Eriyik Yığma Modelleme Sürecinin Yüzey Doku Karakterizasyonu ve Parametre Optimizasyonu

Abstract

Eriyik Yığma Modelleme (EYM), prototip ve model imalatının yanında son ürün olarak kullanılabilecek nitelikte fonksiyonel termoplastik parçaların da imalatında yaygın olarak kullanılan bir eklemeli imalat yöntemidir. EYM teknolojisi her ne kadar karmaşık parçaların imalatına imkan sağlıyor olsa da, elde edilen ürünlerin yüzey kalitesi henüz istenilen seviyeye ulaşamamıştır. Bu nedenle istenilen yüzey kalitesini elde etmek için ürün yüzeyine son bitirme işlemleri uygulanmaktadır. Bu işlemler zaman alıcıdır ve ilave maliyete neden olmaktadır. Alternatif olarak, ürünlerin yüzey kalitesinin arttırılması için EYM işleminin parametrelerinin optimize edilmesi daha ekonomik bir çözümdür. Bu çalışmanın amacı, EYM prosesi ile polilaktik asit (PLA) parça imalatında kabuk sayısı, dolgu oranı, dolgu geometrisi ve katman kalınlığı gibi parametrelerin yüzey pürüzlülüğü üzerinde etkisinin incelenerek, optimum parametrelerin belirlenmesidir. Numuneler Taguchi’nin standart L9 (3⁴) deneysel tasarım seti kullanılarak imal edilmiştir. Numunelerin yüzeyleri mekanik profilometre ile ölçülerek, 2 boyutlu yüzey profilleri elde edilmiş ve sonuçlar sinyal/gürültü oranı kalite karakteristiğine dönüştürülerek, sonuçlardaki sapmalar belirlenmiştir. İşlem parametrelerinin anlamlılığını belirlemek için de son olarak Varyans analizi (ANOVA) uygulanmıştır.  

Keywords

• Eriyik Yığma Modelleme (EYM)
• 3B baskı
• yüzey pürüzlülüğü
• parametre optimizasyonu
• deneysel tasarım

Surface Texture Characterization and Parameter Optimization of Fused Deposition Modelling Process

Abstract

Fused Deposition Modeling (FDM) is one of the additive manufacturing (AM) methods, widely used for manufacturing prototypes, models and functional thermoplastic parts as final product. Although FDM technology provides opportunity for manufacturing complex geometries, surface quality of the products cannot reach the required value yet. For this reason post processing operations which are time consuming and over costing, are applied to the finished parts. Alternatively, optimization of the FDM process parameters is another solution which is more economical way for improving surface quality of the printed parts. The aim of the study is to optimize the FDM process parameters such as shell number, infill percentage, infill geometry and layer thickness, for improving surface quality of the Polylactic Acid (PLA) parts. L9 (3⁴) standard Taguchi experimental design is applied for manufacturing of the samples. The manufactured surfaces are inspected by mechanical profilometer for obtaining 2D surface profiles and the results were transformed in to signal-to-noise ratio as a quality characteristic to measure the deviation from desired values. Analysis of variance (ANOVA) was used for determining significance of the testing parameters.

 

Keywords

• Fused deposition modeling (FDM)
• 3D printing
• surface roughness
• parameter optimization
• experimental design

References

1. T. Wohlers, Wohlers report 2012: executive summary. Fort Collins, CO: Wohlers Associates, Inc; 2012.
2. A. Boschetto, V. Giordano, F. Veniali, "3D roughness profile model in fused deposition modelling" Rapid Prototyping Journal, vol. 19, No. 4 pp. 240-252, 2013.
3. C.K. Chua, K.F. Leong, C.S. Lim, Rapid prototyping: principles and applications. third ed. Singapore: World Scientific; 2010.
4. D.S. Ingole, A.M. Kuthe, S.B. Thakare, A.S.Talankar, " Rapid prototyping–a technology transfer approach for development of rapid tooling" Rapid Prototyping Journal, vol.15, No.4, pp. 280-290, 2009.
5. O.S. Ivanova, C. B. Williams, T.A. Additive manufacturing (AM) and nanotechnology: promises and challenges" Campbell, Rapid Prototyping Journal, vol.19, no.5, pp.353-364, 2013.
6. R. Singh, S. Singh, I.P. Singh, F. Fabbrocino, F. Fraternali, "Investigation for surface finish improvement of FDM parts by vapor smoothing process", Composites Part B, vol. 111, pp. 228-234, 2017.
7. R. Anitha, S. Arunachalam, P. Radhakrishnan, "Critical parameters influencing the quality of prototypes in fused deposition modelling", Journal of Materials Processing Technology, vol. 118 (1–3): pp. 385-388, 2001.
8. S.O. Akande, "Dimensional Accuracy and Surface Finish Optimization of Fused Deposition Modelling Parts using Desirability Function Analysis", International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), Vol. 4, No. 04, 2015.

9. B. Vasudevarao, D.P. Natarajan, M. Henderson, "Sensitivity of RP surface finish to process parameter variation", Proceedings of solid free form fabrication, Austin, USA. 2000, pp. 252-258.
10. D.K. Ahn, H. Kim, S. Lee, "Surface roughness prediction using measured data and interpolation in layered manufacturing", Journal of Material Process Technology, vol. 209, pp. 664–671, 2009.
11. J. Martínez, J.L. Diéguez, A. Pereira, J.A. Pérez, "Modelization of surface roughness in FDM parts", AIP Conference Proceedings, vol.1431, pp. 849–1856, 2012.
12. F. Kartal, "Taguchi Metodolojisi ile Eriyik Yığma Modelleme Süreci Parametrelerinin Optimizasyonu", International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, vol. 1, no.1, pp. 49-56, 2017.
13. M. Sirvancı, Kalite İçin Deney Tasarımı Taguci Yaklasımı, Istanbul, Literatur Yayıncılık, 1997.
14. R. Leach, Fundamental Principles of Engineering Nanometrology, Second edition, Elsevier Inc., 2014, pp.252-253.