Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Investigation of the Effect of Z-Seam Locations on Mechanical Properties in 3D Printing: An Experimental Study on Re-Entrant Cell Geometry

Yıl 2025, Cilt: 41 Sayı: 2, 647 - 657, 30.08.2025

Öz

Fused Deposition Modeling (FDM) offers various advantages in the production of complex parts. The success of this technology is not limited solely to visual quality, but also depends on the accurate determination and characterization of the mechanical properties of the produced parts. The mechanical properties of parts manufactured using three-dimensional (3D) printers—such as tensile, compressive, and impact strength—are critically important in terms of production quality and final product performance. In this context, it is necessary to examine in detail the effects of manufacturing process parameters on mechanical behavior. One of these parameters, the Z-Seam location, represents the interlayer bonding configuration and can directly affect the overall structural strength of the part. In this study, specimens produced with different Z-Seam parameters using PLA material were subjected to compression testing. As a result of the experiments, the lowest compressive strength was obtained in the “Sharp Corner – Hidden Seam” configuration with 1.55 kN, while the highest strength was achieved in the “Shortest – Open & Hidden Seam” configuration with 1.65 kN. These findings reveal that the location and type of Z-seam can lead to approximately a 10% variation in part strength, highlighting its significant influence as a process parameter in FDM.

Kaynakça

  • Shunmugam, M.S., Kanthababu, M. (2020). Advances in Additive Manufacturing and Joining: Proceedings of AİMTDR 2018. Springer.
  • Ngo, T.D., Kashani, A., İmbalzano, G., Nguyen, K.T.Q., Hui, D. (2018). Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges. Composites Part B, 143, 172–196. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.02.012
  • Popescu, D., Zapciu, A., Amza, C., Baciu, F., Marinescu, R. (2018). FDM process parameters influence over the mechanical properties of polymer specimens: A review. Polymer Testing, 69, 157–166. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2018.05.020
  • Ahn, S.-H., Montero, M., Ödell, D., Roundy, S., Wright, P.K. (2002). Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS. Rapid Prototyping Journal, 8(4), 248–257. https://doi.org/10.1108/13552540210441166
  • Rybachuk, M., Mauger, C.A., Fiedler, T., Ö chsner, A. (2017). Anisotropic mechanical properties of fused deposition modeled parts fabricated by using acrylonitrile butadiene styrene polymer. Journal of Polymer Engineering, 37(7), 699–706. http://doi.org/10.1515/polyeng-2016-0263
  • Tymrak, B.M., Kreiger, M., Pearce, J.M. (2014). Mechanical properties of components fabricated with open-source 3-D printers under realistic environmental conditions. Materials & Design, 58, 242–246. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.02.038
  • Xu, Q., Shang, Y., Jiang, Z., Wang, Z., Zhou, C., Liu, X., Zhang, H. (2021). Effect of molecular weight on mechanical properties and microstructure of 3D printed poly(ether ether ketone). Polymer İnternational, 70(8), 1065–1072. https://doi.org/10.1002/pi.6166
  • Nagaraj, C., Mishra, D., Tirupati, T. (2019). Öptimization of the FDM process parameters to attain the desired strength of ABS specimens. İnternational Journal of Recent Technology and Engineering, 8(4), 1589–1593. https://doi.org/10.35940/ijrte.c3854.118419
  • Tanveer, M.Q., Mishra, G., Mishra, S., et al. (2022). Effect of infill pattern and infill density on mechanical behaviour of FDM 3D printed parts – A current review. Materials Today: Proceedings, 62, 100–108. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.02.310
  • Agrawal, A.P., Kumar, V., Kumar, J., et al. (2023). An investigation of combined effect of infill pattern, density, and layer thickness on mechanical properties of 3D printed ABS by fused filament fabrication. Heliyon, 9, e16531. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e16531
  • Solouki, A., Aliha, M.R.M., & Makui, A. (2024). A methodology for optimizing impact strength, dimensional accuracy and costs of manufacturing with three-dimensional printing of polylactic acid. Arabian Journal for Science and Engineering, 49, 7545–7569. https://doi.org/10.1007/s13369-023-08422-3
  • Rath, U., & Pandey, P.M. (2022). Experimental investigations into extrusion-based 3D printing of PCL/CİP composites for microwave shielding applications. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 35, 998–1021. https://doi.org/10.1177/0892705720925131
  • Chafik, R.S., Ebeid, S.J., Sayed, M.M. (2024). Printing parameters and material characteristics affecting mechanical properties of FDM printed parts. Engineering Research Journal (Shoubra), 53(2), 220–225. https://doi.org/10.21608/erjsh.2023.251818.1252
  • Demir, S. (2024). İnvestigation of mechanical properties in FFF-produced PLA samples using the Erichsen test: Application of definitive screening and RSM. Rapid Prototyping Journal. (Erken çevrimiçi baskı). https://doi.org/10.1108/RPJ-08-2024-0342
  • Demir, S., Yu ksel, C. (2022). Evaluation of effect and optimizing of process parameters for fused deposition modeling parts on tensile properties via Taguchi method. Rapid Prototyping Journal, 29(4), 720–730. https://doi.org/10.1108/RPJ-06-2022-0201
  • Foppiano, B., Saluja, R., & Fayazbakhsh, K. (2021). The effect of variable nozzle temperature and cross-sectional pattern on interlayer tensile strength of 3D printed ABS specimens. Experimental Mechanics, 61, 1305–1322. https://doi.org/10.1007/s11340-021-00757-y
  • Demirbas, M. D., Ekrikaya, S., Caliskan, U., Sevim, C., & Apalak, M. K. (2025). Functionally Graded and Geometrically Modified Auxetic Re-Entrant Honeycombs: Experimental and Numerical Analysis. Polymers,17(11), 1547. https://doi.org/10.3390/polym17111547
  • Riiz Machinery Ltd. Co. (2023). FİLAMEÖN. https://www.filameon.com (Erişim Tarihi: 20.04.2025)
  • MTS Test ve Simu lasyon Sistemleri. (2023). https://www.mts.com (Erişim Tarihi: 20.04.2025)

3 Boyutlu Yazıcılarda Z-Dikiş Noktalarının Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi: Re-Entrant Hücre Geometrisi Üzerine Deneysel Bir Araştırma

Yıl 2025, Cilt: 41 Sayı: 2, 647 - 657, 30.08.2025

Öz

Katmanlı eriyik yığma modelleme (EYM) yöntemi, karmaşık parçaların üretiminde çeşitli avantajlar sunmaktadır. Bu teknolojinin başarısı yalnızca görsel kalite ile sınırlı olmayıp, aynı zamanda elde edilen parçaların mekanik özelliklerinin doğru bir şekilde belirlenmesine ve karakterize edilmesine de bağlıdır. Üç boyutlu yazıcılarla üretilen parçaların çekme, basma ve darbe dayanımı gibi mekanik özellikleri, üretim kalitesi ve son ürün performansı açısından kritik öneme sahiptir. Bu bağlamda, üretim sürecine ait parametrelerin mekanik davranış üzerindeki etkilerinin ayrıntılı biçimde incelenmesi gerekmektedir. Bu parametrelerden biri olan Z-Dikiş noktaları, katmanlar arası birleştirme stratejisini ifade etmekte olup parçanın bütünsel dayanımını doğrudan etkileyebilmektedir. Bu çalışmada, PLA malzemesi kullanılarak farklı Z-Dikiş parametreleriyle üretilen numuneler basma testine tabi tutulmuştur. Deneyler sonucunda, en düşük basma dayanımı 1.55 kN ile “Keskin Köşe – Gizli Dikiş” konfigürasyonunda, en yüksek dayanım ise 1.65 kN ile “En Kısa – Açık&Gizli Dikiş” konfigürasyonunda elde edilmiştir. Bu bulgular, Z-Dikiş noktalarının yerleşimi ve türünün, parça dayanımı üzerinde yaklaşık %10 oranında değişime neden olabildiğini ve bu parametrenin EYM ile üretimde dikkate değer bir etkiye sahip olduğunu ortaya koymaktadır.

Kaynakça

  • Shunmugam, M.S., Kanthababu, M. (2020). Advances in Additive Manufacturing and Joining: Proceedings of AİMTDR 2018. Springer.
  • Ngo, T.D., Kashani, A., İmbalzano, G., Nguyen, K.T.Q., Hui, D. (2018). Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges. Composites Part B, 143, 172–196. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.02.012
  • Popescu, D., Zapciu, A., Amza, C., Baciu, F., Marinescu, R. (2018). FDM process parameters influence over the mechanical properties of polymer specimens: A review. Polymer Testing, 69, 157–166. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2018.05.020
  • Ahn, S.-H., Montero, M., Ödell, D., Roundy, S., Wright, P.K. (2002). Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS. Rapid Prototyping Journal, 8(4), 248–257. https://doi.org/10.1108/13552540210441166
  • Rybachuk, M., Mauger, C.A., Fiedler, T., Ö chsner, A. (2017). Anisotropic mechanical properties of fused deposition modeled parts fabricated by using acrylonitrile butadiene styrene polymer. Journal of Polymer Engineering, 37(7), 699–706. http://doi.org/10.1515/polyeng-2016-0263
  • Tymrak, B.M., Kreiger, M., Pearce, J.M. (2014). Mechanical properties of components fabricated with open-source 3-D printers under realistic environmental conditions. Materials & Design, 58, 242–246. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.02.038
  • Xu, Q., Shang, Y., Jiang, Z., Wang, Z., Zhou, C., Liu, X., Zhang, H. (2021). Effect of molecular weight on mechanical properties and microstructure of 3D printed poly(ether ether ketone). Polymer İnternational, 70(8), 1065–1072. https://doi.org/10.1002/pi.6166
  • Nagaraj, C., Mishra, D., Tirupati, T. (2019). Öptimization of the FDM process parameters to attain the desired strength of ABS specimens. İnternational Journal of Recent Technology and Engineering, 8(4), 1589–1593. https://doi.org/10.35940/ijrte.c3854.118419
  • Tanveer, M.Q., Mishra, G., Mishra, S., et al. (2022). Effect of infill pattern and infill density on mechanical behaviour of FDM 3D printed parts – A current review. Materials Today: Proceedings, 62, 100–108. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.02.310
  • Agrawal, A.P., Kumar, V., Kumar, J., et al. (2023). An investigation of combined effect of infill pattern, density, and layer thickness on mechanical properties of 3D printed ABS by fused filament fabrication. Heliyon, 9, e16531. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e16531
  • Solouki, A., Aliha, M.R.M., & Makui, A. (2024). A methodology for optimizing impact strength, dimensional accuracy and costs of manufacturing with three-dimensional printing of polylactic acid. Arabian Journal for Science and Engineering, 49, 7545–7569. https://doi.org/10.1007/s13369-023-08422-3
  • Rath, U., & Pandey, P.M. (2022). Experimental investigations into extrusion-based 3D printing of PCL/CİP composites for microwave shielding applications. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 35, 998–1021. https://doi.org/10.1177/0892705720925131
  • Chafik, R.S., Ebeid, S.J., Sayed, M.M. (2024). Printing parameters and material characteristics affecting mechanical properties of FDM printed parts. Engineering Research Journal (Shoubra), 53(2), 220–225. https://doi.org/10.21608/erjsh.2023.251818.1252
  • Demir, S. (2024). İnvestigation of mechanical properties in FFF-produced PLA samples using the Erichsen test: Application of definitive screening and RSM. Rapid Prototyping Journal. (Erken çevrimiçi baskı). https://doi.org/10.1108/RPJ-08-2024-0342
  • Demir, S., Yu ksel, C. (2022). Evaluation of effect and optimizing of process parameters for fused deposition modeling parts on tensile properties via Taguchi method. Rapid Prototyping Journal, 29(4), 720–730. https://doi.org/10.1108/RPJ-06-2022-0201
  • Foppiano, B., Saluja, R., & Fayazbakhsh, K. (2021). The effect of variable nozzle temperature and cross-sectional pattern on interlayer tensile strength of 3D printed ABS specimens. Experimental Mechanics, 61, 1305–1322. https://doi.org/10.1007/s11340-021-00757-y
  • Demirbas, M. D., Ekrikaya, S., Caliskan, U., Sevim, C., & Apalak, M. K. (2025). Functionally Graded and Geometrically Modified Auxetic Re-Entrant Honeycombs: Experimental and Numerical Analysis. Polymers,17(11), 1547. https://doi.org/10.3390/polym17111547
  • Riiz Machinery Ltd. Co. (2023). FİLAMEÖN. https://www.filameon.com (Erişim Tarihi: 20.04.2025)
  • MTS Test ve Simu lasyon Sistemleri. (2023). https://www.mts.com (Erişim Tarihi: 20.04.2025)
Toplam 19 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Makine Teorisi ve Dinamiği
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Çağlar Sevim 0000-0001-6456-5949

Yayımlanma Tarihi 30 Ağustos 2025
Gönderilme Tarihi 23 Temmuz 2025
Kabul Tarihi 6 Ağustos 2025
Yayımlandığı Sayı Yıl 2025 Cilt: 41 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA Sevim, Ç. (2025). 3 Boyutlu Yazıcılarda Z-Dikiş Noktalarının Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi: Re-Entrant Hücre Geometrisi Üzerine Deneysel Bir Araştırma. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 41(2), 647-657.
AMA Sevim Ç. 3 Boyutlu Yazıcılarda Z-Dikiş Noktalarının Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi: Re-Entrant Hücre Geometrisi Üzerine Deneysel Bir Araştırma. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. Ağustos 2025;41(2):647-657.
Chicago Sevim, Çağlar. “3 Boyutlu Yazıcılarda Z-Dikiş Noktalarının Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi: Re-Entrant Hücre Geometrisi Üzerine Deneysel Bir Araştırma”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 41, sy. 2 (Ağustos 2025): 647-57.
EndNote Sevim Ç (01 Ağustos 2025) 3 Boyutlu Yazıcılarda Z-Dikiş Noktalarının Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi: Re-Entrant Hücre Geometrisi Üzerine Deneysel Bir Araştırma. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 41 2 647–657.
IEEE Ç. Sevim, “3 Boyutlu Yazıcılarda Z-Dikiş Noktalarının Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi: Re-Entrant Hücre Geometrisi Üzerine Deneysel Bir Araştırma”, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 41, sy. 2, ss. 647–657, 2025.
ISNAD Sevim, Çağlar. “3 Boyutlu Yazıcılarda Z-Dikiş Noktalarının Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi: Re-Entrant Hücre Geometrisi Üzerine Deneysel Bir Araştırma”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 41/2 (Ağustos2025), 647-657.
JAMA Sevim Ç. 3 Boyutlu Yazıcılarda Z-Dikiş Noktalarının Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi: Re-Entrant Hücre Geometrisi Üzerine Deneysel Bir Araştırma. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2025;41:647–657.
MLA Sevim, Çağlar. “3 Boyutlu Yazıcılarda Z-Dikiş Noktalarının Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi: Re-Entrant Hücre Geometrisi Üzerine Deneysel Bir Araştırma”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 41, sy. 2, 2025, ss. 647-5.
Vancouver Sevim Ç. 3 Boyutlu Yazıcılarda Z-Dikiş Noktalarının Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi: Re-Entrant Hücre Geometrisi Üzerine Deneysel Bir Araştırma. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2025;41(2):647-5.

✯ Etik kurul izni gerektiren, tüm bilim dallarında yapılan araştırmalar için etik kurul onayı alınmış olmalı, bu onay makalede belirtilmeli ve belgelendirilmelidir.
✯ Etik kurul izni gerektiren araştırmalarda, izinle ilgili bilgilere (kurul adı, tarih ve sayı no) yöntem bölümünde, ayrıca makalenin ilk/son sayfalarından birinde; olgu sunumlarında, bilgilendirilmiş gönüllü olur/onam formunun imzalatıldığına dair bilgiye makalede yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, makalelerde Araştırma ve Yayın Etiğine uyulduğuna dair ifadeye yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, hakem, yazar ve editör için ayrı başlıklar altında etik kurallarla ilgili bilgi verilmelidir.
✯ Dergide ve/veya web sayfasında, ulusal ve uluslararası standartlara atıf yaparak, dergide ve/veya web sayfasında etik ilkeler ayrı başlık altında belirtilmelidir. Örneğin; dergilere gönderilen bilimsel yazılarda, ICMJE (International Committee of Medical Journal Editors) tavsiyeleri ile COPE (Committee on Publication Ethics)’un Editör ve Yazarlar için Uluslararası Standartları dikkate alınmalıdır.
✯ Kullanılan fikir ve sanat eserleri için telif hakları düzenlemelerine riayet edilmesi gerekmektedir.