Yıl: 2021 Cilt: 36 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 2209 - 2224 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.851619 İndeks Tarihi: 29-07-2022

Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu

Öz:
Bu çalışmada; Eriyik Biriktirmeli Modelleme yöntemiyle üretilen bir ofis koltuğu kolçağının, TS EN 1335 gerekliliklerini karşılayabilecek şekilde; tasarım, analiz, optimizasyon ve testleri gerçekleştirilmiştir. Kolçak modelinin iç hacmi için iki farklı optimizasyon çalışmasının etkisi incelenmiştir. İlk optimizasyon çalışması kolçak iç dolgusunun homojen dağılım gösterdiği durumda uygun dış kesit kalınlığı ve hücresel boyutun değiştiği çalışmadır. Diğer optimizasyon çalışması ise kolçak üzerinde gerilimin yüksek olduğu bölgelerin dolu diğer bölgelerin homojen düşük yoğunluklu olarak tanımlandığı bölgesel yoğunluklu optimizasyon çalışmasıdır. %50 doluluk oranına sahip homojen yoğunluklu modellerin sonlu elemanlar analizi sonuçlarına göre; yakın ağırlığa sahip kolçak modellerinde çeşitli yük durumları için von-Mises gerilmelerinde %29 ile %36 arasında değişen azalmalar meydana gelmiştir. Ancak; çekme ve eğme testleri referans alınarak oluşturulan emniyetli sınır gerilme değerlerini aşmayan uygun alternatif elde edilememiştir. Bölgesel yoğunluklu optimizasyon çalışmasında ise von-Mises gerilme değeri homojen yoğunluklu en iyi alternatife göre dört test yükü için yaklaşık %20 daha düşük olarak elde edilmiş ve bu model emniyetli sınır gerilme değerlerine göre de uygun sonuç vermiştir. Uygun sonucun elde edildiği bu kolçak modeli üretilmiştir ve doğrulama testlerine tabi tutulmuştur. Testler sonucunda, modelin istenen gereklilikleri yerine getirdiği tespit edilmiştir.
Anahtar Kelime: Katmanlı imalat yapısal optimizasyon TS EN 1335 kolçak testi sonlu elemanlar analizi

Stress Focused Infill Optimization In Additive Manufacturing For An Office Chair Armrest

Öz:
In this research; an armrest of an office chair is studied by Fused Deposition Modeling, while ensuring requirements of TS EN 1335 are met in each one of design, analysis, optimization and testing phase. The effect of two different optimization studies for the interior volume of the armchair model was investigated. In the first optimization study, an appropriate outer section thickness and cellular size change when the inner filling of the armrest shows a homogeneous distribution. In another optimization study, a regional density optimizations evaluated wherein regions having a high tension on the armrest model are defined with a homogeneous low density, relative to other regions with a fuller density. According to the finite element analysis results of the homogeneous density models with 50% occupancy; In armrest models with close weight, reductions in von-Mises stresses ranging from 29% to 36% have occurred for various load conditions. However, a suitable alternative that did not exceed the safe limit stress values established by reference to tensile and bending tests could not be obtained. In the regional density optimization study, the von-Mises stress value is obtained approximately 20% lower over four test loads than the best alternative with homogeneous density, and a suitable result is obtained according to the safe limit stress values with this model. This armrest model with the appropriate result has been produced and subjected to validation tests. As a result of the tests, it has been determined that the model fulfills the required requirements.
Anahtar Kelime: finite elements analysis

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • 1. Attaran M., The rise of 3-D printing: The advantages of additive manufacturing over traditional manufacturing. Business Horizons, 60 (5), 677-688, 2017.
  • 2. Reports and Data. Additive Manufacturing Market Analysis By Material Type (Metals, Thermoplastics, Ceramics, Others), By Metal Type (Titanium, Stainless Steel, High-Performance Alloys, Aluminum, Precious Metals, Others), By Polymer Type, By Ceramics Type, By Process, By End-use, And Segment Forecasts To 2027. https://www. reportsanddata. com/report-detail /additive -manufacturing-market. Yayın tarihi Temmuz, 2020. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 3. Thomas D.S., Gilbert S.W., Costs and Cost Effectiveness of Additive Manufacturing: A Literature Review and Discussion, National Institute of Standards and Technology, National Institute of Standards and Technology - U.S. Department of Commerce, Amerika Birleşik Devletleri, 2014.
  • 4. Gibson I., Rosen D., Stucker B., Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing Rapid Prototyping and Direct Digital Manufacturing. Springer, New York, A.B.D., 2015.
  • 5. Wilkhahn. Printstool One - 3D printed stool. https://www.wilkhahn.com/en/products/conferenceand-visitor-chairs-seating/printstool/. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 6. 3dprint. IKEA Debuts 3D Printed Gaming Chair Prototype, Developed in Collaboration with UNYQ and Area Academy. https://3dprint.com/216438/3d-printedgaming-chair/. Yayın tarihi Haziran 12, 2018. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 7. Keshavamurthy R., Tambrallimath V., Saravanabavan D., Development of Polymer Composites by Additive Manufacturing Process. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 2021.
  • 8. Sezer H.K., Eren O., Börklü H.R., Özdemir V., Additive manufacturing of carbon fiber reinforced plastic composites by fused deposition modelling: effect of fiber content and process parameters on mechanical properties, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 34 (2), 663-674, 2019.
  • 9. Yaman U., Topoloji Optimizasyonu Yapılmış Parçaların 3B Yazıcılar ile Doğrudan Üretilmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 7 (1), 236-244, 2019.
  • 10. 3dhubs. How to design parts for FDM 3D printing. https://www.3dhubs.com/knowledge-base/how-designparts-fdm-3d-printing/. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 11. 3dhubs. 3D Printing. https://www.3dhubs.com /guides/3d-printing/. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 12. PechoP., Ažaltovič V., Kandera B., Bugaj M., Introduction study of design and layout of UAVs 3D printed wings in relation to optimal lightweight and load distribution. Transportation Research Procedia, 40, 861–868, 2019.
  • 13. Bayraktar Ö., Uzun G., Çakiroğlu R., Abdulmecit Guldas A., Experimental study on the 3D‐printed plastic parts and predicting the mechanical properties using artificial neural networks. Polymers for Advanced Technologies, 28 1044–1051, 2017.
  • 14. Aydın M., YıldırımF., Çantı E., Farklı Yazdırma Parametrelerinde PLA Filamentin İşlem Performansının İncelenmesi. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 3 (2), 102-115, 2019.
  • 15. Kuznetsov V.E., Solonin A.N., Urzhumtsev O.D., Schilling R., Tavitov A., Strength of PLA Components Fabricated with Fused Deposition Technology Using a Desktop 3D Printer as a Function of Geometrical Parameters of the Process. Polymers, 10 (3), 313, 2018.
  • 16. Chacón J.M., Caminero M.A., García-Plaza E., Núñez P.J., Additive manufacturing of PLA structures using fused deposition modelling: Effect of process parameters on mechanical properties and their optimal selection. Materials and Design, 124, 143–157, 2017.
  • 17. Li D., Liao W., Dai N., Dong G., Tang Y., Xie Y.M., Optimal design and modeling of gyroid-based functionally graded cellular structures for additive manufacturing; Computer-Aided Design, 104: 87–99, 2018.
  • 18. Hackaday. Finite Element Analysis Results in Smart Infill. https://hackaday.com/2019/02/06/finite-elementanalysis-results-in-smart-infill/. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 19. Wang Y., Zhang L., Daynes S., Zhang H., Feih S., Wang M.Y., Design of graded lattice structure with optimized mesostructures for additive manufacturing. Materials and Design, 142, 114–123, 2018.
  • 20. Murat F., Korkmaz İ.H., Şensoy A.T., Kaymaz İ., Functionally Graded Porous Implants Obtained by Additive Manufacturing. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 7 (3), 540-553, 2019.
  • 21. Wang Y., Li S., Yu Y., Xin Y., Zhang X., Zhang Q., Wang S., Lattice structure design optimization coupling anisotropy and constraints of additive manufacturing. Materials and Design, 196, 109089, 2020.
  • 22. Materialise. Design Guidelines - ABS – FDM. https://www.materialise.com/en/manufacturing/materia ls/abs/design-guidelines. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 23. Esun. Download center. http://www.esun3d.net/ DownLoad/. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 24. Bürosit Büro Donanımları San. ve Tic. A.Ş. Dorado Ofis Koltuğu. Türk Patent Enstitüsü Tasarım Tescil No: 2020 00596, 2020 00597, https://online.turkpatent. gov.tr/. Erişim Tarihi: 10.09.2020.
  • 25. Türk Standartları Enstitüsü. TS EN 1335-1 Büro mobilyası-Büro çalışma sandalyesi standardı - Bölüm 1: Boyutlar-Boyutların tayini. https://tse.org.tr/. Yayın tarihi Temmuz 2, 2020. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 26. Türk Standartları Enstitüsü. TS EN 1335-2 Büro mobilyası-Büro çalışma sandalyesi standardı - Bölüm 2: Emniyet gerekleri. https://tse.org.tr/ . Yayın tarihi Mart 19, 2020. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 27. Ansys. Constitutive Modeling of 3D Printed FDM Parts: Part 2. https://www.ansys.com/blog/constitutivemodeling-of-3d-printed-fdm-parts. Yayın tarihi Ocak 23, 2016. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 28. Zhao Y., Chen Y., Zhou Y., Novel mechanical models of tensile strength and elastic property of FDM AM PLA materials: Experimental and theoretical analyses. Materials and Design, 181, 108089, 2019.
  • 29. Park J., Topology Optimization to Design Bone Replacement Shapes in Craniofacial Reconstructive Surgery: Design, Simulation and Experimental Validation. Yüksek Lisans Tezi, Ohio Eyalet Üniversitesi, Makine Mühendisliği Yüksek Lisans Programı, Ohio, 2013.
  • 30. The3dbros. 3D Print Infill Patterns Explained. https://the3dbros.com/3d-print-infill-patternsexplained/. Yayın tarihi Ocak 2020. Erişim tarihi Eylül 10, 2020.
  • 31. Farah S., Anderson D.G., Langer R., Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications — A comprehensive review. Advanced Drug Delivery Reviews, 107, 367–392, 2016.
APA Kuş S, Durmuş A (2021). Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu. , 2209 - 2224. 10.17341/gazimmfd.851619
Chicago Kuş Süleyman,Durmuş Ali Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu. (2021): 2209 - 2224. 10.17341/gazimmfd.851619
MLA Kuş Süleyman,Durmuş Ali Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu. , 2021, ss.2209 - 2224. 10.17341/gazimmfd.851619
AMA Kuş S,Durmuş A Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu. . 2021; 2209 - 2224. 10.17341/gazimmfd.851619
Vancouver Kuş S,Durmuş A Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu. . 2021; 2209 - 2224. 10.17341/gazimmfd.851619
IEEE Kuş S,Durmuş A "Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu." , ss.2209 - 2224, 2021. 10.17341/gazimmfd.851619
ISNAD Kuş, Süleyman - Durmuş, Ali. "Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu". (2021), 2209-2224. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.851619
APA Kuş S, Durmuş A (2021). Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(4), 2209 - 2224. 10.17341/gazimmfd.851619
Chicago Kuş Süleyman,Durmuş Ali Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36, no.4 (2021): 2209 - 2224. 10.17341/gazimmfd.851619
MLA Kuş Süleyman,Durmuş Ali Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.36, no.4, 2021, ss.2209 - 2224. 10.17341/gazimmfd.851619
AMA Kuş S,Durmuş A Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(4): 2209 - 2224. 10.17341/gazimmfd.851619
Vancouver Kuş S,Durmuş A Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(4): 2209 - 2224. 10.17341/gazimmfd.851619
IEEE Kuş S,Durmuş A "Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36, ss.2209 - 2224, 2021. 10.17341/gazimmfd.851619
ISNAD Kuş, Süleyman - Durmuş, Ali. "Bir ofis koltuğu kolçağı için eklemeli imalatta gerilme odaklı iç dolgu optimizasyonu". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/4 (2021), 2209-2224. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.851619