Eriyik yığma modellemesi ile üretilen PLA numunelerde delik imalat yöntemlerinin mikroyapı ve çekme dayanımına etkisinin incelenmesi
Effect of hole manufacturing methods on microstructure and tensile strength of PLA specimens produced by fused filament fabrication
- Tez No: 989144
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ, DOÇ. DR. BERNA BOLAT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Erimiş birikme modellemesi (FDM), Gerilme dağılımı, Gerilme konsantrasyon faktörleri, Gerilme konsantrasyon oranı, Gerilme yığılmaları, Sonlu elemanlar analizi, Stres faktörleri, Çekme dayanım testi, Çekme gerilme testi, Üç boyutlu baskı, Fused Deposition Modelling (FDM), Stress distribution, Stress concentration factors, Stress concentration ratio, Stress concentration, Finite element analysis, Stress factors, Tensile strength test, Tensile stress test, 3D printing
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Konstrüksiyon Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde eriyik yığma modelleme (EYM) yöntemiyle üretilen PLA numunelerde deliklerin oluşturulma biçimine bağlı geometrik süreksizliklerin imalat yöntemiyle ilişkili mikroyapısal etkilerini incelenmiş ve delik üretim yönteminin mekanik dayanım, hasar oluşumu ve kopma davranışı üzerindeki belirleyici etkisi sistematik olarak ortaya konulmuştur. Bu amaç doğrultusunda çalışma iki aşamada yürütülmüştür. İlk aşamada, ASTM D638 standardına göre farklı raster açıları (0°, 45°, 90°) ve doluluk oranlarında (%25, %50, %75, %100) üretilen numunelerin mekanik özellikleri deneysel olarak değerlendirilmiş, en yüksek çekme dayanımı ve elastik modül değerlerini sağlayan 0° raster açısı ve %100 doluluk oranı, ikinci aşama için referans konfigürasyon olarak belirlenmiştir. İkinci aşamada, ASTM D5766 standardı esas alınarak delikli plakalar iki farklı yöntemle üretilmiştir: sonradan matkapla delinmiş numuneler (B1) ve doğrudan delikli olarak basılmış numuneler (B2). Numunelerin mekanik davranışları optik ekstansometre kullanılarak ölçülmüş, imalat sürecine bağlı olarak oluşan kusurlar mikroyapısal incelemelerle karakterize edilmiştir. Ayrıca, gerilme yığılması katsayısı (Kₜ) kavramı delikli numunelerin nominal gerilme düzeylerinin yorumlanmasında teorik bir referans olarak ele alınmıştır. Deneysel davranışın sayısal olarak temsil edilebilirliği ve idealize sürekli ortam varsayımının sınırları ise Explicit Dynamics tabanlı sonlu elemanlar analizi ile değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, delik üretim yönteminin mekanik dayanım üzerinde geometrik tasarımdan daha belirleyici bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Sonradan delinmiş numuneler, doğrudan delikli basılmış numunelere kıyasla yaklaşık %28 daha yüksek nominal çekme dayanımı sergilemiştir. Bu farkın, filament sürekliliği, kabuk–dolgu füzyonu ve delik çevresindeki kusur yoğunluğu gibi imalat yöntemine bağlı mikroyapısal özelliklerle ilişkili olduğu belirlenmiştir. Sonlu elemanlar analizi sonuçları, B1 numunelerinin deneysel davranışını yüksek doğrulukla yeniden üretirken, B2 numunelerinde imalat kaynaklı kusurların idealize modellerle temsil edilememesi nedeniyle sayısal tahminlerin sınırlı kaldığını göstermiştir. Sonuç olarak bu çalışma, EYM ile üretilen yük taşıyıcı bileşenlerde geometrik süreksizliklerin performansının yalnızca nominal geometriyle değil, delik imalat tekniğinin belirlediği mikroyapısal bütünlükle birlikte değerlendirilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the effects of geometrical discontinuities associated with hole formation in polylactic acid (PLA) specimens manufactured by Fused Filament Fabrication (FFF) are investigated with respect to microstructural characteristics related to the manufacturing method. The influence of hole production techniques on mechanical strength, damage development, and fracture behavior is systematically examined. The study is conducted in two stages. In the first stage, the mechanical properties of specimens produced according to ASTM D638 with different raster orientations (0°, 45°, and 90°) and infill density (25%, 50%, 75%, and 100%) are experimentally evaluated. Based on the tensile strength and elastic modulus results, a raster orientation of 0° and an infill density 100% are identified as the optimal configuration and selected as the reference condition for the second stage of the study. In the second stage, perforated plates are manufactured in accordance with ASTM D5766 using two different methods: specimens drilled after printing (B1) and specimens printed with a built-in hole (B2). The mechanical behavior of the specimens is measured using an optical extensometer, while manufacturing-induced defects are characterized through microstructural observations. In addition, the stress concentration factor (Kₜ) is employed as a theoretical reference for interpreting the nominal stress levels of the perforated specimens. The numerical representability of the experimental behavior and the limitations of the idealized continuum assumption are evaluated using Explicit Dynamics–based finite element analysis. The results indicate that the hole production method has a more pronounced effect on mechanical strength than the nominal geometric design. The drilled specimens exhibit approximately 28% higher nominal tensile strength compared to the directly printed-hole specimens. This difference is associated with manufacturing-related microstructural features such as filament continuity, shell–infill bonding quality, and defect density around the hole. Finite element analysis successfully reproduces the experimental response of the B1 specimens, whereas numerical predictions for the B2 specimens remain limited due to the inability of idealized models to represent manufacturing-induced defects. Overall, the study demonstrates that the performance of geometrical discontinuities in FFF-manufactured load-bearing components should be evaluated not only based on nominal geometry but also considering the microstructural integrity governed by the hole manufacturing technique.
Benzer Tezler
- Replication of geomembrane interfaces using 3d printing (fused deposition modelling) technique
Geomembran arayüzlerinin 3b yazma (eriyik yığma modellemesi tekniği) kullanılarak replikasyonu
SEMKAN URAGAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NEJAN HUVAJ SARIHAN
- Fused filament fabrication of PETG: Investigation of the mechanical properties through the parameter optimization
PETG'nin ergiyik yığma modellemesi: Mekanik özelliklerinin parametre optimizasyonu ile incelenmesi
BUKET PARLAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ
- Eriyik yığma modelleme ile üretilen ABS ve PLA parçaların mekanik özelliklerinin değişken dolgu oranlarında karakterizasyonu ve sayısal modellemesi
Characterization of mechanical properties and numerical modelling of manufatured by fdm with PLA and ABS parts depending on infill rate
ÖVGÜ YAĞIZ ÇİÇEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ATAKAN ALTINKAYNAK
- Eriyik yığma modelleme (FDM) ve plastik enjeksiyon yöntemi kullanılarak üretilen bir oyuncak figürünün özelliklerinin araştırılması
Investigation of the properties of a toy figure manufactured using the fused deposition modelling (FDM) and plastic injection method
ŞEYDA DEĞİRMENCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiKırıkkale ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ OSMAN ER
- Isıl işlem ve yaşlandırmanın üç boyutlu yazıcı ile üretilen parçaların bağlantı dayanımına etkisinin incelenmesi
Investigation the effects of heat treatment and aging on the joint strength of printed parts via three-dimensional printer
FATİH HUZEYFE ÖZTÜRK
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZKAN ÖZ