FDM Yöntemiyle Üretilen Hyper-PLA Numunelerde Dolgu Deseni ve Doluluk Oranının Mekanik Özelliklere Etkisi ve Optimizasyonu

Bu çalışma, Ergiterek Yığma Modelleme (FDM) teknolojisi kullanılarak üretilen Hyper-PLA (Yüksek, Geliştirilmiş, İleri Polilaktik Asit) malzemenin mekanik özellikleri üzerinde dolgu deseni, doluluk oranı ve dolgu açısı gibi üretim parametrelerinin etkilerini deneysel ve istatistiksel olarak incelenmesi amaçlamıştır. Bu kapsamda, beş farklı dolgu deseni (45° Grid, 90° Grid, 45° Line, 45° Rectilinear, Gyroid ve Concentric) ve üç farklı doluluk oranı (%60, %80 ve %100) kullanılarak üretilen numunelerin çekme (ISO 527-2) ve Charpy darbe (ISO 180) dayanımları test edilmiştir. Elde edilen veriler, Yüzey Cevap Metodolojisi (RSM) ve Varyans Analizi (ANOVA) kullanılarak Design Expert 12® yazılımı ile analiz edilmiş ve parametrelerin mekanik performans üzerindeki etkileri modellenmiştir. Bu çalışmada, incelenen tüm mekanik özellikler üzerinde en etkili ve istatistiksel olarak en anlamlı parametrenin doluluk oranı olduğu tespit edilmiştir. Dolgu açısının etkisi ise ihmal edilebilir düzeyde kalmıştır. Dolgu desenleri arasında performans açısından belirgin farklılıklar gözlemlenmiştir. En düşük %60 doluluk oranı baz alındığında en yüksek çekme dayanımı 31.60 MPa ve en yüksek darbe enerjisi sönümleme kapasitesi de 9.62 kJ/m² ile Concentric dolgu desenine sahip olmuştur. Sonuç olarak, 3D yazıcı teknolojisiyle amaca yönelik, hafif, düşük maliyetli ve fonksiyonel parçaların mekanik performansını en üst düzeye çıkarmak için malzeme, dolgu deseni ve doluluk oranı arasında dikkatli seçim yapılması kritik önem taşımaktadır. Bu sonuçlar, FDM sürecinin optimizasyonu açısından anlamlı bulunmuştur.

This study aims to experimentally and statistically investigate the effects of manufacturing parameters such as infill pattern, infill density, and infill angle on the mechanical properties of Hyper-PLA (High-Performance, Enhanced, Advanced Polylactic Acid) material produced using Fused Deposition Modeling (FDM) technology. In this context, specimens were produced with five different infill patterns (45° Grid, 90° Grid, 45° Line, 45° Rectilinear, Gyroid, and Concentric) and three different infill densities (60%, 80%, and 100%). Tensile tests (ISO 527-2) and Charpy impact tests (ISO 180) were performed on the specimens. The obtained data were analyzed using Response Surface Methodology (RSM) and Analysis of Variance (ANOVA) through the Design Expert 12® software to model the influence of the parameters on mechanical performance. Among all the investigated mechanical properties, infill density was identified as the most effective and statistically significant parameter. The effect of infill angle was found to be negligible. Noticeable performance differences were observed among the infill patterns. At the lowest infill density of 60%, the highest tensile strength (31.60 MPa) and the highest impact energy absorption capacity (9.62 kJ/m²) were achieved with the Concentric infill pattern. As a result, for maximizing the mechanical performance of lightweight, cost-effective, and functional parts produced by 3D printing technology, a careful selection of material, infill pattern, and infill density is of critical importance. These results were found to be significant in terms of optimization of the FDM process.