse and rounded rectangle. Moreover four different printing material were taken into consideration for comparison according to buckling. Depending on 6 different cross sectional shape, 101 cross sectional area and 4 material, totally 2424 design alternatives were built. Firstly, mathematical model of these designs were constructed, then they were tested by using finite element method (FEM) and regression analysis. All model branches were compared to each other with the statistical analysis. As a result of all analyses, design alternatives were sorted according to mechanical strength.

Keywords

• Filament,Optimization,beam,buckling

References

1. Biggins P, Hiltz J, Kusterbeck A. Bio-inspried Materials and Sensing Systems. Cambridge: RSC Pub; 2011.
2. Milovanović J, Trajanović M. Medıcal applications of rapid prototyping. Mechanical Engineering 2007; 5:79 – 85.
3. Gibson I. Advanced Manufacturing Technology for Medical Applications: Reverse Engineering. Software Conversion and Rapid Prototyping. West Sussex:John Wiley & Sons; 2005.
4. Subhransu Mohapatra, Prasad Dasappa Numerical Prediction of Stiffness and Strength of a Highly Complex Topology Optimized Thermoplastic Part designed for 3D Printing SPE ANTEC™ Indianapolis 2016.
5. Lars Krog, A. T. Application of Topology, Sizing and Shape Optimization Methods to Optimal Design of Aircraft Components. Retrieved from Altair product design 2011.
6. Baich, Liseli, and Guha Manogharan. "Study of infill print parameters on mechanical strength and production cost-time of 3D printed ABS parts." International Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin, TX. 2015.
7. M. Iliescu E. Nuţu, B. Comănescu Applied Finite Element Method Simulation in 3D Printing, Internatıonal Journal Of Mathematıcs And Computers In Sımulatıon, Issue 4, Volume 2, 2008, 305-312.
8. Russell C. Hibbeler, Mechanics Of Materials, Pearson Education Canada 2011.

9. ANSYS Manual.