PREDICTION OF COMPRESSIVE STRENGTH OF PVA SAMPLES PRODUCED BY FUSED DEPOSITION MODELING USING FUZZY LOGIC

Öz

In this study, samples with varying processing parameters were produced using Polyvinyl Alcohol (PVA) material, and their compressive strengths were investigated. The aim of this study is to estimate the compressive strength of samples produced with PVA material using a fuzzy logic modeling method, depending on processing parameters such as nozzle temperature, printing speed, and filling ratio. According to the results, the compressive strength is highly dependent on the filling rate; as the filling rate increases, the compressive strength also increases. However, the compressive strength decreases with an increase in printing speed. The nozzle temperature partially decreased the compressive strength. One of the most important contributions of this study is the prediction of experimental data using the fuzzy logic modeling method. The fuzzy logic model developed in this study successfully modeled the relationship between parameters such as nozzle temperature, printing speed, and filling ratio with compressive strength, predicting values close to the real experimental data. This model was shown to provide higher accuracy and consistency compared to traditional prediction methods. It was demonstrated to be an effective approach for successfully predicting the compressive strength of PVA specimens under different processing parameters. The study shows that fuzzy logic models can be used as an effective and reliable method for predicting experimental data. The findings provide important information for predicting the compressive strength of PVA specimens under various processing parameters.

Anahtar Kelimeler

• Polivinil Alkol (PVA)
• Fused Deposition Modelling (FDM)
• Compressive strength
• Fuzzy Logic
• Prediction

ERGİYİK BİRİKTİRME YÖNTEMİYLE ÜRETİLEN PVA NUMUNELERİN BASMA DAYANIMININ BULANIK MANTIKLA TAHMİNİ

Öz

Bu çalışmada, Polivinil Alkol (PVA) malzemesi kullanılarak farklı işleme parametrelerine sahip numuneler üretilmiş ve basma dayanımları incelenmiştir. Bu çalışmanın amacı, PVA malzemesi kullanılarak üretilen numunelerin basma dayanımının, nozul sıcaklığı, baskı hızı ve doluluk oranı gibi işleme parametrelerine bağlı olarak bulanık mantık modelleme yöntemiyle tahmin edilmesidir. Sonuçlara göre, basma dayanımı büyük ölçüde doluluk oranına bağlıdır; doluluk oranı arttıkça basma dayanımı artmıştır. Ancak baskı hızının artışı basma dayanımını azaltmıştır. Nozul sıcaklığı ise basma dayanımını kısmen azaltmıştır. Çalışmanın en önemli katkılarından biri, bulanık mantık modelleme yöntemi kullanılarak deneysel verilerin tahmin edilmesidir. Çalışmada geliştirilen bulanık mantık modeli, nozul sıcaklığı, baskı hızı ve doluluk oranı gibi parametreler ile basma dayanımı arasındaki ilişkiyi başarılı bir şekilde modellemiş ve gerçek deneysel verilere yakın tahmin etmiştir. Bu modelin, geleneksel tahmin yöntemlerine kıyasla daha yüksek doğruluk ve tutarlılık sağladığı ortaya konmuştur. Özellikle, PVA malzemeli numunelerin farklı işleme parametreleri altında gösterdiği basma dayanımını başarılı bir şekilde tahmin edilmesinde etkili bir yöntem olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, çalışmada bulanık mantık modellerinin, deneysel verilerin tahmin edilmesinde etkili ve güvenilir bir yöntem olarak kullanılabileceği ortaya konmuştur. Elde edilen bulgular, PVA malzemeli numunelerin farklı işleme parametrelerine bağlı olarak basma dayanımının tahminlenmesine yönelik önemli bilgiler sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Polivinil Alkol (PVA)
• Ergiyik Biriktirme Modelleme (EBM)
• Basma Dayanımı
• Bulanık Mantık
• Tahminleme

Kaynakça

1. 1. Duman B., Özsoy K. “Üç Boyutlu (3B) Baskı Teknolojileri”, Sayfa 222, Gece Kitapevi, Ankara, 2018.
2. 2. Özsoy, K., Erçetin, A., Çevik, Z. A. “Comparison of mechanical properties of PLA and ABS based structures produced by fused deposition modelling additive manufacturing”, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, Vol. 27, Pages 802-809, 2021.
3. 3. Rodríguez-Panes, A., Claver, J., & Camacho, A. M. “The influence of manufacturing parameters on the mechanical behaviour of PLA and ABS pieces manufactured by FDM: A comparative analysis”, Materials, Vol. 11, Issue 8, Pages 1333, 2018.
4. 4. Algarni, M., & Ghazali, S. “Comparative study of the sensitivity of PLA, ABS, PEEK, and PETG’s mechanical properties to FDM printing process parameters. Crystals, Vol. 11, Issue 8, Pages 995, 2021.
5. 5. Kebeci, S., Öztürk, F. H., Temiz, A. “PVA Destek Malzemeli Çift Kafa 3 Boyutlu Yazıcı Tasarımı Ve Prototipi”, 4 th International Congress On 3d Printing (Additive Manufacturing) Technologies And Digital Industry, Sayfa 654-657, 2019.
6. 6. Zhang, C., Yuan, X., Wiu.L., Han, Y., Sheng, J. “Study on Morphology of Electrospun Poly (Vinyl Alcohol) Mats”, European Polymer Journal, Vol. 41 Pages 423- 432, 2005.
7. 7. Angjellari M., Tamburri E., Montaina L., Natali M., Passeri D., Rossi M., Terranova M.L., Beyond the concepts of nanocomposite and 3D printing: PVA and nanodiamonds for layer-by-layer additive manufacturing. Materials & Design, Vol. 119, Pages 12-21, 2017.
8. 8. Kıyak, E., Kahvecioğlu, A. Bulanık Mantık ve Uçuş Kontrol Problemine Uygulanması. Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi, Cilt 1, Sayı 2, Sayfa 63-72, 2003.

9. 9. Işık, Y., Kehya, M., Kayabaşı, A. Araç Sınıflandırmalı Trafik Hız Sınırı Ceza Sisteminin Bulanık Mantık Temelli Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi. Mühendislik Bilimleri ve Araştırmaları Dergisi, Cilt 5, Sayı 1, Sayfa 115-126, 2023.
10. 10. H.B. Mamo, A.D. Tura, A. Johnson Santhosh, N. Ashok, and D. Kamalakara Rao, Modeling and Analysis of Flexural Strength with Fuzzy Logic Technique for a Fused Deposition Modeling ABS Components, Mater. Today Proc., Vol. 57, Pages 768–774, 2022.
11. 11. Peng, A. Xiao, X. Yue, R. Process parameter optimization for fused deposition modeling using response surface methodology combined with fuzzy inference system. Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol. 73, Pages 87–100, 2014.
12. 12. Ng, N. Y. Z., Haq, R. A., Marwah, O. M. F., Ho, F. H., & Adzila, S.Optimization of polyvinyl alcohol (PVA) support parameters for fused deposition modelling (FDM) by using design of experiments (DOE). Materials Today: Proceedings, Vol. 57, Pages 1226-1234, 2022.
13. 13. Moradi, M., Karamimoghadam, M., Meiabadi, S., Casalino, G., Ghaleeh, M., Baby, B., ... & Khodadad, D. Mathematical modelling of fused deposition modeling (FDM) 3D printing of poly vinyl alcohol parts through statistical design of experiments approach. Mathematics, Vol. 11, Issue 13, Pages 3022, 2023.
14. 14. Esun, 2024, https://www.esun3d.com/pva-product/?gad_source=1&gclid=Cj0KCQjw_sq2BhCUARIsAIVqmQuY2OAI6kHPSVVz9dBp94SXHSTjM6accvRZMV64rupJq7tSB39J6D8aAh1aEALw_wcB , August 31, 2024.
15. 15. Sadollah, A. Which Membership Function is Appropriate in Fuzzy System?. Open Access Peer Reviewed.,Pages 2-6, 2018.
16. 16. Basma Testi, ISO 604:2002: Plastics – Determination of Compressive Properties, 2002.
17. 17. Ilieva, S., Georgieva, D., Petkova, V., & Dimitrov, M., “Study and Characterization of Polyvinyl Alcohol-Based Formulations for 3D Printlets Obtained via Fused Deposition Modeling.”, Pharmaceutics, Vol. 15, Issue 7, Pages 1867, 2023.
18. 18. Angjellari, M., Tamburri, E., Montaina, L., Natali, M., Passeri, D., Rossi, M., Terranova, M.L. “Beyond the concepts of nanocomposite and 3D printing: PVA and nanodiamonds for layer-by-layer additive manufacturing.” Mater. Des. Vol. 119, Pages 12–21, 2017.
19. 19. Stammen, J.A.; Williams, S.; Ku, D.N.; Guldberg, R.E. “Mechanical properties of a novel PVA hydrogel in shear and unconfined compression.”, Biomaterials, Vol. 22, Pages 799–806, 2001.
20. 20. Hema, M., Selvasekerapandian, S., Hirankumar, G., Sakunthala, A., Arunkumar, D., Nithya, H. “Structural and thermal studies of PVA: NH4I.”, Journal Phys. Chem. Solids, Vol. 70, Pages 1098–1103, 2009.
21. 21. Noushini, A., Samali, B., Vessalas, K. “Effect of polyvinyl alcohol (PVA) fibre on dynamic and material properties of fibre reinforced concrete.”, Constr. Build. Mater., Vol. 49, Pages 374–383, 2013.