INVESTIGATION OF THE EFFECT OF PROCESSING PARAMETERS ON TENSILE PROPERTIES OF PLA SAMPLES PRODUCED BY FDM METHOD

Abstract

In the study, it was aimed to determine the effect of process parameters on the tensile strength of PLA samples produced by using 3D printer with the Fused Deposition Modeling (FDM) method. For this purpose, 2 different fill rates (20% and 100%), 3 different printing speeds (100, 150 and 200 mm/s), 3 different nozzle temperatures (180 °C, 205 °C and 220 °C) and 3 different pattern types (Cubic, Grid, Triangle) are selected. In the study, a higher tensile stress was obtained at a rate of 100%, compared to 20%. When the samples with 20% filling ratio are compared among themselves, the highest tensile stress value obtained was measured as 43.12 MPa in the Grid pattern type made at a nozzle temperature of 220 °C and at printing speed of 100 mm/s. The best result at 100% filling rate was 59.21MPa in the sample produced at 2200C, printing speed of 100 mm/s. In the study, statistical at analysis was done for samples with 20% fill rate. As a result of the variance analysis (ANOVA) method, the confidence level was achieved as 94.4%.

Keywords

• Fused Deposition Model (FDM)
• Additive Manufacturing
• Mechanical Properties
• Process Parameters
• Anova Analysis

FDM YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN PLA NUMUNELERİN ÇEKME ÖZELLİKLERİNE İŞLEM PARAMETRELERİNİN ETKİSİNİN İNCELENMESİ

Abstract

Çalışmada eriyik yığma modelleme (FDM) yöntemi ile 3B yazıcı kullanarak üretilen PLA numunelerin mekanik özelliklerden olan çekme dayanımına işlem parametrelerinin etkisi belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla çalışmada işlem parametreleri olarak 2 farklı doluluk oranı (%20 ve %100), 3 farklı baskı hızı (100,150 ve 200 mm/s), 3 farklı nozul sıcaklığı (180, 205 ve 220°C) ve 3 farklı desen çeşidi (Cubic, Grid, Triangle) seçilmiştir. Çalışmada, %20 doluluk oranına göre %100 doluluk oranında daha yüksek çekme gerilmesi elde edilmiştir. %20 doluluk oranındaki numuneler kendi aralarında kıyaslandığında elde edilen en yüksek çekme gerilmesi değeri 2200C nozul sıcaklığında, 100 mm/s baskı hızında yapılan Grid desen çeşidinde 43.12 MPa olarak ölçülmüştür. %100 doluluk oranında ise en iyi sonuç 2200C de, 100 mm/s baskı hızında üretilen numunede 59.21 MPa çıkmıştır. Çalışmada %20 doluluk oranındaki numuneler için istatistik analiz yapılmıştır. Varyans analiz (ANOVA) yöntemi sonucu güven düzeyi %94,4 elde edilmiştir.

Keywords

• Eriyik Yığma Modelleme (FDM)
• Eklemeli İmalat
• Mekanik Özellikler
• İşlem Parametreleri
• Anova Analizi

References

1. Anitha, R., Arunachalam, S., Radhakrishnan, P.,2001. Critical parameters influencing the quality of prototypes in fused deposition modelling. J Mater Process Technol 118(1–3):385–388.
2. ASTM International, 2010.Standard Terminology for additive manufacturing technologies. West Conshohocken.
3. Comb, JW., Priedeman, WR., Leavit, PJ., Skubic, RL., Batchelde, JS.,2005. High-precision modeling filament. United States patent US6866807B2, Sept 2.
4. Çantlı,E., Aydın, M., Yıldırım , F., Günay M. , Kaya, B., 2017. Investigation of the FDM process performance at different printing parameters, 2. 3B Baskı Teknolojileri Uluslar araı Sempozyumu, İstanbul.
5. Çavdar , F., Filiz H. Doğan , C .,2006. Bir Hızlı Prototipleme Makinesi Tasarımı. Timak-Tasarım İmalat Analiz Kongresi, Balıkesir.
6. Çelebi, A., Demirdal , S., Akbulut, M., 2017.3 Boyutlu Yazıcı İle Üretilen Polylaktikasit (PLA) Numunelerde Doluluk Oranlarının Mekanik Özelliklere Etkisi. 2. 3b Baskı Teknolojileri Uluslararası Sempozyumu, İstanbul.
7. Dudek, P.,2013. FDM 3B printing technology in manufacturing composite elements. Arch Metall Mater;58(4):1415–8.
8. Evlen, H., Erel, G., Yılmaz, E. Açık ve kapalı sistemlerde doluluk oranının parça mukavemetine etkisinin incelenmesi. Politeknik Dergisi, In press.

9. Günay, M., Gündüz, S., Yılmaz, H., Yaşar, N., Kaçar, R., 2020. PLA Esaslı Numunelerde Çekme Dayanımı için 3D Baskı İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu. Politeknik Dergisi 23(1): 73-79.
10. Kruth, JP., Wang, X., Laou,i T., Froyen, L.,2003. Lasers and materials in selective laser sintering. Assembly Autom ;23(4):357–71.
11. Kürşad, H., Sezer, H.K., O., Eren., 2019. FDM 3B printing of MWCNT re-inforced ABS nano-composite parts with enhanced mechanical and electrical properties. Journal of Manufacturing Processes 37, 339–347.
12. Li, X., Wang, CT., Zhang, WG., Li, YC.,2009. Fabrication and characterization of porous Ti6Al4V parts for biomedical applications using electron beam melting process. Mater Lett ;63(3):403–5.
13. Özdemir, M. A., Evlen, H., Çalışkan , A., 2016.Doluluk oranının PLA ve PET Malzemelerin Mekanik Özellikleri , üzerine Etkisi. 3B Baskı Teknolojileri Uluslararası Sempozyumu, İstanbul.
14. Sood, AK., Ohdar, R., Mahapatra, S.,2009.Improving dimensional accuracy of fused deposition modelling processed part using grey Taguchi method. Mater Des 30(10):4243–4252.
15. Tuner, B. N., Strong, R.,Gold , S.A., 2014.A review of melt extrusion additive manufacturing processes: I. process design and modeling.Rapid Prototyping Journal, 3: 192-204.
16. Upcraft, S., Fletcher, R., 2003. The rapid prototyping technologies. Assembly Autom, 23(4),318–30.
17. https://plastics.ulprospector.com/generics/1/c/t/acrylonitr ile-butadiene-styrene-abs-properties-processing.
18. https://3Bedi.com/blog/3B-baski-nedir.html