Geri Dön

FDM baskılı abs malzemelerin mekanik özellikleri üzerinde farklı üretim parametreleri ile üretimin ve tavlamanın etkisinin incelenmesi

Investigation of the effect of production and annealing with different production parameters on the mechanical properties of FDM printed abs materials

PDF İndir

  1. Tez No: 953229
  2. Yazar: ELİFNUR KÖSEMEN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA BAKKAL, DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ TANER KUZU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Malzeme ve İmalat Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 121

Özet

Günümüzde daha yaygın olarak 3D baskı (3DP) olarak adlandırılan eklemeli imalat, birçok sanayi alanında, üretimde, eğitimde ve ev kullanımı ortamlarında kabul ve popülerlik kazanmıştır. Geleneksel üretim metotlarının getirdiği bazı kısıtlamaların ortadan kaldırılması, daha hafif, daha karmaşık tasarımların üretimi gibi sağladığı avantajların yanında, yüksek yatırım ve sarf maliyetleri, işlem hızının görece yavaş olması ve inşa hacminin düşük olması gibi farklı dezavantajları da bulunmaktadır. Prototiplemeden, son kullanım ürününe kadar birçok farklı alanda kullanılan eriyik yığma modellemesi (FDM) yöntemi ile üretimde imalatı yapılan üründen istenen özelliklerin iyi analiz edilmesi ve kullanılan baskı cihazındaki üretim parametresi ayarlarının bu analize göre yapılması gerekmektedir. Bu tezde eriyik yığma modelleme (FDM) metodu ile üretilen numunelerde, farklı üretim parametreleri ve tavlama sıcaklıklarının mekanik özelliklere etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Tezin giriş bölümünde tezin amacı açıklanmış olup, daha sonra eklemeli imalatın tarihçesi, eklemeli imalat başlığı altında yer alan eklemeli imalat yöntemleri açıklanmıştır. Eklemeli imalat yöntemlerinin açıklanmasıyla birlikte, FDM teknolojisinin daha iyi anlaşılması ve yapılan bilimsel çalışmaların incelenebilmesi için yapılan literatür araştırmalarına ve bu çalışmanın literatürde yer alan çalışmalara kıyasla belirlenen özgün değerinden bahsedilmiştir. Metodoloji bölümünde, numune üretimi esnasında kullanılan parametrelere, üretim tekniklerine ve uygulanan testlere değinilmiştir. Bulgular bölümü, tez kapsamında yapılan tüm deneysel çalışmaların sonuçlarının incelenerek açıklanması üzerine kurgulanmıştır. Yapılan farklı testler ve analizler sonucunda elde edilen bulgular, Sonuçlar bölümünde yorumlanarak açıklanmıştır. FDM teknolojisi ile numunelerin üretiminde Stratasys F370 cihazı ve ABS-M30 filament kullanılmıştır. Katman kalınlığı tüm üretimlerde 1778 µ olarak sabit tutulmuştur. Tez kapsamında tamamlanan testlerde Seyrek Yüksek Yoğunluklu ve Heksagram (Altı Köşeli) olmak üzere 2 farklı dolgu tipi, 0o ve 45o olmak üzere 2 farklı dolgu açısı ve 1 ve 2 kontur sayısı parametreleri kullanılmıştır. Ayrıca, testlerde numunelere uygulanacak yüklere göre yükseklik boyunca üretim (upright), genişlik boyunca üretim (on edge) ve düzlemsel üretim (flat) olmak üzere 3 farklı baskı yönü ile üretim gerçekleştirilmiştir. Tamamlanan öncül çekme testleri için numuneler, Seyrek yüksek yoğunluklu/Heksagram dolgu tipi, 0o/45o dolgu açısı ve 1/2 kontur sayıları kullanılarak 8 farklı üretim parametresi kombinasyonu ile üretilmiştir. Bu numunelerin tamamında Yükseklik boyunca üretim baskı yönü kullanılmıştır. Bu testlerin sonucunda çekme dayanımı en yüksek olan üç üretim parametresi kombinasyonu Seyrek yüksek yoğunluklu, 45o, 2 kontur ve Heksagram, 0o, 2 kontur ve Heksagram, 45o, 2 kontur olmuştur. Tamamlanan öncül darbe testleri için numuneler, öncül çekme testlerinde kullanılan parametre kombinasyonları kullanılarak ve baskı yönleri Düzlemsel üretim-0o ve Düzlemsel üretim-90o olacak şekilde üretilmiştir. Öncül darbe testleri sonucunda darbe mukavemeti en yüksek olan iki üretim parametresi kombinasyonu Seyrek yüksek yoğunluklu, 45o, 2 kontur ve Heksagram, 45o, 2 kontur olmuştur. Öncül testlerde kullanılmak üzere üretilen numunelerin aynı zamanda yoğunlukları ve sertlikleri de ölçülmüştür. Ölçülen değerlerdeğerler ile Heksagram dolgu tipindeki numunelerin yoğunluğu, Seyrek yüksek yoğunluklu dolgu tipindeki numunelerin yoğunluğundan daha yüksek olduğu görülmüştür. Sertlik ölçümlerinde major farklılıklar gözlenmemiştir. Tavlama işlemi uygulandıktan sonra yapılacak çekme ve darbe testlerinde aynı üretim parametrelerinin karşılaştırılabilmesi adına tavlama numuneleri üretimleri Seyrek yüksek yoğunluklu, 45o, 2 kontur ve Seyrek yüksek yoğunluklu, 45o, 2 kontur parametreleri ile yapılmıştır. Tavlama sıcaklıklarının belirlenmesi için ABS malzemenin camsı geçiş sıcaklığı olan 105oC referans alınmış ve bu sıcaklığın altında 90oC, üstünde ise 120oC belirlenmiştir. Numuneler bu sıcaklıklarda 15 dakika tavlamaya maruz bırakılmıştır. Uygulanan çekme testlerinde Yükseklik boyunca üretim ve Genişlik boyunca üretim olmak üzere iki farklı baskı yönü kullanılmıştır. Yükseklik boyunca üretim baskı yönü ile üretilen numunelerde 105 oC'ye kadar tavlama sıcaklığının malzemenin çekme mukavemetini arttırdığı, 120 oC'de ise malzemenin çekme mukavemetinin tavlamasız numunenin çekme mukavemetinin de altına düştüğü; Genişlik boyunca üretim baskı yönü ile üretilen numunelerde ise artan tavlama sıcaklığı ile birlikte malzemenin çekme mukavemetinin düştüğü görülmüştür. Yükseklik boyunca üretim baskı yönü ile üretilen numunelerin çekme dayanımları, Genişlik boyunca üretim baskı yönü ile üretilen numunelerin çekme dayanımlarının yaklaşık 3 katı olduğu tespit edilmiştir. İki baskı yönü ile üretilen numunelerin de çekme testi kırık yüzeyleri incelendiğinde, mukavemet düşüşlerinin iç yapıdaki boşluk oranlarının ve konturlar arasındaki çatlakların artışıyla doğru orantılı olduğu görülmüştür. Uygulanan darbe testlerinde düzlemsel üretim ve genişlik boyunca üretim olmak üzere iki farklı baskı yönü kullanılmıştır. Düzlemsel baskı yönü ile üretilen numunelerin darbe dayanımının, Genişlik boyunca baskı yönü ile üretilen numunelerin darbe dayanımından yaklaşık 2 kat daha fazla olduğu görülmüştür. Tavlama sıcaklığının artışıyla birlikte 105 oC'ye kadar darbe dayanımının arttığı, 120 oC'de ise darbe dayanımının tavlamasız numunelerin darbe dayanım değerlerinin altına düştüğü görülmüştür. Hem çekme, hem de darbe testlerinde 105oC tavlama sıcaklığında yüksek mukavemet değerlerinin elde edildiği görülmüştür. ABS malzemenin camsı geçiş sıcaklığının üstünde tavlama işlemi uygulansa bile, camsı geçiş sıcaklıklarında major bir farklılık oluşmadığı tespit edilmiştir. Uygulanan testler sonrasında elde edilen değerlerin yorumlanabilmesi için ANOVA analizi yapılmış olup, analiz sonucunda hem çekme hem de darbe mukavemeti üzerinde en etkili parametrenin oryantasyon (baskı yönü) olduğu görülmüştür. Yapılan tez çalışmasında, FDM teknolojisi ile üretimde üretim parametrelerinin ve tavlama sıcaklıklarının malzemenin mekanik özelliklerine etkiler araştırılmış ve açıklanmaya çalışılmıştır. Baskı sonrasında üründen beklenen mukavemet özelliklerinin tam olarak sağlanması için farklı parametre kombinasyonlarının kullanılması ve uygun tavlama değerlerinin seçilmesi ile başarılı sonuçlar elde edilebileceği görülmüştür. Ancak bu parametrelerin standartlaştırılması için daha fazla deneysel çalışmanın yapılması gerekmektedir.

Özet (Çeviri)

Nowadays, additive manufacturing more commonly referred to as 3D printing (3DP), has gained acceptance and popularity in many industries, manufacturing, education, and home use environments. In addition to the advantages it provides such as the elimination of some restrictions brought by traditional production methods, the production of lighter, more complex designs, there are also different disadvantages such as high investment and consumable costs, relatively slow processing speed and low construction volume. With the fused deposition modelling (FDM) method, which is used in many different areas from prototyping to the end-use product, the desired properties of the product manufactured in production should be well analyzed and the production parameter settings in the printing device used should be made according to this analysis. In this thesis, it is aimed to investigate the effects of different production parameters and annealing temperatures on the mechanical properties of the samples produced by FDM method. In the introduction part of the thesis, the purpose of the thesis is explained, then the history of additive manufacturing and methods under the title are explained. Along with the explanation of the additive manufacturing methods, the literature researches made in order to better understand the FDM technology and to examine the studies and the original value of this study compared to the studies in the literature are mentioned. In the methodology section, the parameters used during the sample production, the production techniques and the tests applied are mentioned. Findings section is based on examining and explaining the results of all experimental studies conducted within the scope of the thesis. The findings obtained as a result of different tests and analyzes are explained and interpreted in the results section. Stratasys F370 device and ABS-M30 filament were used in the production of samples with FDM technology. The layer thickness was kept constant as 1778 µ in all productions. In the tests completed within the scope of the thesis, 2 different raster types, Sparse High Density and Hexagram, 2 different raster angles, 0o and 45o, and 1 and 2 contour number parameters were used. In addition, according to the loads to be applied to the samples in the tests, production was carried out with 3 different printing directions: Upright (production along the height), On edge (production along the width) and Flat (planar production). For the completed preliminary tensile tests, samples were produced with 8 different production parameter combinations using Sparse High Density/Hexagram raster type, raster angle of 0o/45° and 1/2 contour numbers. Sparse high density printing direction was used in all of these samples. As a result of these tests, the three production parameter combinations with the highest tensile strength were Sparse High Density, 45o, 2 contours and Hexagram, 0o, 2 contours and Hexagram, 45o, 2 contours. For the completed primary impact tests, the samples were produced using the parameter combinations used in the primary tensile tests and with the printing directions Flat-0o and Flat-90o. As a result of the preliminary impact tests, the two production parameter combinations with the highest impact strength were Sparse High Density, 45o, 2 contours and Hexagram, 45o, 2 contours. Density and hardness of the samples produced for use in preliminary tests were also measured. With the measured values, the density of the Hexagram raster type samples was higher than the density of the Sparse high density raster type samples. No major differences were observed in the hardness measurements. Annealing samples were produced with Sparse High Density, 45o, 2 contour and Sparse High Density, 45o, 2 contour parameters in order to compare the same production parameters in the tensile and impact tests to be made after the annealing process. For the determination of annealing temperatures, 105oC, the glass transition temperature of ABS material, was taken as a reference and 90oC below this temperature and 120oC above it were determined. The samples were exposed to annealing at these temperatures for 15 minutes. In the applied tensile tests, two different pressing directions, Upright and On Edge, were used. In the samples produced with Upright printing direction, the annealing temperature up to 105oC increases the tensile strength of the material, while at 120oC the tensile strength of the material falls below the tensile strength of the unannealed sample; It was observed that the tensile strength of the material decreased with increasing annealing temperature in the samples produced with on edge printing direction. It has been determined that the tensile strength of the samples produced with the upright direction is approximately 3 times the tensile strength of the samples produced with the on edge direction. When the tensile test fracture surfaces of the samples produced with two printing directions were examined, it was seen that the strength decreases were directly proportional to the increase in the void ratios in the internal structure and the cracks between the contours. In the applied impact tests, two different printing directions, flat and on edge, were used. It has been observed that the impact strength of the samples produced with the düzlemsel üretim printing direction is approximately 2 times higher than the impact strength of the samples produced with the on edge printing direction. It was observed that with the increase in annealing temperature, the impact strength increased up to 105oC, and at 120oC, the impact strength decreased below the impact strength values of the unannealed samples. It was observed that high strength values were obtained at 105oC annealing temperature in both tensile and impact tests. When the annealing process is applied above this value, which is the glass transition temperature of the ABS material, it has been observed that the bonds between the internal structure and contours of the material are disrupted and brittle behavior mechanisms such as notches / cracks are activated. For this reason, the lowest tensile and impact strength values were obtained in the samples that were annealed at 120oC. ANOVA analysis was performed in order to interpret the values obtained after the applied tests, and as a result of the analysis, it was seen that the most effective parameter on both tensile and impact strength was orientation (printing direction). In the thesis study, the effects of production parameters and annealing temperatures on the mechanical properties of the material in production with FDM technology were investigated and tried to be explained. It has been seen that successful results can be obtained by using different parameter combinations and selecting appropriate annealing values in order to fully provide the expected strength properties from the product after printing. However, more experimental studies are needed to standardize these parameters.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    635490

    Numerical and experimental investigation on the crushing behaviour of auxetic lattice cells produced with additive manufacturing techniques

    Eklemeli imalat teknikleri ile üretilmiş ökzetik kafes yapıların ezilme davranışlarının nümerik ve deneysel olarak incelenmesi

    KADİR GÜNAYDIN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ANTONIO MATTIA GRANDE

  2. Tez No

    942970

    Fabrıcatıon of 3D prınted flexıble polyurethane nanocomposıte

    3b baskili esnek poliüretan nanokompozit imalati

    ALİCAN MERT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BİRGÜL BENLİ

  3. Tez No

    521378

    Wear, friction and hardness characteristics of FDM-printed plastic materials

    FDM baskılı plastik malzemelerin asınma, sürtünme ve sertlik özellikleri

    SAHAR ZHIANI HERVAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ATAKAN ALTINKAYNAK

  4. Tez No

    479880

    FDM 3B yazıcı ile kompozit parça tasarımı ve mekanik özelliklerinin araştırılması

    Composite part design with FDM 3D printer and investigation of mechanical properties

    OĞULCAN EREN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Endüstri Ürünleri TasarımıGazi Üniversitesi

    Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN KÜRŞAD SEZER

  5. Tez No

    777763

    Material and topological studies for expanding the use of 3D printed parts in automotive

    Otomotivde 3D basılı parça kullanımını genişletmek için malzeme ve topolojik çalışmalar

    MEHTAP KÖSE MORAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Metalurji MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BAHADIR TUNABOYLU

Geri Dön