Research Article
BibTex RIS Cite

Optimization of 3D Printing Operation Parameters for Tensile Strength in PLA Based Sample

Year 2020, , 73 - 79, 01.03.2020
https://doi.org/10.2339/politeknik.422795

Abstract

In this study, the mechanical properties of PLA+ samples produced by
using fused deposition method (FDM) based 3D printer were investigated in
detail for the effects of printing speed, infill rate and raster angle. For
this purpose, standard tensile test specimens were prepared with a 3D printer
according to Taguchi L18 experimental design. The effects on the
tensile strength of the process parameters (printing speed, infill rate and
raster angle) were determined by analysis of variance (ANOVA). In addition, the
process parameters for the tensile strength were optimized by applying the
Taguchi methodology. Consequently, while the most effective parameter on the
tensile strength was the infill rate, the raster angle and the printing speed
were determined as other important parameters, respectively.

References

  • 1. Delikanlı K., Sofu M. M., Bekci U., “Üretim sektöründe hızlı direkt imalat sistemlerinin yeri ve önemi”, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 4: 33-39, (2005).
  • 2. Dizon J. R. C., Espera A. H., Chen Q., Advincula R. C., “Mechanical characterization of 3D-printed polymers”, Additive Manufacturing, 20: 44–67, (2018).
  • 3. Polzin C., Spath S., Seitz H., “Characterization and evaluation of a PMMA-based 3D printing process”, Rapid Prototyping Journal, 19(1): 37-43, (2013).
  • 4. Karagöz M., Cerit A. A., “Kişiye özel implant tasarımlarının 3 boyutlu yazıcılarla üretilmesi”, International Symposium On 3D Printing Technologies, 311-317, (2016).
  • 5. Topkaya T., “Dental implant destekli protezlerde implant sayısının ve yerleşim şeklinin sonlu elemanlar metoduyla analizi”, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2013).
  • 6. Lee J. Y., An J., Chua C. K., “Fundamentals and applications of 3D printing for novel materials”, Applied Materials Today, 7: 120–133, (2017).
  • 7. Turner B. N., Strong R., Gold S. A., “A review of melt extrusion additive manufacturing proces-ses: I. process design and modeling”, Rapid Prototyping Journal, 20(3): 192-204, (2014).
  • 8. Casavola C., Cazzato A., Moramarco V., Pappalettere C., “Orthotropic mechanical properties of fused deposition modelling parts described by classical laminate theory”, Materials and Design, 90: 453–458, (2016).
  • 9. Rankouhi B., Javadpour S., Delfanian F., Letcher T., “Failure analysis and mechanical characterization of 3D printed ABS respect to later thickness and orientation”, Journal of Failure Analysis and Prevention, 16: 467–481, (2016).
  • 10. Tymrak B. M., Kreiger M., Pearce J. M., “Mechanical properties of components fabricated with open-source 3D printers under realistic environmental conditions”, Materials and Design, 58: 242–246, (2014).
  • 11. Domingo M., Puigriol J. M., Garcia A. A., Lluma J., Borros S., Reyes G., “Mechanical property characterization and simulation of fused deposition modeling polycarbonate parts”, Materials and Design, 83: 670–677, (2015).
  • 12. Sood A. K., Ohdar R. K., Mahapatra S. S., “Parametric appraisal of mechanical property of fused deposition modelling processed parts”, Materials and Design, 31: 287–295, (2010).
  • 13. Vaezi M., Chua C. K., “Effects of layer thickness and binder saturation level parameters on 3D printing process”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 53: 275–284, (2011).
  • 14. Mohamed O. A., Masood S. H., Bhowmik J. L., “Optimization of fused deposition modeling process parameters: a review of current research and future prospects”, Advances in Manufacturing, 3: 42–53, (2015).
  • 15. ESUN 3D. http://www.esun3d.net/products/142.html.
  • 16. Taguchi G., Chowdhury S., Wu Y., “Taguchi's Quality Engineering Handbook, John Wiley & Sons, Inc.”, New Jersey, USA, (2005).
  • 17. Chacon J. M., Caminero M. A., Garcia-Plaza E., Nunez P. J., “Additive manufacturing of PLA structures using fused deposition modelling: Effect of process parameters on mechanical properties and their optimal selection”, Materials and Design, 124: 143–157, (2017).
  • 18. Lee B. H., Abdullah J., Khan Z. A., “Optimization of rapid prototyping parameters for production of flexible ABS object”, Journal of Materials Processing Technology, 169: 54–61, (2005).
  • 19. Lee C. S., Kim S. G., Ahn S. H., “Measurement of anisotropic compressive strength of rapid prototyping parts”, Journal of Materials Processing Technology, 8: 248–257, (2002).
  • 20. Wu W., Geng P., Li G., Zhao D., Zhang H., Zhao J., “Influence of layer thickness and raster angle on the mechanical properties of 3D-printed PEEK and a comparative mechanical study between PEEK and ABS”, Materials, 8: 5834–5846, (2015).
  • 21. Ahn S. H., Montero M., Odell D., Roundy S., Wright P. K., “Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS”, Rapid Prototyping Journal, 8(4): 248–257, (2002).

PLA Esaslı Numunelerde Çekme Dayanımı İçin 3D Baskı İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu

Year 2020, , 73 - 79, 01.03.2020
https://doi.org/10.2339/politeknik.422795

Abstract

Bu çalışmada, ergiyik yığma
modelleme (FDM) esaslı 3D yazıcı kullanılarak üretilen PLA+ numunelerin mekanik
özelliklerine baskı hızı, doluluk oranı ve tarama açısının etkileri detaylı
olarak araştırılmıştır. Bu amaçla, Taguchi L18 deney tasarımına göre
3D yazıcı ile standart çekme test numuneleri hazırlanmıştır. İşlem
parametrelerinin (Baskı hızı, doluluk oranı ve tarama açısı) çekme dayanımı
üzerindeki etkileri varyans analizi (ANOVA) ile belirlenmiştir. Ayrıca, Taguchi
metodolojisi uygulanarak çekme dayanımı için işlem parametrelerinin
optimizasyonu yapılmıştır. Sonuç olarak, çekme dayanımı üzerinde en etkin
parametre doluluk oranı olurken, sırasıyla tarama açısı ve baskı hızı diğer
önemli parametreler olarak tespit edilmiştir.  

References

  • 1. Delikanlı K., Sofu M. M., Bekci U., “Üretim sektöründe hızlı direkt imalat sistemlerinin yeri ve önemi”, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 4: 33-39, (2005).
  • 2. Dizon J. R. C., Espera A. H., Chen Q., Advincula R. C., “Mechanical characterization of 3D-printed polymers”, Additive Manufacturing, 20: 44–67, (2018).
  • 3. Polzin C., Spath S., Seitz H., “Characterization and evaluation of a PMMA-based 3D printing process”, Rapid Prototyping Journal, 19(1): 37-43, (2013).
  • 4. Karagöz M., Cerit A. A., “Kişiye özel implant tasarımlarının 3 boyutlu yazıcılarla üretilmesi”, International Symposium On 3D Printing Technologies, 311-317, (2016).
  • 5. Topkaya T., “Dental implant destekli protezlerde implant sayısının ve yerleşim şeklinin sonlu elemanlar metoduyla analizi”, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2013).
  • 6. Lee J. Y., An J., Chua C. K., “Fundamentals and applications of 3D printing for novel materials”, Applied Materials Today, 7: 120–133, (2017).
  • 7. Turner B. N., Strong R., Gold S. A., “A review of melt extrusion additive manufacturing proces-ses: I. process design and modeling”, Rapid Prototyping Journal, 20(3): 192-204, (2014).
  • 8. Casavola C., Cazzato A., Moramarco V., Pappalettere C., “Orthotropic mechanical properties of fused deposition modelling parts described by classical laminate theory”, Materials and Design, 90: 453–458, (2016).
  • 9. Rankouhi B., Javadpour S., Delfanian F., Letcher T., “Failure analysis and mechanical characterization of 3D printed ABS respect to later thickness and orientation”, Journal of Failure Analysis and Prevention, 16: 467–481, (2016).
  • 10. Tymrak B. M., Kreiger M., Pearce J. M., “Mechanical properties of components fabricated with open-source 3D printers under realistic environmental conditions”, Materials and Design, 58: 242–246, (2014).
  • 11. Domingo M., Puigriol J. M., Garcia A. A., Lluma J., Borros S., Reyes G., “Mechanical property characterization and simulation of fused deposition modeling polycarbonate parts”, Materials and Design, 83: 670–677, (2015).
  • 12. Sood A. K., Ohdar R. K., Mahapatra S. S., “Parametric appraisal of mechanical property of fused deposition modelling processed parts”, Materials and Design, 31: 287–295, (2010).
  • 13. Vaezi M., Chua C. K., “Effects of layer thickness and binder saturation level parameters on 3D printing process”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 53: 275–284, (2011).
  • 14. Mohamed O. A., Masood S. H., Bhowmik J. L., “Optimization of fused deposition modeling process parameters: a review of current research and future prospects”, Advances in Manufacturing, 3: 42–53, (2015).
  • 15. ESUN 3D. http://www.esun3d.net/products/142.html.
  • 16. Taguchi G., Chowdhury S., Wu Y., “Taguchi's Quality Engineering Handbook, John Wiley & Sons, Inc.”, New Jersey, USA, (2005).
  • 17. Chacon J. M., Caminero M. A., Garcia-Plaza E., Nunez P. J., “Additive manufacturing of PLA structures using fused deposition modelling: Effect of process parameters on mechanical properties and their optimal selection”, Materials and Design, 124: 143–157, (2017).
  • 18. Lee B. H., Abdullah J., Khan Z. A., “Optimization of rapid prototyping parameters for production of flexible ABS object”, Journal of Materials Processing Technology, 169: 54–61, (2005).
  • 19. Lee C. S., Kim S. G., Ahn S. H., “Measurement of anisotropic compressive strength of rapid prototyping parts”, Journal of Materials Processing Technology, 8: 248–257, (2002).
  • 20. Wu W., Geng P., Li G., Zhao D., Zhang H., Zhao J., “Influence of layer thickness and raster angle on the mechanical properties of 3D-printed PEEK and a comparative mechanical study between PEEK and ABS”, Materials, 8: 5834–5846, (2015).
  • 21. Ahn S. H., Montero M., Odell D., Roundy S., Wright P. K., “Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS”, Rapid Prototyping Journal, 8(4): 248–257, (2002).
There are 21 citations in total.

Details

Primary Language Turkish
Subjects Engineering
Journal Section Research Article
Authors

Mustafa Günay 0000-0002-1281-1359

Süleyman Gündüz 0000-0003-4285-5114

Hakan Yılmaz 0000-0002-8553-388X

Nafiz Yaşar 0000-0002-1427-1384

Ramazan Kaçar 0000-0002-3903-1838

Publication Date March 1, 2020
Submission Date May 11, 2018
Published in Issue Year 2020

Cite

APA Günay, M., Gündüz, S., Yılmaz, H., Yaşar, N., et al. (2020). PLA Esaslı Numunelerde Çekme Dayanımı İçin 3D Baskı İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu. Politeknik Dergisi, 23(1), 73-79. https://doi.org/10.2339/politeknik.422795
AMA Günay M, Gündüz S, Yılmaz H, Yaşar N, Kaçar R. PLA Esaslı Numunelerde Çekme Dayanımı İçin 3D Baskı İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu. Politeknik Dergisi. March 2020;23(1):73-79. doi:10.2339/politeknik.422795
Chicago Günay, Mustafa, Süleyman Gündüz, Hakan Yılmaz, Nafiz Yaşar, and Ramazan Kaçar. “PLA Esaslı Numunelerde Çekme Dayanımı İçin 3D Baskı İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu”. Politeknik Dergisi 23, no. 1 (March 2020): 73-79. https://doi.org/10.2339/politeknik.422795.
EndNote Günay M, Gündüz S, Yılmaz H, Yaşar N, Kaçar R (March 1, 2020) PLA Esaslı Numunelerde Çekme Dayanımı İçin 3D Baskı İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu. Politeknik Dergisi 23 1 73–79.
IEEE M. Günay, S. Gündüz, H. Yılmaz, N. Yaşar, and R. Kaçar, “PLA Esaslı Numunelerde Çekme Dayanımı İçin 3D Baskı İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu”, Politeknik Dergisi, vol. 23, no. 1, pp. 73–79, 2020, doi: 10.2339/politeknik.422795.
ISNAD Günay, Mustafa et al. “PLA Esaslı Numunelerde Çekme Dayanımı İçin 3D Baskı İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu”. Politeknik Dergisi 23/1 (March 2020), 73-79. https://doi.org/10.2339/politeknik.422795.
JAMA Günay M, Gündüz S, Yılmaz H, Yaşar N, Kaçar R. PLA Esaslı Numunelerde Çekme Dayanımı İçin 3D Baskı İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu. Politeknik Dergisi. 2020;23:73–79.
MLA Günay, Mustafa et al. “PLA Esaslı Numunelerde Çekme Dayanımı İçin 3D Baskı İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu”. Politeknik Dergisi, vol. 23, no. 1, 2020, pp. 73-79, doi:10.2339/politeknik.422795.
Vancouver Günay M, Gündüz S, Yılmaz H, Yaşar N, Kaçar R. PLA Esaslı Numunelerde Çekme Dayanımı İçin 3D Baskı İşlem Parametrelerinin Optimizasyonu. Politeknik Dergisi. 2020;23(1):73-9.

Cited By






















 
TARANDIĞIMIZ DİZİNLER (ABSTRACTING / INDEXING)
181341319013191 13189 13187 13188 18016 

download Bu eser Creative Commons Atıf-AynıLisanslaPaylaş 4.0 Uluslararası ile lisanslanmıştır.