Investigation of the structural behaviors of lattices designed for AM

Abstract

In the light of industrial developments, the increasing demands for the light, durable, functional and ergonomic features of the manufactured parts have created a necessity for differentiation in production technologies and design approaches. Additive manufacturing technology and design approaches suitable for additive manufacturing are seen as important outputs of this difference. Additive manufacturing technologies are an ideal option to meet these requirements. In this study, the cage cell design approach, which is one of the design approaches suitable for additive manufacturing, is discussed. Cubic-tahedron, octa-octrehedron and rhombic-dodecahedron lattice structures were investigated for structural strength and porosity properties using finite element analysis method. The results obtained showed that the cuboctahedron lattice structure provided higher strength than the others.

Keywords

• Additive Manufacturing
• Lattice Structure
• 3D Printing
• 3D Modeling

Eİ için tasarlanan kafes yapıların yapısal davranışlarının incelenmesi

Abstract

Endüstriyel gelişmelerin ışığında, üretilen parçaların hafif, dayanıklı, fonksiyonel ve ergonomik gibi özelliklerindeki artan istekler, üretim teknolojilerinde ve tasarım yaklaşımlarında farklılaşma zorunluluğu oluşturmuştur. Eklemeli imalat teknolojisi ve eklemeli imalata uygun tasarım yaklaşımları, bu farklılığın önemli çıktıları olarak görülmektedir. Eklemeli imalat teknolojileri bu gereklilikleri karşılamak için ideal bir seçenek olarak karşımızdadır. Bu çalışmada, eklemeli imalata uygun tasarım yaklaşımlarından biri olan kafes hücre tasarım yaklaşımı ele alınmıştır. Kübik-tahedron, okta-ocrethedron ve rhombus-dodecahedron kafes yapıları yapısal dayanım ve gözeneklilik özellikleri için sonlu elemanlar analiz metodu kullanılarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, kübik-tahedron kafes yapısının diğer kafes yapılarına göre daha yüksek dayanım sağladığını göstermiştir.

Keywords

• Eklemeli İmalat
• Kafes Yapılar
• 3B Yazıcılar
• 3B Modelleme

References

1. 1. N. Top, İ. Şahin, H. Gökçe, Computer aided design and additive manufacturing of bone scaffolds for tissue engineering: state of the art, Journal of Materials Research, 26(19): 3725-3745, 2021.
2. 2. M. Günay, İ. Yeşildağ, GMAW esaslı eklemeli imalat ile üretilen düşük karbonlu çeliğin mekanik özellikleri, Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(3): 175-182, 2021.
3. 3. M.İ. Sarı, İ. Şahin, H. Gökçe, Ç. Öksüz, Ring orthosis design and production by rapid prototyping approach, Journal of Hand Therapy, 33(2):170-173, 2020.
4. 4. N. Top, H. Gökçe, İ. Şahin, Doku mühendisliğinde bilgisayar destekli yapay kemik iskelesi tasarımı, İKSAD Yayınevi, Kitap, 2020.
5. 5. O. Yavuz, Eklemeli üretim ile üretilmiş gyroid humerus sabitleme plağının güvenilirlik analizi, Erzurum Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2022.
6. 6. B. Aslan, Yenilikçi tasarım yöntemleri kullanarak eklemeli imalata yönelik optimum ürün geliştirilmesi, Bursa Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2019.
7. 7. Y. Wang, L. Zhang, S. Daynes, H. Zhang, S. Feih, M. Wang, Design of graded lattice structure with optimized mesostructures for additive manufacturing, Materials & Design, 142: 114-123, 2018.
8. 8. Ş. Kalaycıoğlu, Eklemeli imalat ile üretilen polimerik kafes yapıların mekanik davranışı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2022.

9. 9. P.F. Egan, V.C. Gonella, M. Engensperger, S.J. Ferguson, K. Shea, Computationally designed lattices with tuned properties for tissue engineering using 3D printing, PloS one, 12(8): 1-20, 2017.
10. 10. R. Yeşiloğlu, Eklemeli imalat ile üretilen farklı dolgu geometrisi ve yoğunluğa sahip pla esaslı yapıların mekanik davranışlarının deneysel olarak araştırılması, Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktara Tez, 2022.
11. 11. M.S. Kamer, Ş. Temiz, H. Yaykaşlı, A. Kaya, O. Akay, 3B yazıcıda farklı yazdırma hızlarında ABS ve PLA malzeme ile üretilen çekme test numunelerinin mekanik özelliklerinin karşılaştırılması, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 37(3): 1197-1211, 2022.