Erimiş filament fabrikasyonu süreç parametrelerinin, üretilen latis yapıların etkin elastik malzeme özelliklerine etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the effect of process parameters of fused filament fabrication on the efficient elastic material properties of the lattice structures produced
Yazar: SATI CANSIN ERSOY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Eklemeli İmalat Teknolojisi, ilk ortaya çıktığı zaman hızlı prototipleme için kullanılmış olsa da günümüzde özellikle havacılık-uzay ve savunma sanayinde, otomotivde, medikalde ve enerji sektöründe sıklıkla başvurulan bir yönteme dönüşmüştür. Özellikle latis yapılar gibi boşluklu yapıları sayesinde hafiflik sağlayan karmaşık yapıların katman katman üretilebilmesi, latis yapıların bu üretim teknikleri ile üretilebilirliği ve endüstride kullanılabilirliği üzerine yapılan araştırmaları artırmıştır. Birçok farklı eklemeli imalat tekniği bulunmakla birlikte, erimiş filament fabrikasyonu (EFF) tekniği düşük maliyetli olmasından dolayı yaygın olarak tercih edilmektedir. Fakat, EFF proses parametrelerinin üretilen parçaların mekanik özelliklerine etkisinin yüksek olduğu bilinmektedir. Literatürde EFF proses parametrelerinin mekanik özelliklere etkisi üzerine yapılan araştırmaların büyük çoğunluğu tam dolu numuneler üzerinedir. O yüzden, bu çalışmanın amacı, erimiş filament fabrikasyonu (EFF) ile üretilen latis yapıların etkin malzeme özelliklerine
ÖZET
v
proses parametrelerinin etkisinin incelenmesidir. Bu teknik ile üretilecek numunelerin malzemesi için Polilaktik Asit (PLA) kullanılmıştır. Bu çalışmada üç farklı temel latis yapı türü olan Basit Kübik (BK), Hacim Merkezli Kübik (HMK) ve Yüzey Merkezli Kübik (YMK) seçilmiştir. Elde edilecek numunelerin etkin elastik malzeme özelliklerine en çok etkisi olan ve literatürde yer alan araştırmalarla desteklenen parametreler seçilmiştir. Bu amaçla, EFF için süreç parametreleri olan katman kalınlığı, nozül sıcaklığı ve baskı hızı başlıklarının her biri için üçer seviye belirlenmiştir. Deney tasarımı oluşturulurken Taguchi Metoduna başvurulmuştur. Taguchi metodu ile belirlenen farklı süreç parametre değer grupları için üretilen latis numunelerin basma testleri gerçekleştirilmiştir. Bu testlerden basma modülü ve basma dayanımı sonuçları elde edilmiştir. EFF süreç parametrelerinin bu özelliklere etkilerini kıyaslayabilmek adına, MATLAB programı yardımıyla varyans analizi (analysis of variance - ANOVA) yöntemi kullanılmıştır. Bu kafes yapıların üretiminde en yüksek elastik özelliklere sahip olmaları için gerekli parametre değerleri belirlenmiştir. Elde edilen bulgular, latis yapılarla ilgili çalışmalara ışık tutması ve mühendislik uygulamalarında kullanılan tam dolu yapıların yerini latis yapıların almaya başlaması adına yararlı bir kaynak olacaktır.

Abstract:
Although Additive Manufacuring Technology was used for rapid prototyping when it first emerged, it has been frequently used in the aviation-space and defense industry, automotive, medical and energy sector today. Especially, due to their hollow structures such as lattice structures, the ability to produce complex structures that provide lightness, layer by layer, it has increased the research on the producibility of lattice structures with these production techniques and their usability in industry. Although there are many different Additive Manufacturing techniques, Fused Filament Fabrication (FFF) technique is widely preferred due to its low cost. However, it is known that FFF process parameters have major effects on the mechanical properties of the produced parts. In the literature, most of the studies on the effects of FFF process parameters on mechanical properties are on fully filled samples. Therefore, the purpose of this study is to examine the effects of process parameters on the effective material properties of lattice sturctures proced by FFF. Polylactic Acid (PLA) was used for the material of the samples to be produced with this technique. In this study, three different basic lattice structure types, Simple Cubic (SC), Body Centered Cubic (BCC)
ABSTRACT
vii
and Face Centered Cubic (FCC) were selected. The parameters which have the greatest effect on the effective elastic material properties of the samples are supported by the research in the literature have been selected. For this purpose, three levels were determined for each of the process parameters for FFF, such as layer thickness, nozzle temperature and printing speed. While designing the experiments, Taguchi Method was used. Compression tests of lattice samples produced for different process parameter value groups determined by Taguchi method were performed. Compressive modulus and compression strength results were obtained from these tests. In order to compare the effects of FFF process parameters on these properties, analysis of variance (ANOVA) method was used with the help of MATLAB program. In the production of these lattice structures, the required parameter values have been determined in order to have the highest elastic properties. The findings obtained will be a useful resource to throw light on studies on lattice structures and to start replacing fully filled structures used in engineering applications with lattice structures.