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

Yıl 2025, Cilt: 30 Sayı: 3, 1065 - 1081, 24.12.2025

Muhammet Dağlı , Elif Güden , Ahmet Demirer

https://doi.org/10.53433/yyufbed.1748993

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

Ergiterek yığma modelleme (FDM) , Hyper-PLA , Dolgu parametresi , Mekanik özellikler , Yüzey Cevap Metodolojisi (RSM)

Etik Beyan

Bildiri, 06-08 Aralık 2024 tarihlerinde Afyon’da düzenlenen 7th International Conference on Engineering Technology and Applied Sciences Kongresi’nde bildiri olarak sunulmuştur. Bu makale sunulan bildirinin genişletilmiş halidir. Bu makalenin çalışmalarında araştırma ve yayın etiğine uyduğumuzu beyan ederiz.

Effect and Optimization of Pattern and Filling Ratio on Mechanical Properties in Hyper-PLA Samples Produced with the FDM Method

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

Fused deposition modeling (FDM) , Hyper-PLA , Infill parameter , Mechanical properties , Response Surface Methodology (RSM)

Kaynakça

• Adanur, Ö., Koçar, O., & Güldibi, A. S. (2024). FDM yöntemiyle üretilen PLA malzemelerde dolgu deseninin mekanik özelliklere etkisi. Bilecik Seyh Edebali University Journal of Science, 11(2), 294-307. https://doi.org/10.35193/bseufbd.1336572
• Borah, J., & Chandrasekaran, M. (2022). Evaluation of tensile strength of 3D printed PLA component and Taguchi optimization. Neuro Quantology, 20(7), 1714-1726.
• Boğa, C., Seyedzavvar, M., & Zehir, B. (2021). Experimental Investigation on the Effects of Internal Architecture on the Mechanical Properties of 3D Printed PLA Components. European Journal of Science and Technology, (24), 119-124. https://doi.org/10.31590/ejosat.901012
• Dağlı, M., Güden, E., Demirer, A., & Yumat, E. (2024, Aralık). 3 Boyutlu yazıcı ile PLA bazlı yapılarda dolgu deseninin mekanik özelliklere etkisi. 7th International Conference on Engineering Technology and Applied Sciences (ICETAS), Afyonkarahisar, Türkiye.
• Demirer, A. (2024). Mühendislik Polimerleri ve Kalıplama Prosesi, Lisansüstü Ders notları. Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Makine Mühendisliği, Sakarya.
• International Organization for Standardization. (2012). Plastics – Determination of tensile properties – Part 2: Test conditions for moulding and extrusion plastics (EN ISO 527-2). https://www.iso.org/standard/56046.html
• Günay, M., Gündüz, S., Yılmaz, H., Yaşar, N., & Kaçar, R. (2020). PLA esaslı numunelerde çekme dayanımı için 3D baskı işlem parametrelerinin optimizasyonu. Politeknik Dergisi, 23(1), 73-79. https://doi.org/10.2339/politeknik.422795
• Hasçelik, S., Öztürk, Ö. T., & Özerinç, S. (2021). Mechanical properties of nylon parts produced by fused deposition modeling. International Journal of Modern Manufacturing Technologies, 13(2), 34–40. https://doi.org/10.54684/ijmmt.2021.13.2.34
• Kamer, M. S., Temiz, Ş., Yaykaşlı, H., & Kaya, A. (2021). 3 Boyutlu yazıcı ile farklı renklerde ve farklı dolgu desenlerinde üretilen çekme test numunelerinin mekanik özelliklerinin incelenmesi. Bursa Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 26(3), 829-848. https://doi.org/10.17482/uumfd.887786
• Karabıyık, Ö., & Apak, K. (2021). Eklemeli imalat yöntemiyle PLA malzemeden üretilen ürünlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi. Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 13(2), 62-68.
• Kaya, E., Bayar, İ., & Akpınar, A. F. (2024). Dolgu desenlerinin ve oranlarının ergiyik biriktirme modellemede PLA malzemesinin mekanik performansına olan etkisi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 13(3), 792-798. https://doi.org/10.28948/ngumuh.1442158
• Medibew, T. M. (2022). A comprehensive review on the optimization of the fused deposition modeling process parameter for better tensile strength of PLA-printed parts. Advances in Materials Science and Engineering, 2022, 1–11. https://doi.org/10.1155/2022/5490831
• Myers, R. H., & Montgomery, D. C. (1995). Response surface methodology: Process and product optimization using designed experiments (4th ed.). Wiley.
• Nigiz, F. U. (2018). Yüzey yanıt metodu ile optimize edilen metil laurat üretiminin membran reaktörde uygulaması, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 6(1), 47-55. https://doi.org/10.21923/jesd.375201
• Özmen, Ö., Sürmen, H. K., & Sezgin, A. (2023). 3 boyutlu baskıda dolgu biçiminin çekme dayanımına etkisi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 11(1), 336-348 https://doi.org/10.21923/jesd.1095594
• Saylık, A., Tetik, B., & Acar, M. (2025). Copula‐based data augmentation and machine learning for predicting tensile properties of 3D‐printed PLA. Journal of Applied Polymer Science, 142(5), e58116. https://doi.org/10.1002/app.57533
• Tatlı, O., & Güler Özgül, H. (2020). Üç boyutlu yazıcı tasarımı, imalatı ve dolgu geometrisinin mekanik özelliklere etkisi. ICONTECH International Journal, 4(1), 13-24. https://doi.org/10.46291/ICONTECHvol4iss1pp13-24
• Yeoh, C. K., Cheah, C. S., Pushpanathan, R., Song, C. C., Tan, M. A., & Teh, P. L. (2020). Effect of infill pattern on mechanical properties of 3D printed PLA and cPLA. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 957, 012064. https://doi.org/10.1088/1757-899X/957/1/012064
• Yılmaz, O., & Ertürk, M. (2021). Etil Asetat Üretiminin Yanıt Yüzey Yöntemi ile Optimizasyonu (Yüksek Lisans Tezi). Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, Türkiye.