Eriyik yığma modelleme ile üretilen PLA parçaların tavlama ve yazdırma parametrelerinin optimizasyonu
Optimization of annealing and printing parameters of PLA parts produced by fused deposition modeling
Yazar: MHD USAMA ALABD
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDURRAHİM TEMİZ
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Malzeme davranışı = Material behavior ; Optimizasyon = Optimization ; Üç boyutlu baskı = 3D printing

Özet:
Bu çalışmada, Poli Laktik Asit (PLA) malzemesinden çekme numuneleri üretmek amacıyla Eriyik Yığma Modelleme (EYM) yöntemi kullanılmıştır. EYM, üretim süresini kısaltma ve maliyetleri düşürme yeteneği nedeniyle yaygın olarak tercih edilen bir eklemeli imalat yöntemidir. Ancak, bu yöntemin düşük boyutsal hassasiyet, yetersiz yüzey kalitesi ve sınırlı Nihai Gerilme Mukavemeti (NGM) gibi dezavantajları, geleneksel üretim süreçlerinin sıkı düzenleyici standartlarına tam olarak uyum sağlamasını engellemektedir. Bu bağlamda, üretim sonrası işlemler, üretilen numunelerin kalitesini artırmak ve bu sınırlamaların üstesinden gelmek için büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, EYM yöntemiyle üretilen PLA parçaların kalitesini artırmak amacıyla, tavlama ve 3B baskı parametrelerinin optimizasyonu için Tepki Yüzeyi Yöntemi kullanılmıştır. Bu kapsamda, numuneler farklı üretim parametreleriyle basılmış ve farklı ısıl işlem parametreleriyle tavlama işlemine tabi tutulmuştur. Katman yüksekliği (0,1 mm, 0,2 mm ve 0,3 mm), yapı yönelimi (0°, 22,5°, 45°, 67,5° ve 90°), tavlama sıcaklığı (70°C, 90°C, 110°C ve 130°C) ve tavlama süresi (60 dakika, 120 dakika, 180 dakika ve 240 dakika) gibi çeşitli parametreler belirlenmiş ve bu parametrelerin numunelerin boyutsal doğruluk, mekanik ve yüzey özelliklerine olan etkileri incelenmiştir. Tepki Yüzeyi Yöntemi ile gerçekleştirilen optimizasyon analizi, en uygun parametreleri şu şekilde belirlemiştir: 0,1 mm katman yüksekliği, 0° yapı yönelimi, 110°C tavlama sıcaklığı ve 180 dakika tavlama süresi. Optimum parametreler ile yapılan deneyler, tahmin edilen yanıt değerleri ile karşılaştırıldığında yüksek düzeyde bir tutarlılık görülmektedir. Optimizasyon analizi sonucunda, değişkenler için toplam arzu edilebilirlik değeri 0,80 olarak tespit edilmiştir. Bu bulgular, belirlenen parametrelerin PLA parçaların boyutsal doğruluk, mekanik özellikler ve yüzey özelliklerini iyileştirmedeki etkinliğini ortaya koymaktadır.

Abstract:
In this study, the Fused Filament Fabrication (FFF) method was used to produce tensile samples from PLA. FFF is a common additive manufacturing method due to its ability to shorten production time and costs. However, low dimensional accuracy, poor surface finish and low Ultimate Tensile Strength (UTS) limitations hinder compliance with the stringent regulatory standards of conventional manufacturing. Therefore, post-processing is necessary to produce better results. In this study, the response surface method was used to improve the quality (FFF) of PLA parts. Annealing was used to maximize certain printing conditions of PLA parts. The purpose of the optimization method is to improve the UTS and meet the CAD dimensions and at the same time reduce the surface thickness. RSM optimization analysis determined the ideal parameters: structure orientation at 0 degrees, annealing temperature of 110 degrees, and annealing time of 180 min mm. The proposed models show a high level of consistency between predicted and experimental response values. Optimization analysis showed that the overall desirability value for the variables was 0.80.