EVALUATION OF JOINT STRENGTH IN THE ADHESIVE BONDING OF MATERIALS PRODUCED BY ADDITIVE MANUFACTURING

Year 2022, Volume: 6 Issue: 3, 449 - 458, 31.12.2022

Nergizhan Anaç , Oğuz Koçar , Baki Hazer

https://doi.org/10.46519/ij3dptdi.1170450

Cited By: 3

Abstract

In recent years, 3D printer technologies, printing materials and software used in these technologies have become increasingly widespread. Due to the limitations in the dimensions of the produced parts, studies are being carried out to joining the parts produced with a 3D printer. In these studies, the adhesive bonding technique stands out because it is more economical and practical than other joining methods. However, since the parts produced with the printer have low surface energies, it is difficult to joining them without extra surface treatment. For the bonding process to be effective, it is necessary to optimize the adhesive type, surface preparation, bonding thickness and pressure applied throughout the bonding process. In this study, parts with different filling ratios (20% and 100%) produced from PLA Plus filament with a 3D printer were joined using JB Kwick Weld adhesive. A widely used metal clip application and a design/manufactured mold were used for clamping in the adhesive joints. Mechanical abrasion method (240 SiC and 600 SiC sanding) was preferred in the preparation of the bonding surface. After the bonding process, the mechanical properties of the joint were determined by the tensile test. As a result of the experimental studies, it was observed that the strength value of the part increased with the increase in the infill rate. It has been observed that the surface preparation processes and the choice of press/pressure type directly affect the bonding strength. The highest mechanical strength was obtained when 240 SiC sandpaper surface preparation and metal clip application were used at two different infill ratios.

Keywords

Additive Manufacturing, , Fused deposition modeling (FDM),, Adhesive bonding, Single lap joint

KATMANLI İMALATLA ÜRETİLEN PARÇALARIN BİRLEŞTİRİLMESİNDE YAPIŞTIRMA BAĞLANTI DAYANIMININ İNCELENMESİ

Abstract

Son yıllarda 3B yazıcı teknolojileri, bu teknolojilerde kullanılan baskı materyalleri ve yazılımları giderek yaygınlaşmaya başlamıştır. Üretilen parçaların boyutlarındaki sınırlılık sebebiyle 3B yazıcı ile üretilen parçaların birleştirilmesi konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalarda, diğer birleştirme yöntemlerinden daha ekonomik ve pratik olmasından dolayı yapıştırma tekniği öne çıkmaktadır. Fakat yazıcı ile üretilen parçaların düşük yüzey enerjilerine sahip olmalarından dolayı ekstra yüzey işlemleri yapılmadan birleştirilmeleri zordur. Yapıştırma işleminin etkili olabilmesi için yapıştırıcı tipi, yüzeyin hazırlanması, yapıştırma kalınlığı ve yapıştırma işlemi boyunca uygulanan basıncın optimizasyonu gereklidir. Bu çalışmada 3B yazıcı ile PLA Plus filamentten üretilen farklı doluluk oranlarındaki parçalar (%20 ve %100) JB Kwick Weld yapıştırıcı kullanılarak birleştirilmiştir. Yapıştırma bağlantılarında sıkıştırma için yaygın olarak kullanılan metal klips uygulaması ve tasarım/imalatı yapılan bir kalıp kullanılmıştır. Yapıştırma yüzeyinin hazırlanmasında mekanik aşındırma yöntemi (240 SiC ve 600 SiC zımparalama) tercih edilmiştir. Yapıştırma işlemi sonrasında bağlantı mekanik özellikleri çekme testi ile belirlenmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda doluluk oranının artmasıyla, parçanın mukavemet değerinde artış olduğu görülmüştür. Yüzey hazırlık işlemlerinin ve baskı/basınç tipi seçiminin bağlantı mukavemetini doğrudan etkilediği görülmüştür. En yüksek bağlantı dayanımı, iki farklı doluluk oranında da 240 SiC zımpara yüzey hazırlığı ve metal klips uygulaması kullanıldığında elde edilmiştir.

Keywords

Katmanlı İmalat, Ergiyik Biriktirme Yöntemi (EBY), Yapıştırma, Tekli Bindirme Bağlantısı

References

• 1. Üretimin Geleceğinde Gelişen Teknolojiler Katmanlı İmalat Teknolojileri, https://www.ttgv.org.tr/tur/images/publications/609a329348a78.pdf, Haziran 06, 2021.
• 2. Şekercioğlu, T., and Kaner, S., "Plastiklerin Yapiştirilmasinda Yüzey Hazirlama Yöntemlerinin İncelenmesi, Mühendis ve Makine, Cilt 55, Sayı 648, Sayfa 37-43, 2014.
• 3. Tábi, T., Sajo, I. E., Szabó, F., Luyt, A. S., Kovács, J. G., "Crystalline structure of annealed polylactic acid and its relation to processing", Express Polymer Letters, Vol. 4, Issue 10, Pages 659-668, 2010.
• 4. Özenç, M., Tezel, T., and Kovan, V., "Investigation into impact properties of adhesively bonded 3D printed polymers", International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 118, Pages 103222, 2022.
• 5. Bilgin, M., "Abs Esasli Numunelerin 3d Yazici İle Üretilmesinde İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu", Uluslararası 3B Yazıcı Teknolojileri ve Dijital Endüstri Dergisi, Cilt 6, Sayı 2, Sayfa 236-249, 2022.
• 6. Bekar, K., Çiftçi, U., and Özkan, A. Özkan, "Çok boyutlu yazıcılardan baskısı farklı parametrelerle alınan numunelerin malzeme seçiminin deneysel analizi". Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, Cilt 11, Sayı 3, Sayfa 663-674, 2021.
• 7. Evlen, H., Güşçin, E., and Yılmaz, E., "3 Boyutlu Yazici Tasarimi Ve Yazdirma Doluluk Oraninin Mekanik Özellikler Üzerine Etkisinin İncelenmesi", Uluslararası 3B Yazıcı Teknolojileri ve Dijital Endüstri Dergisi, Cilt 2, Sayı 1, Sayfa 23-31, 2018. 8. Polat, N., Nergizhan, A., and Faruk, M., "Eklemeli İmalat Ile Üretilen Pla Parçaların Yapıştırılmasında Yapıştırma Parametrelerinin Mekanik Dayanımına Etkisinin İncelenmesi", Politeknik Dergisi, 2021.
• 9. Aydin, M.D., Ş. Temiz, And A. Özel, "Yapiştirma Bağlantilarinin Dayanimi Üzerine Kürleşme Basincinin Etkisi", 8. Uluslar Arası Kırılma Konferansı Bildiriler Kitabı, Sayfa 470, Istanbul, 2007.
• 10. Gürsel, A., and Yıldız, S., "Yapıştırıcı Birleştirmelerde Bağlantı Mukavemetini Etkileyen Faktörler: Yüzey Morfolojisi ve Yüzey Enerjisi", Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, Cilt 9, Sayı 2, Sayfa 987-996, 2021.
• 11. Khosravani, M. R., Soltani, P., Weinberg, K., Reinicke, T., "Structural integrity of adhesively bonded 3D-printed joints", Polymer Testing, Vol. 100, Pages 107262, 2021.
• 12. Atahan, M.G., and Apalak, M.K., "Loading-rate effect on tensile and bending strength of 3D-printed polylactic acid adhesively bonded joints", Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 36, Issue 3, Pages 317-344, 2022.
• 13. Bürenhaus, F., Moritzer, E., and Hirsch, A., "Adhesive bonding of FDM-manufactured parts made of ULTEM 9085 considering surface treatment, surface structure, and joint design", Welding in the World,. Vol. 63, Issue 6, Pages 1819-1832, 2019.
• 14. Frascio, M., Marques, E., Carbas, R., Reis, M., Monti, Avalle, M., Silva L.F.M., "Feasibility study on hybrid weld-bonded joints using additive manufacturing and conductive thermoplastic filament", Journal of Advanced Joining Processes, Vol. 3, Pages 100046, 2021.
• 15. Andó, M., Birosz, M., and Jeganmohan, S., "Surface bonding of additive manufactured parts from multi-colored PLA materials", Measurement, Vol. 169, Pages 108583, 2021.
• 16. Ekrem, M., "Hekzagonal Bor Nitrür Nanoplate-Nano Ag/Epoksi Kompozitler: Üretimi, Mekanik ve Termal Özellikleri", El-Cezeri,. Cilt 6, Sayı 3, Sayfa 585-593, 2019.
• 17. Esun PLA+ Properties. 2022, https://www.esun3d.com/pla-pro-product/, 08,Temmuz,2022.
• 18. Özkan, Ö., and Halil, Ö., "Hibrit Yapiştirma-Düzeninin Bindirme Bağlanti Mukavemetine Etkileri", Mühendis ve Makina, Cilt 57, Sayı 679, Sayfa 63-72, 2016.
• 19. Kavak, N., "The Application of The Mixed-Adhesive Technique with Metal Powder Filled Adhesive Karışık Yapıştırma Tekniğinde Metal Toz Katkılı Yapıştırıcı Uygulaması", 7 th International Advanced Technologies Symposium, Sayfa 431, İstanbul, 2013.
• 20. Kurşun, K., Güven, F., and Ersoy, H., "Utilizing Piezo Acoustic Sensors for the Identification of Surface Roughness and Textures" Sensors,. Vol. 22, Issue 12, Pages 4381, 2022.
• 21. Weld, J.-B. Kwikweld™ Twin Tube, https://www.jbweld.com/product/kwikweld-twin-tube, 26 08 2022.
• 22. Bardis, J.D., "Effects of surface preparation on the long-term durability of adhesively bonded composite joints", PhD Thesis, University of California, Santa Barbara, 2002.
• 23. Da Silva, L.F., Dillard, D., Blackman, B.R.K., Adams, R.D., "Testing adhesive joints: best practices", John Wiley & Sons, 2012.
• 24. Garcia, R., and Prabhakar, P., "Bond interface design for single lap joints using polymeric additive manufacturing", Composite Structures, Vol. 176, Issue 15, Pages 547-555, 2017.
• 25. Fan, Y., Liu, Z., Zhao, G., Liu, J., Liu, Y., Shangguan, L., "Influence of Hydrothermal Aging under Two Typical Adhesives on the Failure of BFRP Single Lap Joint", Polymers, Vol. 14, Issue 9, Pages 1721, 2022.
• 26. Sarı, M., "Havacilik ve Uzay Sanayi̇i̇nde Kullanilan Al2024-t3 Malzemeleri̇ İçin Sio2 Nanoparti̇kül İlaveli̇ Yapiştiricilarin Araştirilmasi", Yüksek Lisans Tezi, Necmettin Erbakan University, Konya, . 2017.
• 27. Boutar, Y., Naïmi, S., Mezlini, S., Silva, L.F.M., Hamdaoui, M., Ali, M.B.S., "Effect of adhesive thickness and surface roughness on the shear strength of aluminium one-component polyurethane adhesive single-lap joints for automotive applications", Journal of adhesion science and Technology, Vol. 30, Issue 17, Pages 1913-1929, 2016.
• 28. Bakkal, M., Osmanoğlu. H., and Bodur, M.S., "Metal/kompozit hibrit bağlantılarda yüzey işlemlerinin ara yüzey dayanımına etkisi", Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi,. Cilt 37, Sayı 2, Pages 1033-1046, 2022.
• 29. Türkiye İstatistik Kurumu,. "Yapıştırıcılar-Başlıca kusurların gösterilmesi 10365", https://intweb.tse.org.tr/Standard/Standard/Standart, Aralık 04, 2001.
• 30. Hart-Smith, L., "Effects of flaws and porosity on strength of adhesive-bonded joints. in Proc. 29th SAMPE Annual Symposium and Technical Conf. 1984.
• 31. Gursel, A., Mohamad, A., and Mohd Nazerib, M., "Adhesion mechanism and failure modes in adhesively bonded joints", Uluslararası Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Konferansı, and Technology, Sayfa 148, Ankara, 2019.
• 32. Evlen, H., Gülçin, E., and Yılmaz, E., "Açık ve kapalı sistemlerde doluluk oranının parça mukavemetine etkisinin incelenmesi", Politeknik Dergisi, Cilt. 21, Sayı 3, Sayfa 651-662, 2018.
• 33. Evlen, H., Özdemir, M.A., and Çalişkan, A., "Doluluk oranlarının PLA ve PET malzemelerin mekanik özellikleri üzerine etkileri", Politeknik Dergisi,. Cilt 22, Sayı 4, Sayfa 1031-1037, 2019.