Effect Of The Infill Pattern On Mechanical Properties Of Pla Materials Manufactured By Fdm Method

Öz

In this study, the effects of different printing patterns and angles on the production times, weights, and mechanical properties of samples produced with PLA (poly lactic acid) materials at a 15% fill density were investigated. For this purpose, a total of 14 tensile specimens and 12 compression specimens were produced, along with a fully filled specimen, and subjected to tensile and compression tests. According to the obtained results, it was determined that the complexity of the geometric pattern extended the printing time, and the 15% filled specimen had much shorter printing time and material consumption compared to the fully filled specimen. The printing angle was found to affect the material's strength. Tensile-resistant specimens showed weaker performance in compression tests, while compression-resistant specimens exhibited weaker resistance in tensile tests. Samples with similar strength in both tests were honeycomb, gyroid, and grid patterns. It was also observed that the fill pattern and angle affected elongation and deformation behaviors.

Anahtar Kelimeler

• Infill Rate
• PLA
• FDM
• 3B Printer

Fdm Yöntemiyle Üretilen Pla Malzemelerde Dolgu Deseninin Mekanik Özelliklere Etkisi

Öz

Bu çalışmada PLA (poly lactic acid) malzemeler ile %15 doluluk oranlarında üretilen numunelerde farklı baskı desen ve açıların malzemelerin üretim sürelerine, ağırlıklarına ve mekanik özelliklerine olan etkileri incelenmiştir. Bu amaçla tam dolu numune ile toplam 14 adet çekme numunesi ve 12 adet basma numuneleri üretilmiş ve çekme ve basma testlerine tabi tutulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre, geometrik desenin karmaşıklığının baskı süresini uzattığı, %15 dolu numunenin tam dolu numuneye oranla çok daha kısa baskı süresi ve malzeme sarfiyatı verdiği tespit edilmiştir. Baskı açısının malzemenin mukavemetine etkisi olduğu görülmüştür. Çekmeye dayanıklı numunelerin basma testlerinde daha zayıf performans sergilediği, basmaya dayanıklı numunelerin ise çekme testlerinde daha zayıf dayanım sergilediği görülmüştür. Her iki testte de benzer dayanımı gösteren numuneler ise bal peteği, jiroid ve grid desenleri olmuştur. Dolgu desen ve açısının uzama ve şekil değiştirme davranışlarında da etkili olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Dolgu Deseni
• PLA
• FDM
• 3B Yazıcı

Kaynakça

1. Shahrubudin, N., Lee, T. C., & Ramlan, R. (2019). An overview on 3D printing technology: Technological, materials, and applications. Procedia manufacturing, 35, 1286-1296.
2. Özmen, Ö., Sürmen, H. K., & Sezgin, A. (2023). 3 Boyutlu Baskida Dolgu Biçiminin Çekme Dayanimina Etkisi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 11(1), 336-348.
3. Yemişçi, F. (2016). Plastikleştirilmiş poli (laktik asit)'in alev dayanımının fosfor bazlı katkı maddeleri ile geliştirilmesi Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü].
4. Kangallı, E. (2022). Poli (laktik asit)(PLA)/bor oksit (B2O3) nanokompozit sentezi ve karakterizasyonu Ankara Universitesi (Turkey)
5. Parmaksız, F., Anaç, N., Koçar, O., & Erdogan, B. (2023). Investigation of mechanical properties and thermal conductivity coefficients of 3D printer materials. International Advanced Researches and Engineering Journal, 7(3), 146-156.
6. Dey, A., Roan Eagle, I. N., & Yodo, N. (2021). A review on filament materials for fused filament fabrication. Journal of manufacturing and materials processing, 5(3), 69.
7. Çevik, Ü., & Kam, M. (2020). A review study on mechanical properties of obtained products by FDM method and metal/polymer composite filament production. Journal of nanomaterials, 2020(1), 6187149.
8. Li, T., & Wang, L. (2017). Bending behavior of sandwich composite structures with tunable 3D-printed core materials. Composite Structures, 175, 46-57.

9. Sugiyama, K., Matsuzaki, R., Ueda, M., Todoroki, A., & Hirano, Y. (2018). 3D printing of composite sandwich structures using continuous carbon fiber and fiber tension. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 113, 114-121.
10. Evlen, H. (2019). Doluluk oranının 3B yazıcıda üretilen TPU ve TPE numunelerinin mekanik özellikleri üzerine etkilerinin incelenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 21(63), 793-804.
11. Evlen, H., Özdemi̇r, M. A., & Çalişkan, A.(2019). Doluluk Oranlarının PLA ve PET Malzemelerin Mekanik Özellikleri Üzerine Etkileri. Politeknik Dergisi, 22 (4): 1031–1037.[12] Baca Lopez, D. M., & Ahmad, R. (2020). Tensile mechanical behaviour of multi-polymer sandwich structures via fused deposition modelling. Polymers, 12(3), 651.
12. Raut, N. P., Bhosale, S., & Kolekar, A. B. (2022). Application of Taguchi methodology in evaluating the IZOD impact strength of FDM 3D printed component. Materials Today: Proceedings.
13. Kain, S., Ecker, J., Haider, A., Musso, M., & Petutschnigg, A. (2020). Effects of the infill pattern on mechanical properties of fused layer modeling (FLM) 3D printed wood/polylactic acid (PLA) composites. European journal of wood and wood products, 78, 65-74
14. Kumar, R., Alex, Y., Nayak, B., & Mohanty, S. (2023). Effect of poly (ethylene glycol) on 3D printed PLA/PEG blend: A study of physical, mechanical characterization and printability assessment. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 141, 105813.
15. Khan, S., Zakaria, H., Chong, Y., Saad, M., & Basaruddin, K. (2018). Effect of infill on tensile and flexural strength of 3D printed PLA parts. IOP conference series: materials science and engineering and engineering, 429: 012101 (2018).
16. Rismalia, M., Hidajat, S. C., Permana, I. G. R., Hadisujoto, B., Muslimin, M., & Triawan, F. (2019). Infill pattern and density effects on the tensile properties of 3D printed PLA material. Journal Of Physics: Conference Series, 1402 (4): 044041.
17. Fernandez-Vicente, M., Calle, W., Ferrandiz, S., & Conejero, A. (2016). Effect of infill parameters on tensile mechanical behavior in desktop 3D printing. 3D printing and additive manufacturing, 3(3), 183-192.
18. Marșavina, L., Vălean, C., Mărghitaș, M., Linul, E., Razavi, N., Berto, F., & Brighenti, R. (2022). Effect of the manufacturing parameters on the tensile and fracture properties of FDM 3D-printed PLA specimens. Engineering Fracture Mechanics, 274, 108766.
19. Bergonzi, L., Vettori, M., Stefanini, L., & D’Alcamo, L. (2021). Different infill geometry influence on mechanical properties of FDM produced PLA. IOP Conference Series: Materials Science And Engineering, 1038 (1): 012071.
20. Cuan-Urquizo, E., Álvarez-Trejo, A., Robles Gil, A., Tejada-Ortigoza, V., Camposeco-Negrete, C., Uribe-Lam, E., & Treviño-Quintanilla, C. D. (2022). Effective stiffness of fused deposition modeling infill lattice patterns made of PLA-wood material. Polymers, 14(2), 337.
21. Committee, D. (2010). Test method for tensile properties of plastics. ASTM International.