Innovative fastener design and its performance for panel furniture joints

Abstract

In this study, it was aimed to design innovative fastener that is invisible from the outside, easy to assemble and practical for panel furniture, to produce it with three-dimensional printing technology and to evaluate the performance and to compare it with minifix joint. Innovative fastener designs in 4 different combinations, including 2 different lengths and cross-section, were developed within the scope of the study, and produced with a three-dimensional printer. In production of corner joints, particleboard was used, and in production of fasteners, polylactic acid (PLA), acrylonitrilestyrene acrylate (ASA) and modified polyethylene Terephthalate glycol (PETG) were used. L-type corner joints connected with these fasteners were tested under static diagonal compression and tension loads. Their moment capacities and stiffness were determined. According to results, the highest strength was obtained with 45 mm long fasteners produced full cross-section from PLA or ASA filament. Fastener material had significant effect on moment capacity, fastener cross-section structure had significant effect on stiffness. As a result, it was observed that specimens connected with designed fasteners had an average strength of 73% of the minifix connected specimens.

Keywords

• Furniture corner joints
• Innovative fastener
• Panel type furniture

Project Number

1139B412100417

Panel mobilya birleştirmeleri için inovatif bağlantı elemanı tasarımı ve performansı

Abstract

Bu çalışmada, panel mobilyalar için dışardan görünmeyen, montajı kolay ve pratik, inovatif bir bağlantı elemanı tasarlanması, üç boyutlu yazıcı teknolojisiyle üretilmesi, performansının değerlendirilmesi ve piyasada mevcut kullanılan minifiksli birleştirmeyle karşılaştırılması amaçlanmıştır. Araştırma kapsamında, 2 farklı boy (40 ve 50 mm) ve kesit yapısında (boşluksuz, boşluklu) olmak üzere, 4 farklı kombinasyonda inovatif bağlantı elemanı tasarımları geliştirilmiş ve üç boyutlu yazıcı ile üretilmiştir. Köşe birleştirmelerinin üretiminde yonga levha, bağlantı elemanlarının üretiminde ise polilaktik asit (PLA), akrilonitril stiren akrilat (ASA) ve polietilen tereftalat glikol (PETG) filamentleri kullanılmıştır. Daha sonra, bu bağlantı elemanlarıyla birleştirilen L-tipi köşe birleştirmeler, statik diyagonal basınç ve çekme yükleri altında test edilmiş ve moment taşıma kapasiteleri ile elastikiyetleri belirlenmiştir. Deney sonuçlarına göre, en yüksek mukavemet PLA veya ASA filamentten boşluksuz olarak üretilmiş 45 mm uzunluğundaki bağlantı elemanlarıyla elde edilmiştir. Moment kapasitesi üzerinde bağlantı elemanı malzemesinin; elastikiyet üzerinde ise bağlantı elemanı kesit yapısının belirgin etkisi görülmüştür. Deneyler sonucunda, tasarlanan bağlantı elemanlarıyla birleştirilmiş deney örneklerinin minifiksli birleştirilmiş örneklerin ortalama %73’ü kadar mukavemete sahip olduğu gözlenmiştir.

Keywords

• Mobilya köşe birleştirmeleri
• İnovatif bağlantı elemanı
• Panel mobilya

Supporting Institution

TÜBİTAK

Project Number

1139B412100417

Thanks

Bu makale, ikinci yazarın TÜBİTAK 2209-B Sanayiye Yönelik Lisans Araştırma Projeleri Destekleme Programı kapsamında 1139B412100417 başvuru numarası ile desteklenen ve Danışmanlığı birinci yazar tarafından yürütülen proje çalışmasından üretilmiştir. Proje süreci, BELLONA Mobilya Sanayi ve Ticaret A.Ş. ile ortak yürütülmüştür.

References

1. ASTM D3039/D3039M–17, (2017). Standard test method for tensile properties of polymer matrix composite materials; ASTM International: West Conshohocken, PA, USA.
2. Ceylan, E., Kasal, A., Smardzewski, J., Yüksel, M., ve Kuşkun, T., (2024). Çerçeve konstrüksiyonlu mobilya birleştirmeleri için tasarlanan auksetik kavelaların sarıçam (Pinus sylvestris L.) ve kavak (Populus nigra L.) kontrplak ile tutma mukavemeti, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 7(2), 188-203, DOI: 10.33725/mamad.1527043
3. Dalvand, M., Ebrahimi, G., Haftkhani, A. R., and Maleki, S., (2013). Analysis of factors affecting diagonal tension and compression capacity of corner joints in furniture frames fabricated with dovetail key, Journal of Forestry Research, 24(1), 155-168, DOI:10.1007/s11676-013-0336-y
4. Dalvand, M., Ebrahimi, G., Tajvidi, M., and Layeghi, M., (2014). Bending moment resistance of dowel corner joints in case-type furniture under diagonal compression load, Journal of forestry research, 25(4), 981-984, DOI: 10.1007/s11676-014-0481-y
5. Eckelman, C.A. and Rabiej, R. (1985). A comprehensive method of analysis of case furniture, Forest Product Journal, 35, 62–68.
6. Eckelman, C.A., (2003). Textbook of product engineering and strength design of furniture, Text Book, Purdue University, West Lafayette, Indiana, USA, 54-59.
7. Efe, H., 1994. Modern mobilya çerçeve kostrüksiyon tasarımında geleneksel ve alternatif bağlantı tekniklerinin mekanik davranış özellikleri, K.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Trabzon, 3-8.
8. Efe, H., Kasal, A., ve Diler, H., (2003). Kutu konstrüksiyonlu vidalı mobilya köşe birleştirmelerde eğilme moment dirençleri, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 6(1), 97-110.

9. Jivkov, V., Marinova, A., Paper, C., Jivkov, V., and Marinova, A. (2005). Investigation on ultimate bending strength and stiffness under compression of corner joints from particleboard. In Proceedings of the International Scientific Conference Interior and Furniture Design 10th Aniversary Celebration of Engineering Design, 10 October 2005, pp. 155–163, Sofia, Bulgaria.
10. Kasal, A., (2004). Masif ve kompozit ağaç malzemelerden üretilmiş çerçeve konstrüksiyonlu koltukların performansı, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Ankara,
11. Kasal, A., Şener, S., Belgin, M. Ç., ve Efe, H., (2006). Bending strength of screwed corner joints with different materials, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 19 (3), 155-161.
12. Kasal, A., (2008). Effect of the number of the screws and screw size on moment capacity of furniture corner joints in case construction, Forest Product Journal, 58(6), 36-44.
13. Krzyżaniak, Ł., and Smardzewski, J., (2021). Impact damage response of L-type corner joints connected with new innovative furniture fasteners in wood-based composites panels, Composite Structures, 255, 113008, DOI: 10.1016/j.compstruct.2020.113008
14. Maleki, S., Derikvand, M., Dalvand, M., and Ebrahimi, G. (2012a). Load-carrying capacity of mitered furniture corner joints with dovetail keys under diagonal tension load, Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 36(5), 636-643, DOI: 10.3906/tar-1112-44
15. Maleki, S., Haftkhani, A. R., Dalvand, M., Faezipour, M., and Tajvidi, M., (2012b). Bending moment resistance of corner joints constructed with spline under diagonal tension and compression, Journal of Forestry Research, 23(3), 481-490, DOI: 10.1007/s11676-012-0288-7
16. Örs, Y., ve Efe, H., (1998). The mechanical behavior properties of fasteners in furniture design for frame construction, Turkish Journal of Agriculture and Forestry, (22), 21-28.
17. Podskarbi, M., Smardzewski, J., Moliński, K., and Molińska-Glura, M., (2017). Design methodology of new furniture joints, Drvna Industrija, 67(4), 371-380. DOI:10.5552/drind.2016.1622
18. Podskarbi, M., and Smardzewski, J., (2019). Numerical modelling of new demountable fasteners for frame furniture, Engineering Structures, 185, 221-229. DOI:10.1016/j.engstruct.2019.01.135
19. Tankut, N. (2009). Effect of various factors on the rigidity of furniture cases. African Journal of Biotechnology, 8, 5265–5270.
20. TS EN 322, (1999). Wood-based panels- Determination of moisture content. TSE. Ankara, Türkiye.
21. TS EN 323, (1999). Wood- Based panels- Determination of density. TSE. Ankara, Türkiye.