Eriyik yığma modelleme (FDM) ve plastik enjeksiyon yöntemi kullanılarak üretilen bir oyuncak figürünün özelliklerinin araştırılması

Abstract

ÖZET ERİYİK BİRİKTİRME YÖNTEMİ (FDM) VE PLASTİK ENJEKSİYON YÖNTEMİ KULLANILARAK ÜRETİLEN BİR OYUNCAK FİGÜRÜNÜN ÖZELLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI DEĞİRMENCİ, Şeyda Kırıkkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Ali Osman ER Ekim 2022, 97 sayfa Plastik malzemeler diğer hammaddelere kıyasla ucuz, hafif, dayanıklı ve ürün imalatlarının da hızlı olmasıyla hayatımızın birçok alanında karşımıza çıkmaktadır. Plastikler en başta ambalaj sektörü olmak üzere otomotiv, oyuncak, züccaciye, yapı, beyaz eşya, medikal ve elektronik gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Plastiğin pek çok sektörde kullanılıyor olması üretime duyulan ihtiyacı da artırmıştır. Bu ihtiyaç genellikle plastik enjeksiyon yöntemiyle karşılanıyorken, teknolojinin hızla gelişmesiyle hızlı prototipleme teknolojisi olan 3 boyutlu baskı teknolojisi de oldukça önem kazanmıştır. Öyle ki zaman ve maliyet tasarrufuyla birlikte kullanım kolaylığı ve ulaşılabilirliği ile 3 boyutlu yazıcılar evlerimizde dahi üretim yapabilmemize imkan sağlamaktadır. Bu çalışmada plastik enjeksiyon yöntemi ve 3 boyutlu baskı teknolojisi uygulamalarından biri olan Eriyik Yığma Modelleme (FDM) teknolojisi kullanılarak oyuncak figür numuneleri üretilmiştir. Yapılan bu çalışmada plastik enjeksiyon yöntemi ile üretilen bir oyuncağın 3 boyutlu baskı yöntemiyle de üretilip üretilemeyeceği ve yöntemlerin birbirine karşı üstünlükleri belirlenmeye çalışılmıştır. ABS malzemeden üretilmiş plastik enjeksiyon oyuncak figürünün, endüstriyel bir üretime gerek duymadan 3 boyutlu yazıcı kullanılarak ABS+ filamenti ve bioplastik malzeme olan PLA+ filamentleriyle üretim gerçekleştirildiğinde, beklenilen dayanıklılık ve yüzey özelliklerini ne derece karşıladığı belirlenmeye çalışılmıştır. Numunelere uygulanan basma kuvveti neticesinde malzemede oluşan davranışlar incelenmiştir. Yapılan basma testi sonucunda ABS plastik enjeksiyon numunesinin basma yüküne karşı gösterdiği maksimum direnç 3,93 kN olup 3 boyutlu yazıcı numunelerinden en iyi performans gösteren PLA ise bu değerin 2,97 kN olduğu belirlenmiştir. Üretilen numunelerin CMM cihazında ölçümleri yapılarak elde edilen değerler CAD modeli ile kıyaslanmış ve üretim yöntemlerinin doğrulukları incelenmiştir. Gerçekleştirilen ölçümler sonucunda CAD modeline en yakın değerlerin, ±1 mm kabul edilen tolerans aralığını sadece 1 noktada sapma göstererek ABS plastik enjeksiyon numunesinde olduğu görülmüştür. Enjeksiyon ve 3 boyutlu yazıcıdan alınan numuneler kıyaslandığında ortalama farkın PLA' da 0,04 mm, ABS' de ise 0,0025 mm olduğu gözükmektedir. Yüzey pürüzlülüğü ölçümleri sonucunda ile plastik enjeksiyon yöntemiyle üretilen numunelerde ortalama ulaşılabilen yüzey pürüzlülüğü (Ra) 0.16 µm, FDM yöntemi ile üretilen numunelerde ise 3 boyutlu ABS' de Ra 1.43µm ve 3 boyutlu PLA' da Ra 3.05µm olarak ölçülmüştür. Ayrıca numunelere Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) cihazı ile yüksek büyütmelerde yüzey görüntüsü alınmış olup bu görüntüler ile malzemenin mikro yapısı değerlendirilmiştir. 40 gram ağırlığında örnek parçanın enjeksiyon ve 3 boyutlu yazıcı ile üretimi karşılaştırıldığında aynı üretim maliyetini yakalamak için enjeksiyon yöntemiyle en az 735 adet parça üretilmesi gerektiği hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Eriyik Yığma Modelleme, FDM, 3 boyutlu yazıcı, plastik enjeksiyon, CMM, basma kuvveti, SEM, yüzey pürüzlülüğü, maliyet.

ABSTRACT INVESTIGATION OF THE PROPERTIES OF A TOY FIGURE MANUFACTURED USING THE FUSED DEPOSITION MODELLING (FDM) AND PLASTIC INJECTİON METHOD DEĞİRMENCİ, Şeyda Kırıkkale University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mechanical Engineering, Master's Thesis Supervisor: Dr. Öğr. Üyesi Ali Osman ER November 2022, 97 pages Plastic materials appear in many areas of our lives as they are cheap, light, durable and fast in product manufacturing compared to other raw materials. Plastics are used in many fields such as automotive, toys, glassware, construction, household appliances, medical and electronics, especially in the packaging sector. The fact that plastic is used in many sectors has also increased the need for production. While this need is generally met by the plastic injection method, 3D printing technology, which is a rapid prototyping technology, has gained importance with the rapid development of technology. So much so that 3D printers, with their ease of use and accessibility along with time and cost savings, enable us to produce even in our homes. In this study, toy figure samples were produced using the plastic injection molding method and Fused Deposition Modeling (FDM) technology, which is one of the 3D printing technology applications. In this study, it has been tried to determine whether a toy produced with the plastic injection method can also be produced with the 3D printing method and the advantages of the methods against each other. It has been tried to determine to what extent the plastic injection toy figure made of ABS material meets the expected durability and surface properties when production is carried out with ABS+ filament and bioplastic material PLA+ filaments using a 3D printer without the need for an industrial production. The behavior of the material as a result of the compression force applied to the samples was investigated. As a result of the compression test, the maximum resistance of the ABS plastic injection sample to the compression load was 3.93 kN, and this value was determined as 2.97 kN for PLA, which performed the best among the 3D printer samples. The values obtained by measuring the produced samples in the CMM device were compared with the CAD model and the dimensional accuracy of the production methods was examined. As a result of the measurements carried out, it was observed that the values closest to the CAD model were in the ABS plastic injection sample, deviating only 1 point from the tolerance range accepted as ±1 mm. When the samples taken from injection and 3D printer are compared, it is seen that the average difference is 0.04 mm with PLA and 0.0025 mm with ABS. As a result of the surface roughness measurements, the average reachable surface roughness (Ra) was measured as 0.16 µm in the samples produced by plastic injection method, Ra 1.43 µm in 3D ABS and Ra 3.05 µm in 3D PLA in the samples produced by FDM method. In addition, the surface images of the samples were taken at high magnifications with a Scanning Electron Microscope (SEM) device, and the microstructures of the materials were evaluated with these images. It has been calculated that at least 735 parts should be produced with the injection method in order to achieve the same production cost of the sample piece weighing 40 grams compared to production with plastic injection and 3D printing. Keywords: Fused Deposition Modelling, FDM, 3Dprinter, plastic injection molding, CMM, compression force, SEM, surface roughness, cost.