Effects of Filling Percentage on Mechanical Properties of PLA and PET Materials

Abstract

In this study, it is aimed to design a printer which has fused deposition technology and determine experimentally the effect of infill percentage on the mechanical properties with samples produced on the printer. A Cartesian type and open source three dimensional printer was modelled. Mechanical test samples were printed at 10, 20, 30, 40 and 50% infill percentage of PET and PLA materials using a three-dimensional printer manufactured as a prototype. Using the obtained samples, uniaxial tensile tests, hardness and surface roughness values ​​were measured. As a result of the measurements, the hardness values ​​of PET and PLA materials were directly related to the infill percentage of the material, and the hardness of the materials increased as the filling percentage increased. It was observed that roughness and tensile values ​​of PLA and PET materials were inversely related to each other and roughness and tensile strength values ​​were observed in the opposite direction from 30% infill percentage to 10% and 20% infill percentage.

Keywords

• Infill percentage,PET,PLA,surface roughness,hardness

Doluluk Oranlarının PLA ve PET Malzemelerin Mekanik Özellikleri Üzerine Etkileri

Abstract

Gerçekleştirilen çalışmada, yığma teknolojisi ile üretim yapan bir yazıcı modellemek ve modellenen üç boyutlu yazıcıda doluluk oranının mekanik özellikler üzerine etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç kapsamında kartezyen tipi açık kaynaklı bir üç boyutlu yazıcı modellenmiştir. Prototip imalatı yapılan üç boyutlu yazıcı kullanılarak PET ve PLA malzemelerin %10, 20, 30, 40 ve %50 doluluk oranlarında mekanik test numuneleri yazdırılmıştır. Elde edilen numuneler tek eksenli çekme testleri tabi tutulmuş, sertlik ve pürüzlülük değerleri ölçülmüştür. Yapılan ölçümler neticesinde PET ve PLA malzemelerde sertlik değerinin malzemenin doluluk oranı ile doğru orantılı olduğu, doluluk oranı arttıkça malzemelerin sertliklerinin de arttığı görülmüştür. PLA ve PET malzemelerden üretilen numunelerin pürüzlülük ve çekme değerlerinin birbiriyle ters orantılı olduğu, pürüzlülük ve çekme mukavemeti değerlerinin %30 doluluk oranından itibaren  %10 ve %20 doluluk oranındakinin aksi yönde seyrettiği görülmüştür. 

Keywords

• Doluluk oranı,PET,PLA,pürüzlülük,sertlik

References

1. [1] Szykiedansa K., Credo W., “Mechanical properties of FDM and SLA low-cost 3-D prints”, Procedia Engineering (The 20th International Conference: Machine Modeling and Simulations, MMS 2015), 136: 257 – 262, (2016).
2. [2] Dawoud M., Taha I., Ebeid S.J., “Mechanical behaviour of ABS: An experimental study using FDM and injection moulding techniques”, Journal of Manufacturing Processes, 21: 39–45, (2016).
3. [3] Cubric D., Lencova B., Read F.H., Zlamal J., “Comparison of FDM, FEM and BEM for electrostatic charged particle optics”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 427: 357-362, (1996).
4. [4] Sood A.K., Ohdar R.K., Mahapatra S.S., “Experimental investigation and empirical modelling of FDM process for compressive strength improvement”, Journal of Advanced Research, 3: 81–90, (2012).
5. [5] Jaina P., Kutheb A.M., “Feasibility Study of manufacturing using rapid prototyping: FDM Approach”, Procedia Engineering, 63: 4 – 11, (2013).
6. [6] Rauta S., Jattib V.K.S., Nitin K., Khedkar K., Singh T.P., “Investigation of the effect of built orientation on mechanical properties and total cost of FDM parts”, Procedia Materials Science, 6:1625 – 1630, (2014).
7. [7] Gurrala P.K., Regalla S.P., DOE Based Parametric Study of Volumetric Change of FDM Parts”, Procedia Materials Science, 6: 354 – 360, (2014).
8. [8] Nuñeza P.J., Rivasa A., García-Plazaa E., Beamudb E., Sanz-Loberac A., “Dimensional and surface texture characterization in Fused Deposition Modelling (FDM) with ABS plus”, Procedia Engineering, 32: 856 – 863, (2015).

9. [9] Leary M., Kron T., Keller C., Franich R., Lonski P., Subic A., Brandt M., “Additive manufacture of custom radiation dosimetry phantoms: An automated method compatible with commercial polymer 3D printers”, Materials and Design, 86: 487–499, (2015).
10. [10] Stephens B., Azimi P., Orch Z.E., Ramos T., “Ultrafine particle emissions from desktop 3D printers”, Atmospheric Environment, 79: 334-339, (2013). [11] Ahrabi A.Z., Bilici İ., Bilgesu A.Y., “Pet Atıkları Kullanılarak Kompozit Malzeme Üretiminin Araştırılması”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 27:467-471, (2012).
11. [12] Reddy M.M., Vivekanandhan S., Misraa M., Bhatia S.K., Mohantya A.K., “Biobased plastics and bionanocomposites: Current status and future opportunities”, Progress in Polymer Science, 38:1653–1689, (2013).
12. [13] Armentano I., Bitinis N., Fortunati E., Mattiolia S., Rescignano N., Verdejo R., Manchado M.A.L., Kenny J.M., “Multifunctional nanostructured PLA materials for packaging and tissue engineering”, Progress in Polymer Science, 38:1720–1747, (2013).
13. [14] Raquez J.M., Habibi Y., Murariu M., Dubois P., “Polylactide (PLA)-based nanocomposites”, Progress in Polymer Science, 38:1504–1542, (2013).
14. [15] Doğadan gelen doğa dostu biyoplastik hammaddeleri. Bina Dış cepheleri için biyobazlı plastikler [Biodegradable plastics for building exterior] [article in Turkish] http://www.biyoplastik.net/2013/08/bina-ds-cepheleri-icin-biyobazl.html. Accessed January 30, (2018).