Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi
Yıl: 2023 Cilt: 38 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 201 - 218 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.945650 İndeks Tarihi: 23-03-2023
Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi
Öz: Bu çalışmada, hafiflik ve yük absorbsiyonu gibi özellikleri ile kendine özgü kullanım alanı olan hücresel yapılardan geleneksel bal peteği yapı ile, yeni nesil negatif Poisson davranışa sahip re-entrant, kiral ve hibrit yapının (re-entrant+bal peteği) mekanik özelliklerinin deneysel karşılaştırılması amaçlanmıştır. Bu bağlamda, PLA malzeme ve farklı geometrik parametreler kullanılarak bal peteği, re-entrant, kiral ve hibrit yapıya sahip standart deney numuneleri EYM ile optimum şartlarda imal edilmiştir. Eklemeli imal edilen numuneler ile, çekme ve basma testleri, sertlik testleri ve yüzey pürüzlülüğü ölçümü gerçekleştirilmiştir. Sonuçlara göre, hücresel yapıdaki birim hücrelerin yönünün ve kiriş kalınlığının hücresel yapıların enerji absorbsiyon özelliğini etkilediği tespit edilmiştir. Ayrıca, çekme ve basma durumunda en iyi yük absorbsiyonu sırasıyla kiriş kalınlığı 0,5 mm olan ve birim hücreleri y yönüne bakan balpeteği yapı (Hy 0,5) ve re-entrant yapı (Ry 0,5) ile sağlanabilmiştir. Hücresel yapıların çekme ve basma dayanımları artan kiriş kalınlığı ile birlikte artarken, ortalama Ra değeri ve sertlik değeri sırasıyla 14 μm ve 75 Shore D olarak ölçülmüştür. Re-entrant, kiral ve hibrit yapıda deformasyon miktarına bağlı olarak negatif Poisson oranı gözlemlenmesine rağmen, bal peteği yapılarda pozitif Poisson davranışı görülmüştür.
Anahtar Kelime: Investigation on mechanical performances of various cellular structures produced with fused deposition modeling (FDM)
Öz: In this study, it was aimed to experimentally compare the mechanical properties of the traditional honeycomb structure, which is one of the cellular structures with its own specific area of use with its features such as lightness and load absorption, and the new generation re-entrant, chiral and hybrid structure (re-entrant + honeycomb) with negative Poisson behavior. In this context, standard test samples with honeycomb, re- entrant, chiral and hybrid structures were produced with fused deposition modelling (FDM) under optimum conditions by using PLA material and different geometric parameters. Tensile and compression tests, hardness tests and surface roughness measurements were carried out with the specimens that were additively manufactured. According to the results, it was determined that the direction of the unit cells in the cellular structure and the rib thickness affect the energy absorption properties of the cellular structures. While the tensile and compressive strengths of the cellular structures increased with increasing rib thickness, the average Ra value and hardness value were measured as 14 μm and 75 Shore D respectively. Although negative Poisson ratio was observed depending on the amount of deformation in re-entrant, chiral and hybrid structures, positive Poisson behavior was observed in honeycomb structures.
Anahtar Kelime: Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
- Maconachie T., Leary M., Lozanovski B., Zhang X., Qian M., Faruque O., Brandt M., SLM lattice structures: Properties, performance, applications and challenges, Materials & Design, 183, 108137, 2019.
- Helou M., & Kara S., Design, analysis and manufacturing of lattice structures: an overview, International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 31 (3), 243-261, 2018.
- Alomar Z., & Concli F., Compressive behavior assessment of a newly developed circular cell-based lattice structure, Materials & Design, 205, 109716, 2021.
- Gibson L.J., & Ashby M.F., Cellular Solids: Structure and Properties, Cambridge University Press, 1999.
- Zhang Y., Xiao M., Zhang X., Gao L., Topological design of sandwich structures with graded cellular cores by multiscale optimization, Computer Methods in Applied Mechanics, 361, 112749, 2020.
- Çakan B.G., Ensarioğlu C., Küçükakarsu V.M., Tekin İ.E., Çakır M.C., Experimental and numerical investigation of in-plane and out-of-plane impact behaviour of auxetic honeycomb boxes produced by material extrusion, Journal of The Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36 (3), 1657-1667, 2021.
- Simpson J., & Kazancı Z., Crushing investigation of crash boxes filled with honeycomb and re-entrant (auxetic) lattices, Thin-Walled Structures, 150, 106676, 2020.
- Kolken H.M.A., Janbaz S., Leeflang S.M.A., Lietaert K., Weinans H.H., Zadpoor A.A., Rationally designed meta-implants: A combination of auxetic and conventional meta-biomaterials, Mater. Horizons, 5 (1), 28-35, 2018.
- Ergene B., Simulation of the production of Inconel 718 and Ti6Al4V biomedical parts with different relative densities by selective laser melting (SLM) method, Journal of The Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (1), 469-484, 2022.
- Jenett B., Calisch S., Cellucci D., Cramer N., Gershenfeld N., Swei S., Cheung K.C., Digital Morphing Wing: Active Wing Shaping Concept Using Composite Lattice-Based Cellular Structures, Soft Rob., 4 (1), 33-48, 2017.
- Chua C.K., & Leong K.F., 3D printing and additive manufacturing: Principles and applications, World Scientific Publishing Company, Fifth Edition of Rapid Prototyping, 2016.
- Yalçın B., & Ergene B., Endüstride Yeni Eğilim Olan 3-B Eklemeli İmalat Teknolojisi ve Metalurjisi, Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 9 (3), 65-88, 2017.
- Qi C., Jiang F., Remennikov A., Pei L.Z., Liu J., Wang J.S., Liao X.W., Yang S., Quasi-static crushing behavior of novel re-entrant circular auxetic honeycombs, Composites Part B, 197, 108117, 2020
- Wang S., Zhang M., Wang Y., Huang Z., Fang Y., Experimental studies on quasi-static axial crushing of additively-manufactured PLA random honeycomb-filled double circular tubes, Composite Structures, 261, 113553, 2021.
- Görgülüarslan R.M., Determining geometric bounds used in lattice structure design and optimization based on additive manufacturing constraints, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36 (2), 607-626, 2021.
- Ingrole A., Hao A. & Liang R., Design and modeling of auxetic and hybrid honeycomb structures for in-plane property enhancement, Materials & Design, 117, 72–83, 2017.
- Panda B., Leite M., Biswal B.B., Niu X. & Garg A., Experimental and numerical modelling of mechanical properties of 3D printed honeycomb structures. Measurement, 116, 495-506, 2018.
- Alomarah A., Masood S.H., Ruan D., Out-of-plane and in-plane compression of additively manufactured auxetic structures, Aerospace Science and Technology, 106, 106107, 2020.
- Ali M.H., Batai S., Karim D., Material minimization in 3D printing with novel hybrid cellular structures, Materialstoday: Proceedings, 42 (5), 1800-1809, 2021.
- Kucewicz M., Baranowski P., Malachowski J., Poplawski A. & Platek P., Modelling, and characterization of 3D printed cellular structures, Materials & Design, 142, 177-189, 2018.
- Ergene B., & Yalçın B., 4 boyutlu baskı teknolojisi ve uygulama alanlarının araştırılması, Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 12 (3), 108-117, 2020.
- Liu K., Han L., Hu W., Ji L., Zhu S., Wan Z., Yang X., Wei Y., Dai Z., Zhao Z., Li Z., Wang P., Tao R., 4D printed zero Poisson's ratio metamaterial with switching function of mechanical and vibration isolation performance, Materials & Design, 196, 109153, 2020.
- Broccolo S.D., Laurenzi S., Scarpa F., Auxhex – A Kirigami inspired zero Poisson’s ratio cellular structure, Composite Structures, 176, 433- 441, 2017.
- Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics, https://www.astm.org/Standards/D638, Erişim tarihi: Mayıs 10, 2021.
- Dong Z., Li Y., Zhao T., Wu W., Xiao D., Liang J., Experimental and numerical studies on the compressive mechanical properties of the metallic auxetic reentrant honeycomb, Materials & Design, 182, 108036, 2019.
- Xiao D., Dong Z., Li Y., Wu W., Fang D., Compression behavior of the graded metallic auxetic reentrant honeycomb: Experiment and finite element analysis, Materials Science & Engineering A, 758, 163-171, 2019.
- Bhate D., Soest J., Reeher J., Patel D., Gibson D., Gerbasi J. & Finfrock M., A validated methodology for predicting the mechanical behavior of Ultem-9085 honeycomb structures manufactured by fused deposition modeling, 27th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium - An Additive Manufacturing Conference, 1-12, 2016.
- Yalçın B., Ergene B. & Şekeroğlu İ., The Influence of Rib Thickness and Cell Orientation on Tensile Behaviour of various topologies Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics, https://www.astm.org/Standards/D638, Erişim tarihi: Mayıs 10, 2021.
- Habib F.N., Lovenitti P., Masood S.H. & Nikzad M., In-plane energy absorption evaluation of 3D printed polymeric honeycombs, Virtual and Physical Prototyping, 12 (2), 117-131, 2017.
- Zhang X. & Yang D., Mechanical Properties of Auxetic Cellular Material Consisting of Re-Entrant Hexagonal Honeycombs, Materials, 9 (11), 1-13, 2016.
- Dudka A.A., Platek P., Durejko T., Baranowski P., Malachowski J., Sarzynski M. & Czujko T., Static and Dynamic Loading Behavior of Ti6Al4V Honeycomb Structures Manufactured by Laser Engineered Net Shaping (LENSTM) Technology. Materials, 12 (8), 1-20, 2019.
- Lee J.W., Soman P., Park J.H., Chen S. & Cho D.W., A Tubular Biomaterial Construct Exhibiting a Negative Poisson’s Ratio. PLOS ONE, 11 (5), 1-14, 2016.
| APA | Ergene B, Yalcin B (2023). Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi. , 201 - 218. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| Chicago | Ergene Berkay,Yalcin Bekir Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi. (2023): 201 - 218. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| MLA | Ergene Berkay,Yalcin Bekir Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi. , 2023, ss.201 - 218. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| AMA | Ergene B,Yalcin B Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi. . 2023; 201 - 218. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| Vancouver | Ergene B,Yalcin B Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi. . 2023; 201 - 218. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| IEEE | Ergene B,Yalcin B "Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi." , ss.201 - 218, 2023. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| ISNAD | Ergene, Berkay - Yalcin, Bekir. "Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi". (2023), 201-218. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.945650 |
| APA | Ergene B, Yalcin B (2023). Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(1), 201 - 218. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| Chicago | Ergene Berkay,Yalcin Bekir Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38, no.1 (2023): 201 - 218. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| MLA | Ergene Berkay,Yalcin Bekir Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.38, no.1, 2023, ss.201 - 218. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| AMA | Ergene B,Yalcin B Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(1): 201 - 218. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| Vancouver | Ergene B,Yalcin B Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(1): 201 - 218. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| IEEE | Ergene B,Yalcin B "Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38, ss.201 - 218, 2023. 10.17341/gazimmfd.945650 |
| ISNAD | Ergene, Berkay - Yalcin, Bekir. "Eriyik yığma modelleme (EYM) ile üretilen çeşitli hücresel yapıların mekanik performanslarının incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38/1 (2023), 201-218. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.945650 |
