Evaluation of 3D-Printed ABS, PLA and Traditional Metal Hinges

Abstract

Furniture designed to serve activities such as storage, working, dining, sitting, and lying down in indoor and outdoor spaces includes various fixing and connecting elements to ensure the necessary durability and functionality. Among these are screws, minifix fittings, rails, and hinges. In this study, the strength of leaf hinges made from metal using traditional methods and those produced with PLA and ABS filaments using a 3D printer was compared in storage furniture with doors. The study involved leaf hinges produced from three different materials and two types of wood-based materials (MDF and particle board). The designed hinges were mounted on cabinet doors made of MDF and particle board and tested in accordance with the TS 9215 standard. Three different loads (30 kg, 37.5 kg, and 45 kg) were applied during the tests, and hinge deformations were measured. The collected data were analysed using SPSS software, revealing statistically significant differences in deformation depending on the material type. The results indicated that ABS hinges could be a viable alternative to metal hinges in terms of strength, while PLA hinges may be insufficient in certain conditions. This study provides valuable insights into the integration of cost-effective and environmentally friendly manufacturing methods into the furniture industry.

Keywords

• hinges
• 3D printer
• flamnets
• PLA
• ABS

3B Baskı ile Üretilen ABS, PLA Menteşelerin, Geleneksel Metal Menteşeler ile Karşılaştırılması

Öz

İç ve dış mekanlarda depolama, çalışma, yemek yeme, oturma, uzanma gibi eylemlere hizmet etmek üzere tasarlanan mobilyalarda gerekli dayanıklılığı ve işlevselliği sağlamak üzere kullanılan bağlantı elemanları bulunmaktadır. Bu bağlantı elemanlarının arasında vidalar, minifixler, raylar ve menteşeler bulunmaktadır. Çalışma kapsamında kapaklı depolama mobilyalarında kullanılan geleneksel yöntemlerle metal malzeme ile üretilmiş yaprak menteşeler ile 3B yazıcı kullanılarak PLA ve ABS filamentler ile üretilmiş menteşelerin mukavemetleri karşılaştırılmıştır. Çalışmada 3 farklı malzemeden üretilmiş yaprak menteşeler, 2 farklı ahşap malzeme (MDF ve Yonga Levha) kullanılmıştır. Tasarlanan menteşeler, MDF ve yonga levhadan yapılmış dolap kapaklarına monte edilerek TS 9215 standardına uygun şekilde test edilmiştir. Deneylerde üç farklı ağırlık (30 kg, 37,5 kg, 45 kg) uygulanmış ve menteşelerin deformasyonları ölçülmüştür. Elde edilen veriler SPSS yazılımı ile analiz edilmiş ve malzeme türüne bağlı olarak deformasyon miktarlarında istatistiksel olarak anlamlı farklar gözlemlenmiştir. Sonuçlara göre, ABS malzeme menteşelerin dayanım açısından metal menteşelere alternatif olabileceği, PLA malzemenin ise bazı durumlarda yetersiz kalabileceği belirlenmiştir. Bu çalışma, düşük maliyetli ve çevre dostu üretim yöntemlerinin mobilya endüstrisine entegrasyonu açısından önemli bir katkı sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Menteşeler
• 3 Boyutlu Yazıcı
• Filamentler
• PLA
• ABS

Kaynakça

1. Aydın, A., Kahraman, F., (2018). 3B Baskı Teknolojisi Kullanılarak Hızlı Prototipleme Yapımı ve Nesnelerin Üretimi. 6th International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science, Antalya, Turkey.
2. Berman, B. (2012). 3-D printing: The new industrial revolution. Business Horizons, 55(2), 155- 162.
3. Demir, E. B. K., Çaka, C., Tuğtekin, U., Demir, K., İslamoğlu, H. ve Kuzu, A. (2016). Üç boyutlu yazdırma teknolojilerinin eğitim alanında kullanımı: Türkiye’deki uygulamalar. Ege Eğitim Dergisi, 2(17), 481-503.
4. Erdinler, E.S. ve Şeker, S. (2024). Deflectıon performance of medıum densıty abs, pla, and wood-pla fılament pıns. Wood and Fiber Science, 4, 241-254.
5. Grand View Research, Inc. (2021, November 3). 3D printing plastics market worth USD 2.83 billion by 2027 | CAGR: 23.7% [Basın bülteni]. LinkeWire.
6. Hacıoğlu, H.S., Eraslan, F., Şimşek, Y., (2016). ABBAS V1 Üç Boyutlu Yazıcı Tasarımı. (Lisans Bitirme Tezi), Karabük Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Karabük.
7. Johnson, L., Adams Becker, S., Cummins, M., Freeman, A., Ifenthaler, D., & Vardaxis, N. (2013). Technology Outlook for Australian Tertiary Education 2013-2018: An NMC Horizon Project Regional Analysis. New Media Consortium. 6101 West Courtyard Drive Building One Suite 100, Austin, TX 78730
8. Kökhan, S., Özcan, U. (2018). 3D Yazıcıların Eğitimde Kullanımı’’, The Science Education Art and Technology Journal (SEAT Journal), 2, 80-85.

9. Lanzotti, A., Martorelli, M., Maietta S., Gerbino, S., Penta, F., Gloria, A. (2019). A comparison between mechanical properties of specimens 3D printed with virgin and recycled PLA, Procedia CIRP, 79, 143-146. Lee, J., An, J., Chua, C. K. (2017). Fundamentals and applications of 3D printing for novel materials, Applied Materials Today, 7, 120-133. Smardzewski, J., and Majewska, A. (2013). “Strength and durability of furniture drawers and doors,” Materials & Design 51, 61-66. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.03.101
10. The Welding Institute. (2019). Additive manufacturing: A guide to additive and 3D printing processes. Retrieved from https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-additive-manufacturing
11. U.S. Geological Survey. (2022). Mineral commodity summaries 2022. U.S. Department of the Interior. Retrieved from https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2022/mcs2022.pdf
12. Valentini, P. P., Pennestrì, E. (2017). Second-order approximation pseudo-rigid model of leaf flexure hinge, Mechanism and Machine Theory, 116, 352-359.
13. Yılmaz, F., Arar, M.E. ve Koç, E. (2013). 3D baskı ile hızlı prototip ve son ürün üretimi. Metalurji Dergisi, 168, 35-40.
14. Yoders, J. (2014). What’s the difference between ABS and PLA for 3D printing? Retrieved from https://www.makepartsfast.com/whats-the-difference-between-abs-and-pla-for-3d-printing