Eşit Miktarda Filament Kullanımı ile 3 Boyutlu Baskısı Yapılacak Ankastre Kirişlerin Çekme/Basma Mukavemetine Göre Kesit Geometrilerinin Belirlenmesi

Öz

Bu çalışmada, aynı kesit alanlı ve uzunluktaki, eşit miktarlardaki filament kullanımı ile 3 boyutlu baskısı yapılacak ankastre kirişlerin çekme/basma mukavemeti yönünden en iyi mekaniksel özelliği sağlayan kesit geometrilerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Böylelikle, hızlı modelleme ve plastik parçaların üretiminde sıkça kullanılan filamentin miktarına göre, üretim zamanı ve harcanan enerjiden bağımsız olarak, tasarımlar arasında performansa göre bir sıralama yapılmıştır. Ankastre kirişlerin tasarımların uzunluğu ve uygulanan kuvvetler sabit tutulmuş, içi dolu temel kesit geometrisi biçimleri (Çember, dikdörtgen, eşkenar üçgen, paralel kenar, elips ve köşeleri yuvarlatılmış dikdörtgen) değiştirilmiştir. Ayrıca, dört farklı filament malzemesi, çekme/basma mukavemeti yönünden karşılaştırılmıştır. 6 kesit şekline, 101 kesit alanına ve 4 farklı malzemeye bağlı olarak toplam 2424 adet tasarım alternatifi oluşturulmuştur. Bu tasarım alternatifleri, önce matematiksel olarak modellenmiş, sonra sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ve regresyon analizi ile test edilmiştir. Tüm modellerin istatiksel analizleri yapılarak karşılaştırılmıştır. Yapılan analizler sonucunda, en düşükten büyüğe doğru gerilmelere ve deformasyonlara uğrayan kesit geometrisi  biçimleri sıralanmıştır. 

Anahtar Kelimeler

• Filament,ankastre kiriş,çekme/basma,optimizasyon

Determination of Cross Sectional Geometries of Beams According to Tension and Compression Strength Which are 3D Printed with the Same Amount of Filament

Öz

Aim of this study is to specify the performance of cross sectional geometries of beams which were experienced the tension stress. These beams which were 3D printed with the same amount of filament have same cross sectional area, length and volume. . Thus, design points were sorted without the effect of the amount of filament, printing time and energy consumption. Geometry of cross section was changed. In contrary length of beams and applied forces were kept constant for all design points. These geometries were selected as, circle, rectangle, equilateral triangle, rhombus (diamond), ellipse and rounded rectangle. Moreover four different printing material were taken into consideration for comparison according to tension. Depending on 6 different cross sectional geometry, 101 cross sectional area and 4 different material, 2424 design alternative were created in total. At the beginning mathematical model of these designs were constructed, then they were tested by using finite element method (FEM) and regression analysis. All model branches were compared to each other with the statistical analysis. As a result of all analyses, design alternatives were sorted according to stress and deformation performance.

Anahtar Kelimeler

• Filament,beam,bending,optimization

Kaynakça

1. [1] Biggins P, Hiltz J, Kusterbeck A. Bio-inspried Materials and Sensing Systems. Cambridge: RSC Pub; (2011).
2. [2] Milovanović J, Trajanović M. Medıcal applications of rapid prototyping, Mechanical Engineering, 5: 79– 85, (2007).
3. [3] Gibson I. Advanced Manufacturing Technology for Medical Applications: Reverse Engineering. Software Conversion and Rapid Prototyping. West Sussex:John Wiley & Sons; (2005).
4. [4] Subhransu Mohapatra, Prasad Dasappa Numerical Prediction of Stiffness and Strength of a Highly Complex Topology Optimized Thermoplastic Part designed for 3D Printing SPE ANTEC™ Indianapolis 2016.
5. [5] Lars Krog, A. T. Application of Topology, Sizing and Shape Optimization Methods to Optimal Design of Aircraft Components. Retrieved from Altair product design 2011.
6. [6] Baich, Liseli, and Guha Manogharan. "Study of infill print parameters on mechanical strength and production cost-time of 3D printed ABS parts." International Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin, TX. (2015).
7. [7] M. Iliesu E. Nuţu, B. Comănescu Applied Finite Element Method Simulation in 3D Printing, Internatıonal Journal Of Mathematıcs And Computers In Sımulatıon, 2(4): 305-312, (2008)
8. [8] Russell C. Hibbeler, Mechanics Of Materials, Pearson Education Canada, (2011).

9. [9] ANSYS Manual.