Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen cam fiber katkılı kompozit malzemelerin yorulma davranışının deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Günümüzde geleneksel üretim yöntemlerinin yanı sıra yenilikçi üretim yöntemlerinin yaygınlaşması ile çeşitli mühendislik alanlarında bu üretim yöntemleri yaygın bir şekilde tercih edilmeye başlamıştır. Endüstri de kullanılan yenilikçi üretim yöntemlerinden biri de eklemeli imalat yöntemidir. Bu tekniğin sağladığı avantajların yanı sıra mühendisler açısından en kritik dezavantajlardan birisi malzemede meydana gelen yorulma hasarıdır. Bu çalışmada FDM (Fused Deposition Material) tekniği ile üretilen polimer esaslı cam fiber katkılı kompozit malzemelerin döner eğilme yorulma performansı deneysel olarak incelenmiştir. Literatürde FDM tekniği ile üretilen polimer esaslı kompozit malzemelerin eksenel ve tek yönlü yorulma performanslarına dair akademik çalışmalar mevcuttur. Fakat yapılan literatür taramalarına istinaden polimer esaslı kompozit malzemelerin döner eğilme yorulma dayanımı ile alakalı bilgi eksikliği olduğu tespit edilmiştir. Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen malzemelerin üretim parametrelerinin yorulma dayanımı üzerindeki etkileri istatiksel deneysel tasarım metotları yardımıyla incelenmiş ve yorulma performansı üzerinde en etkin üretim parametreleri ANOVA varyans analizi yapılarak tespit edilmiştir. Katman kalınlıkları (0,15-0,30mm) ve baskı yönü parametreleri (0°, 55°, 90°) değişken üretim parametreleri olarak kabul edilmiştir. Diğer üretim parametreleri sabit parametreler olarak kabul edilmiştir. Ticari olarak tedarik edilen PA6GF30 filamentin mekanik özelliklerine uygun olarak (7,5-17,5-27,5-37,5-47,5 MPa) 5 farklı gerilme yükü altında numuneler R=-1 tam tersinir gerilme etkisinde yorulmaya maruz bırakılmıştır. Yorulma testleri sırasında ölçülen gerilme ve çevrim parametreleri ile malzemeye özgün Wöhler (S-N) yorulma eğrisi çizilmiş ve yine malzemeye özgü Basquin modeline dayalı yorulma denklemi elde edilmiştir. Üretim yapılan deney numuneleri için FTIR analizi ve kalsinasyon testi yapılarak kütlesel malzeme analizi yapılmıştır.

In recent years, alongside traditional manufacturing methods, the increasing prevalence of innovative production techniques has led to their widespread adoption across various engineering fields. One of the most prominent innovative methods utilized in the industry is additive manufacturing. While this technique offers numerous advantages, one of its critical drawbacks for engineers is the occurrence of fatigue damage in materials. This study experimentally investigates the rotating bending fatigue performance of polymer-based composite materials reinforced with glass fibers, produced using the Fused Deposition Modeling (FDM) technique. Although there are academic studies in the literature focusing on the axial and unidirectional fatigue performance of polymer-based composites produced via FDM, a noticeable lack of information regarding their rotating bending fatigue strength has been identified. The effects of production parameters on the fatigue resistance of materials fabricated through additive manufacturing were examined using statistical experimental design methods, and the most influential production parameters on fatigue performance were determined through ANOVA variance analysis. Layer thicknesses (0,15–0,30 mm) and print orientations (0°, 55°, 90°) were considered variable parameters, while all other production parameters were kept constant. Specimens were subjected to fatigue testing under fully reversed cyclic loading conditions R=-1 at five different stress levels (7,5-17,5-27,5-37,5-47,5 MPa) based on the mechanical properties of commercially available PA6GF30 filaments. Stress and cycle parameters measured during the tests were used to construct material-specific Wöhler (S-N) curves, and a fatigue equation was derived using the Basquin model. Additionally, FTIR analysis and Calcination test were conducted on the manufactured specimens to evaluate material composition.