FDM 3D yazıcılar ile üretilen üçlü periyodik minimal yüzey (ÜPMY) kafes yapılarının mekanik özelliklerinin araştırılması
Investigation of mechanical properties of triply periodic minimal surface (TPMS) lattice structures produced with FDM 3D printers
- Tez No: 975966
- Danışmanlar: Assoc. Prof. Dr. VEDAT TAŞDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Eklemeli üretim, Üç boyutlu baskı, 3D printing
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kütahya Dumlupınar Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
daha sonra doBu çalışma, FDM (Eriyik Yığma Modelleme) teknolojisiyle üretilen Üçlü Periyodik Minimal Yüzey (ÜPMY) kafes yapılarının mekanik özelliklerini incelemektedir. Araştırma kapsamında, farklı ÜPMY geometrilerine (Gyroid, Primitive, Fischer-Koch S ve Schwarz gibi) sahip yapılar CAD yazılımları ile tasarlanmış ve üç farklı hücre boyutunda FDM 3D yazıcı kullanılarak üretilmiştir. Üretilen numuneler, çekme ve basma testlerine tabi tutularak mekanik dayanım, enerji absorpsiyonu ve deformasyon davranışları detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Deneysel analizlerde, çekme testleri sırasında numunelerin kopma dayanımı, Young modülü ve deformasyon değerleri kaydedilmiştir. Basma testlerinde ise enerji absorpsiyonu ve maksimum kırma kuvveti ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, ÜPMY geometrilerinin mekanik performansı üzerinde belirleyici bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Çekme testlerinde, Fischer-Koch S ve Gyroid yapıların diğer geometrilere kıyasla üstün çekme dayanımı sergilediği tespit edilmiştir. Özellikle Fischer-Koch S yapısı 16.96 MPa çekme dayanımı ile dikkat çekerken, Gyroid yapısının elastik davranış özelliklerinde daha iyi bir performans gösterdiği gözlemlenmiştir. Ağırlık ve dayanım arasındaki denge açısından, Fischer-Koch S yapısının 2.10 MPa/g özgül çekme dayanımı sunduğu belirlenmiştir. Buna karşılık, Primitive yapısında en düşük çekme dayanımı (6.66 MPa) kaydedilmiştir. Basma testlerinde ise Fischer-Koch S ve Diamond yapıların enerji absorpsiyonu açısından en başarılı performansı sergilediği görülmüştür. Özellikle Fischer-Koch S yapısı, 4 mm hücre boyutunda 57.70 J enerji absorpsiyonu ve 3846.43 N maksimum kırma kuvveti ile dikkat çekmiştir. Bu bulgular, Fischer-Koch S yapısının çarpışma dayanımı açısından optimum bir tasarım seçeneği sunduğunu göstermektedir. Basma testlerinde elde edilen veriler ışığında Crashworthiness Index (CI) değerleri de analiz edilmiş ve Fischer-Koch S'nin çarpışma dayanımında öne çıkan bir yapı olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada ayrıca, doluluk oranı, katman yüksekliği ve üretim yöneliminin yapıların mekanik performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Analizler, daha düşük doluluk oranları ve yüksek katman yüksekliği ile üretilen yapıların daha esnek ancak düşük dayanımlı olduğunu; buna karşılık yoğun doluluk ve düşük katman yüksekliği ile üretilen yapıların daha yüksek dayanım sunduğunu göstermiştir. Bu bulgular, ÜPMY kafes yapılarının üretim parametrelerine göre optimize edilebileceğini ortaya koymaktadır. Elde edilen sonuçlar, FDM 3D yazıcılar ile üretilen ÜPMY kafes yapılarının hafif ve dayanıklı yapılar tasarlamak isteyen mühendislik uygulamaları için önemli potansiyel taşıdığını göstermektedir. Özellikle Fischer-Koch S ve Gyroid geometrileri, çarpışma dayanımı ve enerji absorpsiyonu gerektiren uygulamalar için ön plana çıkmaktadır. ldurulacaktır
Özet (Çeviri)
This study investigates the mechanical properties of Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) lattice structures produced using Fused Deposition Modeling (FDM) technology. Within the scope of the research, structures with different TPMS geometries (such as Gyroid, Primitive, Fischer-Koch S, and Schwarz) were designed using CAD software and fabricated with an FDM 3D printer in three different cell sizes. The produced samples were subjected to tensile and compression tests, and their mechanical strength, energy absorption, and deformation behaviors were analyzed in detail. During experimental analyses, tensile tests recorded the breaking strength, Young's modulus, and deformation values of the samples. In compression tests, energy absorption and maximum breaking force measurements were made. The results demonstrated that TPMS geometries have a decisive effect on mechanical performance. In the tensile tests, Fischer-Koch S and Gyroid structures exhibited superior tensile strength compared to other geometries. Fischer-Koch S stood out with a tensile strength of 16.96 MPa, while Gyroid showed better performance in terms of elastic behavior. Fischer-Koch S offered a specific tensile strength of 2.10 MPa/g, indicating a favorable balance between weight and strength. Conversely, the Primitive structure recorded the lowest tensile strength (6.66 MPa). In the compression tests, Fischer-Koch S and Diamond structures demonstrated the best performance in terms of energy absorption. Particularly, Fischer-Koch S achieved 57.70 J energy absorption and a maximum breaking force of 3846.43 N at a cell size of 4 mm. These findings indicate that Fischer-Koch S is an optimal design choice in terms of crashworthiness. Crashworthiness Index (CI) values were also analyzed based on the compression test data, and Fischer-Koch S emerged as a prominent structure for crash resistance. The study further examined the effects of infill density, layer height, and build orientation on the mechanical performance of the structures. The analyses revealed that structures produced with lower infill density and higher layer height were more flexible but had lower strength, while those with higher infill density and lower layer height exhibited increased strength. These findings highlight the potential to optimize TPMS lattice structures based on production parameters. The results demonstrate that TPMS lattice structures produced using FDM 3D printers have significant potential for engineering applications seeking lightweight and durable designs. In particular, Fischer-Koch S and Gyroid geometries stand out for applications requiring crash resistance and energy absorption.
Benzer Tezler
- Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials
Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı
FATİH USTA
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. FABRIZIO SCARPA
- 3D printer teknolojisi ile çekmece rayı tasarımı ve bazı mukavemet testleri ile işlevselliğinin incelenmesi
Drawer rail design with 3D printer technology and examination of its functionality with some strength tests
YARKIN PAŞA KURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Mühendislik Bilimleriİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaOrman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİNE SEDA ERDİNLER
- 3D yazıcılar için ahşap biyo-kompozit filament üretimi ve bazı özelliklerinin incelenmesi
Wood bio-composite filament production for 3D printer and examination of some properties
VEYSEL TOKDEMİR
Doktora
Türkçe
2022
Ağaç İşleriKarabük ÜniversitesiOrman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SUAT ALTUN
- 3D model üretiminde yazdırma parametrelerinin yüzey pürüzlüğüne etkisi
Effect of printing parameters on surface roughness in 3D model production
HALİT AÇAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiGazi ÜniversitesiMetal Eğitimi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NECATİ YALÇIN
- Eriyik yığma tekniği ile çalışan üç boyutlu yazıcı tasarımı, imalatı ve elde edilen numunelerin bazı özelliklerinin belirlenmesi
Design and production of fused deposition modelling type three dimensional printer and determination of some properties of samples
HASAN BAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Mühendislik BilimleriOndokuz Mayıs ÜniversitesiAkıllı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH YAPICI