Eriyik yığma ile modelleme (FDM) yönteminde filament kalınlığının üretilen plakaların mekanik özellikleri ve dinamik davranışı üzerindeki etkisi

Abstract

Endüstrideki imalat şekilleri ve prosesleri teknolojinin ilerlemesiyle birlikte sürekli bir gelişim içerisindedir. Bu gelişim son zamanlardaki bilgisayar, yazılım ve elektronik alanlarındaki hızlı ilerlemelerle çok daha aktif bir ivme kazanmıştır. Teknolojinin getirdiği en güncel imalat yöntemlerinden olan Eriyik Yığma Modelleme (FDM)teknolojisi gibi 3 boyutlu (3B) yazıcılarla gerçekleştirilen üretim yöntemleri otomotiv, savunma ve yapay organ üretimleriyle biyomühendislik sektöründeki payını büyük ölçüde arttırmıştır. Eklemeli imalatta 3B baskı yönteminde nihai ürünün mekanik ve dinamik davranışlarını etkileyen birçok üretim parametresi vardır. Bu parametrelere üretim esnasındaki; tarama açısı, katman kalınlığı, doluluk oranı, baskı hızı, nozul sıcaklığı, tabla sıcaklığı, ortam sıcaklığı, fan hızı, desen çeşidi örnek olarak verilebilir. Bu tez çalışması kapsamında PC-ABS malzeme ile bütün üretim parametreleri sabit tutularak katman kalınlığı değişiminin mekanik ve dinamik özelliklere olan etkisi incelenmiştir. Mekanik özellikler için farklı filament kalınlığında (0,127 mm, 0,178 mm,0,254 mm) üretilen çekme çubuklarıyla çekme testleri yapılmıştır. Çekme testleri sonucunda farklı katman kalınlıklarına ait elastisite modülleri bulunmuş ve bu parametreler bilgisayar ortamında model analiz simülasyonlarında kullanılmıştır. Dinamik özellikler için üç adet plaka üretilmiş ve bu plakalar üzerinde modal test ve analiz yapılmıştır. Yapılan modal analizler sonucunda plakalara ait modal parametreler(doğal frekans, sönüm oranı, mod şekli) elde edilmiştir. Bilgisayar ortamındaki mod alanaliz simülasyonu sonuçlarıyla fiziksel modal test sonuçları karşılaştırılmış ve mod şekillerinin birbirleriyle olan uyumlarını gösteren Modal Güvence Matrisleri (MGM) elde edilmiştir. Sonuç ve yorumlama kısmında elastisite modülü ve kopma mukavemeti göz önünde bulundurularak mekanik özellikler yorumlanmış, modal parametreler göz önünde bulundurularak da dinamik davranışlar yorumlanmıştır. Mekanik ve dinamik davranışlar için en uygun katman kalınlığı belirlenmiştir.

Manufacturing methods and processes in the industry are in a continuous development with the advancement of technology. This development has gained a much more active momentum with the rapid advances in computers, software and electronics. Production methods performed with 3D printers such as Fused Deposition Modelling(FDM) technology, which is one of the most up-to-date manufacturing methods brought by technology, have greatly increased its share in the automotive, defense and bioengineering sectors. In additive manufacturing, there are many production parameters that affect the mechanical and dynamic behavior of the final product in the 3D printing method. These parameters during production; scanning angle, layer thickness, fill rate, printing speed, nozzle temperature, table temperature, ambient temperature, fan speed, pattern type can be given as examples. Within the scope of this thesis, the effect of layer thickness variation on mechanical and dynamic properties was investigated by keeping all production parameters constant with PC-ABS material. For mechanical properties, tensile tests were carried out with tensile testing parts produced in different filament thicknesses (0,127mm, 0,178mm, 0,254mm). As a result of tensile tests, elasticity modules belonging to different layer thicknesses were found and these parameters were used in model analysis simulations in computer aided simulation environment. Three plates were produced for dynamic properties and modal testing and analysis were performed on these plates. As a result of the modal analysis, the modal parameters (natural frequency, damping ratio, mode shape) of the plates were obtained. The results of the modal analysis simulation were compared to the physical modal test results, and Modal Assurance Matrices (MGM) were obtained showing the compatibility of the mode shapes with each other. In the conclusion and interpretation part, the mechanical properties were interpreted by considering the modulus of elasticity and breaking strength, and the dynamic behaviors were interpreted considering the modal parameters.