FDM Yöntemi ile PLA Malzemeden Elde Edilen Kelvin ve Truncated Cuboctahedron Kafes Yapıların Çekme Dayanımlarının Araştırılması

Creative Commons License

ERTEK C.

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, cilt.26, sa.2, ss.479-488, 2026 (TRDizin)

Özet

Eklemeli imalat, dijital ortamda oluşturulan bir modelin katmanlı olarak üst üste malzeme eklenmesiyle fiziksel bir ürüne dönüştürülmesini sağlayan bir üretim teknolojisidir. ISO/ASTM 52900:2021 standardına göre yedi ana kategoriye ayrılan bu yöntemlerden biri olan FDM (Fused Deposition Modelling: Ergiyik Biriktirmeli Modelleme), ABS (Akrilonitril Butadien Stiren), PETG (Polietilen Tereftalat Glikol), PC (polikarbonat) ve PLA (Polilaktik Asit) gibi termoplastik malzemelerle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntemin önemli avantajlarından biri, içi boş ve karmaşık geometrilere sahip kafes yapıların üretimine imkân sağlamasıdır. Kafes yapılar, kimyasal bileşimlerinden çok geometrik özellikleriyle belirlenen mekanik performansları sayesinde hafiflik, gözeneklilik ve yüksek spesifik dayanım gibi avantajlar sunar. Bu çalışmada, FDM yöntemiyle PLA kullanılarak üretilen Kelvin ve Truncated Cuboctahedron (TC) kafes yapıların çekme dayanımı karşılaştırılmış, literatürde bu iki yapının doğrudan karşılaştırıldığı bir çalışmaya rastlanmaması nedeniyle özgün bir katkı hedeflenmiştir. Her iki yapı, aynı ayrıt genişliği (0.8 mm) ve ayrıt boyu (4 mm) ile CAD (SolidWorks) ortamında tasarlanmış, ISO 527-2-2012 standardına uygun çekme numuneleriyle birleştirilerek, TC, Kelvin ve tam dolu olmak üzere üç farklı numune grubu oluşturulmuştur. Numuneler, %100 doluluk oranı, 0.3 mm nozul çapı, 0.15 mm katman kalınlığı, 220 °C baskı sıcaklığı gibi sabit parametrelerle FDM yöntemiyle imal edilmiş ve çekme testleri uygulanmıştır. Sonuçlar, TC yapının akma dayanımı (0.87 MPa), maksimum çekme dayanımı (1.002 MPa) ve elastisite modülü (67.51 MPa) bakımından Kelvin yapıya göre daha üstün olduğunu ortaya koymuştur. Yapılan ANOVA analizi ile bu farkın istatistiksel olarak anlamlı olduğu (p<0.05) belirlenmiş, ayrıt boyutları eşit olmasına rağmen birim hücre geometrisindeki farklılığın mekanik performans üzerinde belirleyici olduğu sonucuna varılmıştır.
Additive manufacturing transforms a digital model into a physical object by sequentially depositing layers of material. According to ISO/ASTM 52900:2021, additive manufacturing methods are classified into seven categories, including Fused Deposition Modelling (FDM), which is widely used with thermoplastics such as ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol), and PLA (Polylactic Acid). A key advantage of FDM is its ability to produce lattice structures with complex hollow geometries. Lattice structures are favored in applications requiring lightweight and porous designs due to their mechanical properties arising primarily from geometry rather than chemical composition. This study compares the tensile performance of Kelvin and Truncated Cuboctahedron (TC) lattice structures manufactured from PLA via FDM. Since no prior studies have directly compared these two structures under the same conditions, this work provides an original contribution. Both geometries were designed with identical strut width (0.8 mm) and length (4 mm) and integrated into standard tensile specimens according to ISO 527-2:2012, resulting in three groups: TC, Kelvin, and fully solid. Specimens were fabricated using fixed parameters: 100% infill, 0.3 mm nozzle diameter, 0.15 mm layer height, and 220 °C printing temperature. Tensile tests showed the TC structure had higher yield strength (0.87 MPa), maximum tensile strength (1.002 MPa), and elastic modulus (67.51 MPa) compared to Kelvin. ANOVA analysis confirmed these differences were statistically significant (p < 0.05). Despite identical strut dimensions, differences in unit cell geometry significantly affected mechanical performance.