Journals / Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi / 2022 / Cilt: 22 - Sayı: 2

Application of Classical Lamination Theory to Fused Deposition Method 3-D Printed Plastics and Full Field Surface Strain Mapping

Klasik Laminasyon Teorisinin Üç Boyutlu Yazıcı ile Eriyik Yığma Modelleme Yöntemi Kullanılarak Üretilmiş Plastiklere Uygulanması ve Tam Alanlı Yüzey Gerinim Haritalanması

Pages
342–352
Publication Date
2022-10-12
DOI
—
🏛️Bibliographic metadata and full text access for this article are provided via DergiPark.
DergiPark Record ↗
✨

AI Summary & Key Takeaways

AI Insight
⚡ TL;DR(Too Long; Didn't Read)

In contrast, the stress calculated with CLT deviates from the experimental result at the higher strain levels.Thereafter, a full-field surface strain mapping is applied by using Digital Image Correlation (DIC) Techniques to reveal the damage progression and failure of Fused Deposition Method 3-D Printed Plastics.

📌 3 Key Takeaways

🎯
Objective & Hypothesis:In this study, five differently oriented sets of 3D-printed tensile samples are produced using the Fused Deposition Method (FDM).
📊
Key Findings & Data:Based on the obtained results, CLT is further applied to the remaining two sets of unreinforced 3D-printed polymer samples where the deposition direction varies in each layer.
💡
Conclusion & Impact:In contrast, the stress calculated with CLT deviates from the experimental result at the higher strain levels.Thereafter, a full-field surface strain mapping is applied by using Digital Image Correlation (DIC) Techniques to reveal the damage progression and failure of Fused Deposition Method 3-D Printed Plastics.
🔬Design:Modeling & Simulation
📍Scope:Comprehensive Sample
⚙️Variables:Domain Parameters

Abstract

In this study, five differently oriented sets of 3D-printed tensile samples are produced using the Fused Deposition Method (FDM). Among these five sets, three are used to determine the elastic constant to be used in Classical Lamination Theory (CLT), which is generally used to model fiber-reinforced polymers (FRP). Based on the obtained results, CLT is further applied to the remaining two sets of unreinforced 3D-printed polymer samples where the deposition direction varies in each layer. The stress and strain calculated with CLT are then compared with experimental results obtained through tensile testing. The comparison depicts that experimental and CLT results are in good agreement at lower strain levels. In contrast, the stress calculated with CLT deviates from the experimental result at the higher strain levels.Thereafter, a full-field surface strain mapping is applied by using Digital Image Correlation (DIC) Techniques to reveal the damage progression and failure of Fused Deposition Method 3-D Printed Plastics.

Özet

Bu çalışmada üç boyutlu yazıcı ile Eriyik Yığma Modellemesi (EYM) yöntemi kullanılarak farklı yazma yönlerindeki katmanlara sahip toplamda beş set çekme örneği üretilmiştir. Üretilen üç farklı sete çekme testi yapılarak farklı yönlerdeki elastik sabitler daha sonra Klasik Laminasyon Teorisinde (KLT) kullanılmak üzere ölçülmüştür. Klasik Laminasyon Teorisi genel olarak tek yönlü fiberler ihtiva eden polimerik yapıların modellenmesi için kullanılmaktadır. Bu çalışma ile KLT üç boyutlu yazıcı ile üretilen ve içerisinde herhangi bir fiber takviyesi ihtiva etmeyen ve her katmanda yazma yönleri değişen iki farklı polimerik yapıya uygulanmıştır.KLT ile elde edilen gerinim ve gerilme değerleri çekme deneyi ile elde edilen gerinim ve gerilme değerleri ile karşılaştırmıştır. Elde edilen sonuçlara göre düşük gerinim değerleri için KLT ile elde edilen sonuçların deneysel sonuçlar ile uyumlu olduğu, yalnız gerinim değeri arttıkça KLT ile hesaplanan değerlerinin deneysel değerlerden uzaklaştığı görülmüştür.Daha sonra ise Eriyik Yığma Modelleme Yöntemi ile üretilen üç boyutlu plastiklerin hasar ilerlemesi ve kırılması Dijital Görüntü Korelasyon Tekniği ile Tam Alanlı Yüzey Gerinim Haritalanması kullanılarak çıkarılmıştır.

🔖

Cite This Article

YILMAZ, Ç., ALI, H. Q., YILDIZ, M. (2022). Application of Classical Lamination Theory to Fused Deposition Method 3-D Printed Plastics and Full Field Surface Strain Mapping. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt: 22 - Sayı: 2, 342–352. https://ajindex.com/articles/429566

📄 Full Text PDF Viewer

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

References (12)

  1. Alaimo, G., Marconi, S., Costato, L., & Auricchio, F. 2017. Influence of meso-structure and chemical composition on FDM 3D-printed parts. Composites Part B: Engineering, 113, 371–380.
  2. Alexander, P., Allen, S., & Dutta, D. 1998. Part orientation and build cost determination in layered manufacturing. Computer-Aided Design, 30(5), 343–356.
  3. Bacak, S., Varol, H. V. Ö., & Tatlı, M. 2020. Fdm Yöntemi İle Üretilen Pla Numunelerin Çekme Özelliklerine İşlem Parametrelerinin Etkisinin İncelenmesi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 9(1), 209–216.
  4. Casavola, C., Cazzato, A., Moramarco, V., & Pappalettere, C. 2016. Orthotropic mechanical properties of fused deposition modelling parts described by classical laminate theory. Materials & Design, 90, 453–458.
  5. Demircioğlu, P., Sucuoğlu, H. S., Böğrekci, İ., & Gültekin, A. 2018. The effect of three dimensional printed infill pattern on structural strength. El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 5(3), 785–796.
  6. Erşan, K., Demiroğlu, Y. A., & Güldür, B. 2018. Design and Manufacturing of Real-Scale-Mockup-Car Door Via 3d Printer. Journal of New Results in Science, 7(3), 54–66.
  7. Ghorpade, A., Karunakaran, K. P., & Tiwari, M. K. 2007. Selection of optimal part orientation in fused deposition modelling using swarm intelligence. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 221(7), 1209–1219.
  8. Giri, J., Chiwande, A., Gupta, Y., Mahatme, C., & Giri, P. 2021. Effect of process parameters on mechanical properties of 3d printed samples using FDM process. Materials Today: Proceedings, 47, 5856–5861.
  9. Gupta, A., Fidan, I., Hasanov, S., & Nasirov, A. 2020. Processing, mechanical characterization, and micrography of 3D-printed short carbon fiber reinforced polycarbonate polymer matrix composite material. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 107(7), 3185–3205.
  10. Hanon, M. M., Alshammas, Y., & Zsidai, L. 2020. Effect of print orientation and bronze existence on tribological and mechanical properties of 3D-printed bronze/PLA composite. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 108(1), 553–570.
  11. Internasional, A. 2014. ASTM D638-14 Standard Test Methods for Tensile Properties of Plastic. America Society for Testing and Material. Joshi, S. C., & Sheikh, A. A. 2015. 3D printing in aerospace and its long-term sustainability. Virtual and Physical Prototyping, 10(4), 175–185.
  12. Kamaal, M., Anas, M., Rastogi, H., Bhardwaj, N., & Rahaman, A. 202