AI Summary & Key Takeaways
AI InsightTensile test results showed that the combination of isocyanate-based adhesive and sanded surface provided the highest adhesion strength (5.99 MPa) and maximum stress (11.99 MPa).
📌 3 Key Takeaways
Abstract
In this study, the effects of different adhesive systems (isocyanate and polyurethane D4) and surface preparation processes (sanded/unsanded) on the adhesion strength and flexural performance of hybrid joints formed by fused deposition modelling (FDM) printed modified polylactic acid (PLA+) connectors and Scots pine (Pinus sylvestris L.) wood were experimentally investigated. Surface roughness (Ra) was measured with a profilometer prior to bonding, tensile tests were performed according to ASTM D3164-03, and three‑point bending tests were carried out according to ASTM D790-17. Flexural tests were applied in two different loading configurations, with the PLA+ layer located either in the tensile or compressive region to represent real-world usage conditions, and fracture surfaces were examined using an optical microscope. The obtained data were statistically evaluated using multifactor analysis of variance (ANOVA) followed by Tukey HSD tests. Tensile test results showed that the combination of isocyanate-based adhesive and sanded surface provided the highest adhesion strength (5.99 MPa) and maximum stress (11.99 MPa). PU D4-based adhesive generally exhibited lower performance, and the beneficial effect of sanding on maximum stress in the PU system was not statistically significant. In three‑point bending tests, adhesive type emerged as the primary factor, whereas the effect of surface treatment on bending stress was negligible. Fracture mode analyses revealed predominantly substrate failure for isocyanate-bonded joints and mainly cohesive failure within the PU D4 adhesive layer for PU D4-bonded joints. These findings indicate that isocyanate-based adhesives significantly improve the structural performance of FDM-based hybrid joints for furniture and customized production applications.
Özet
Bu çalışmada, FDM baskılı güçlendirilmiş polilaktik asit (PLA+) bağlantı elemanları ve sarıçam (Pinus sylvestris L.) ağacından oluşturulan hibrit bağlantıların yapışma mukavemeti ve eğilme performansı üzerindeki farklı yapıştırıcı sistemlerinin (izosiyanat ve poliüretan (PU) D4) ve yüzey hazırlama işlemlerinin (zımparalanmış/zımparalanmamış) etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Yüzey pürüzlülüğü (Ra), yapıştırmadan önce bir profilometre ile ölçülmüş, çekme testleri ASTM D3164-03'e göre, üç noktalı eğilme testleri ise ASTM D790-17'a göre yapılmıştır. Eğilme testleri, gerçek dünya kullanım koşullarını temsil etmek üzere PLA+ katmanının çekme ve sıkıştırma bölgesinde bulunduğu iki farklı yükleme konfigürasyonunda uygulanmış ve kırılma yüzeyleri optik mikroskop kullanılarak incelenmiştir. Elde edilen veriler, çok faktörlü varyans analizi (ANOVA) ve ardından Tukey HSD testleri kullanılarak istatistiksel olarak değerlendirilmiştir. Çekme testi sonuçları, izosiyanat bazlı yapıştırıcı ve zımparalanmış yüzey kombinasyonunun en yüksek yapışma mukavemetini (5.99 MPa) ve maksimum gerilimi (11.99 MPa) sağladığını göstermiştir. PU D4 bazlı yapıştırıcı genel olarak daha düşük performans göstermiş ve PU sisteminde zımparalamanın maksimum gerilim üzerinde anlamlı bir etkisi bulunmadığı görülmüştür. Üç noktalı eğilme testlerinde, yapıştırıcı türü birincil faktör olarak ortaya çıkarken, yüzey işleminin eğilme gerilimi üzerindeki etkisi ihmal edilebilir düzeyde kalmıştır. Kırılma modu analizleri, izosiyanat ile yapıştırılmış bağlantılarda ağırlıklı olarak alt tabaka kırılması şeklinde ve PU D4 ile yapıştırılmış bağlantılarda ise yapıştırıcı tabakası içinde kohezif kırılma olduğunu ortaya koymuştur. Bu bulgular, izosiyanat bazlı yapıştırıcıların mobilya ve özel üretim uygulamaları için FDM tabanlı hibrit bağlantıların yapısal performansını önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermektedir.