KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi / 2025 / Cilt: 41 Sayı: 3

Eklemeli İmalat ile Üretilen PLA Matrisli Polimer Kompozitlerde Takviye Tipi ve Oranının Yorulma Performansına Etkisinin İncelenmesi

Investigation of the Effect of Reinforcement Type and Ratio on the Fatigue Performance of PLA Matrix Polymer Composites Produced by Additive Manufacturing

Şaban Murat Ünlü(ERCİYES ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ)0000-0001-6709-2569
Ömer Barışkan Yasan(ERCİYES ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ)0000-0002-5344-1198
Abdullah Göçer(ERCİYES ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ)0000-0002-2180-9349
Sayfa
999–1009
Yayın Tarihi
2025-12-31
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

En yüksek yorulma ömrü performansı, % 1 oranında NC içeren numunelerde gözlemlenmiştir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışmada, PLA ve % 5, 10 ve 15 karbon fiber (CF), ve % 1, 3 ve 5 nano kil (NK) ile takviyelendirilmiş PLA kompozit filamantlerden eklemeli imalat yöntemiyle üretilen malzemelerin yorulma davranışları incelenmiştir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Dönel eğilmeli test sisteminin standardına uygun olarak basılan yorulma numuneleri, farklı gerilme genliklerinde test edilerek malzemelerin yorulma ömürleri elde edilmiştir.
💡
Sonuç & Katkı:En yüksek yorulma ömrü performansı, % 1 oranında NC içeren numunelerde gözlemlenmiştir.
🔬Tür:Deneysel Tarla Denemesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Eklemeli İmalat · Polimer Kompozit · PLA

Özet

Bu çalışmada, PLA ve % 5, 10 ve 15 karbon fiber (CF), ve % 1, 3 ve 5 nano kil (NK) ile takviyelendirilmiş PLA kompozit filamantlerden eklemeli imalat yöntemiyle üretilen malzemelerin yorulma davranışları incelenmiştir. Dönel eğilmeli test sisteminin standardına uygun olarak basılan yorulma numuneleri, farklı gerilme genliklerinde test edilerek malzemelerin yorulma ömürleri elde edilmiştir. Bu değerler ile saf PLA’nın S-N grafiği oluşturulmuştur. Takviyeli kompozitlerden elde edilen numunelere ise tek bir yük değerinde (125 gr) testler uygulanmış ve saf PLA’nın aynı yük değerindeki yorulma ömrü ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, % 1 NK takviyeli kompozitte saf PLA’ya göre yorulma ömründe artış olduğunu göstermiştir. NC takviyesi % 3 ve % 5 olan malzemelerde yorulma ömrü saf PLA’nın altında kalmıştır. CF takviyeli malzemelerin yorulma ömürleri ise tüm takviye oranlarında saf PLA’nın altında kalmıştır. Hem NK hem de CF takviyeli malzemelerde yorulma ömrü takviye oranının artması ile düşmüştür. En yüksek yorulma ömrü performansı, % 1 oranında NC içeren numunelerde gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlar malzemelerin çekme mukavemet değerleri ile örtüşmektedir. Kırılma yüzeylerinin SEM ile elde edilen görüntüleri, takviye elemanlarının ve miktarlarının yorulma hasar mekanizmalarının oluşumunu nasıl etkilediğini ortaya koymuştur.

Abstract

In this study, the fatigue behavior of materials produced by additive manufacturing from PLA composites reinforced with 5%, 10%, and 15% carbon fiber (CF) and 1%, 3%, and 5% nano-clay (NC) was investigated. Fatigue specimens were printed according to the standard of the rotary bending test system and tested at different stress amplitudes to determine the fatigue life of the materials. The S-N graph of pure PLA was created using these values. Tests were performed on specimens obtained from reinforced composites at a single load value (125 gr) and compared with the fatigue life of pure PLA at the same load value. The results showed an increase in fatigue life in the 1% NC reinforced composite compared to pure PLA. The fatigue life of materials with 3% and 5% NC reinforcement remained below that of pure PLA. The fatigue lives of CF-reinforced materials remained below that of pure PLA at all reinforcement ratios. The fatigue life decreased with increasing reinforcement ratio in both NC and CF-reinforced materials. The highest fatigue life performance was observed in specimens containing 1% NC. The results obtained are consistent with the tensile strength values of the materials. SEM images of the fracture surfaces revealed how the reinforcement elements and their quantities affected the formation of fatigue damage mechanisms.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Ünlü, Ş. M., Yasan, Ö. B., Göçer, A. (2025). Eklemeli İmalat ile Üretilen PLA Matrisli Polimer Kompozitlerde Takviye Tipi ve Oranının Yorulma Performansına Etkisinin İncelenmesi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, Cilt: 41 Sayı: 3, 999–1009. https://doi.org/10.65520/erciyesfen.1840103

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (42)

  1. Palanisamy, C., Raman, R. 2022. Additive manufacturing: a review on mechanical properties of polyjet and FDM printed parts. Polym. Bull., Vol. 79. Springer Berlin Heidelberg.
  2. Jafferson, J. M., Chatterjee, D. 2021. Materials Today: Proceedings A review on polymeric materials in additive manufacturing. Mater. Today Proc. 46:1349–1365.
  3. Attaran, M. 2017. The rise of 3-D printing: The advantages of additive manufacturing over traditional manufacturing. Bus. Horiz. 60:677–688.
  4. Jasiuk, I., Abueidda, D. W., Kozuch, C., Pang, S., Su, F. Y., Mckittrick, J. 2018. An Overview on Additive Manufacturing of Polymers. JOM. 70:275–283.
  5. Alghamdi, S. S., John, S., Choudhury, N. R., Dutta, N. K. 2021. Additive Manufacturing of Polymer Materials: Progress, Promise and Challenges. Polymers (Basel). 13:1–39.
  6. Chacón, J. M., Caminero, M. A., García-plaza, E., Núñez, P. J. 2017. Additive manufacturing of PLA structures using fused deposition modelling: Effect of process parameters on mechanical properties and their optimal selection. Mater. Des. 124:143–157.
  7. Stone, R., Chistopher, O., Idumah, I. 2023. Novel advancements in additive manufacturing of PLA: A review. Polym. Eng. Sci. 63:3189–3208.
  8. Ricardo Donate, Mario Monzón, and M. E. A.-D. 2020. Additive manufacturing of PLA - based sca ff olds intended for bone regeneration and strategies to improve their biological properties. De Gruyter. 20:571–599.
  9. Erbil, E. H. T. and H. Y. 2021. Extrusion-Based 3D Printing Applications of PLA Composites: A Review. Coatings. 11:1–42.
  10. José María Reverte, Miguel Ángel Caminero, J. M. C., Eustaquio García-Plaza, P. J. N. and J. P. B. 2020. Mechanical and Geometric Performance of PLA-Based Polymer Composites Processed by the Fused Filament Fabrication Additive Manufacturing Technique. Materials (Basel). 13:1–16.
  11. Caminero, M. Á.,, Jesús Miguel Chacón, E. G.-P., Pedro José Núñez, J. M. R. and J. P. B. 2019. Additive Manufacturing of PLA-Based Composites Using Fused Filament Fabrication: E ff ect of Graphene Nanoplatelet Reinforcement on Mechanical Properties, Dimensional Accuracy and Texture. Polymers (Basel). 11:1–22.
  12. Chan, M., Lau, K., Wong, T., Ho, M., Hui, D. 2011. Composites: Part B Mechanism of reinforcement in a nanoclay / polymer composite. Compos. Part B. 42:1708–1712.
  13. Rafiee, R., Shahzadi, R. 2019. Mechanical Properties of Nanoclay and Nanoclay Reinforced Polymers: A Review. Polym. Compos. 2019:431–445.
  14. Ismail, A. H. M., Al, F. M., Risby, O. M. S. 2022. On the enhancement of the fatigue fracture performance of polymer matrix composites by reinforcement with carbon nanotubes: a systematic review. Carbon Lett. 32:727–740.
  15. Gardi, I., Mishael, Y., Lindahl, M., Muro-pastor, A. M. 2023. Coagulation-flocculation of Microcystis aeruginosa by polymer-clay based composites. J. Clean. Prod. 394:136356.
  16. Li, A. J., Zhang, J. J., Zhang, F. Z., Li, L., Zhu, S. P., Yang, Y. H. 2020. Effects of fiber and matrix properties on the compressive strength of carbon fiber reinforced polymer composites. Xinxing Tan Cailiao/New Carbon Mater. 35:752–761.
  17. Bakis, C. E., Haluza, R. T., Bartolai, J., Kim, J. J., Timothy, W., Bakis, C. E., Haluza, R. T., Bartolai, J., Kim, J. J. 2019. Assessment of anisotropic mechanical properties of a 3D printed carbon whisker reinforced composite carbon whisker reinforced composite. Adv. Compos. Mater. 28:545–560.
  18. Seyed Hamid Reza Sanei, and D. P. 2020. 3D-Printed Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites: A Systematic Review. J. Compos. Sci. 4:1–23.
  19. Ekoi, E. J., Dickson, A. N., Dowling, D. P. 2021. Investigating the fatigue and mechanical behaviour of 3D printed woven and nonwoven continuous carbon fibre reinforced polymer ( CFRP ) composites. Compos. Part B. 212:108704.
  20. Zbigniew Oksiuta, Marek Jalbrzykowski, Joanna Mystkowska, and T. O. 2020. Mechanical and Thermal Properties of Polylactide (PLA) Composites Modified with Mg, Fe, and Polyethylene (PE) Additives. Polymers (Basel). 12:1–14.
  21. Lisa, A., Pruitt, L. A., Roy, A., Engineering, M., States, U. 2023. Fatigue of Polymers. Compr. Struct. Integr. doi:10.1016/B978-0-12-822944-6.00017-7.
  22. Ferreira, J. A. M., Borrego, L. P., Costa, J. D. M., Capela, C. 2013. Composites: Part B Fatigue behaviour of nanoclay reinforced epoxy resin composites. Compos. Part B. 52:286–291.
  23. Bakhshizade, A., Ghasemi-ghalebahman, A., Hajimousa, M. A. 2022. Effect of Nanoclay Filler on Fatigue Life of Natural Rubber / Styrene-Butadiene Blend. Adv. Polym. Technol. 2022:1–17.
  24. Kargar, E., Ghalebahman, A. G. 2023. Experimental investigation on fatigue life and tensile strength of carbon fiber ‑ reinforced PLA composites based on fused deposition modeling. Sci. Rep.:1–17. doi:10.1038/s41598-023-45046-x.
  25. Shanmugam, V., Das, O., Babu, K., Marimuthu, U., Veerasimman, A., Joel, D., Esmaeely, R., Hedenqvist, M. S., Ramakrishna, S., Berto, F. 2021. Fatigue behaviour of FDM-3D printed polymers, polymeric composites and architected cellular materials. Int. J. Fatigue. 143:106007.
  26. Alkabbanie, R., Aktas, B., Demircan, G., Yalcin, S. 2024. Short carbon fiber ‑ reinforced PLA composites: influence of 3D ‑ printing parameters on the mechanical and structural properties. Iran. Polym. J. 33:1065–1074.
  27. Sezer, H. K., Eren, O., Börklü, H. R., Eren, O. 2019. Additive manufacturing of carbon fiber reinforced plastic composites by fused deposition modelling: effect of fiber content and process parameters on mechanical properties. J. Fac. Eng. Archit. Gazi Univ. 2:663–674.
  28. Palanisamy, C., Raman, R. 2022. Additive manufacturing: a review on mechanical properties of polyjet and FDM printed parts. Polym. Bull., Vol. 79. Springer Berlin Heidelberg.
  29. Jafferson, J. M., Chatterjee, D. 2021. Materials Today: Proceedings A review on polymeric materials in additive manufacturing. Mater. Today Proc. 46:1349–1365.
  30. Attaran, M. 2017. The rise of 3-D printing: The advantages of additive manufacturing over traditional manufacturing. Bus. Horiz. 60:677–688.
  31. Alghamdi, S. S., John, S., Choudhury, N. R., Dutta, N. K. 2021. Additive Manufacturing of Polymer Materials: Progress, Promise and Challenges. Polymers (Basel). 13:1–39.
  32. Chacón, J. M., Caminero, M. A., García-plaza, E., Núñez, P. J. 2017. Additive manufacturing of PLA structures using fused deposition modelling: Effect of process parameters on mechanical properties and their optimal selection. Mater. Des. 124:143–157.
  33. Stone, R., Chistopher, O., Idumah, I. 2023. Novel advancements in additive manufacturing of PLA: A review. Polym. Eng. Sci. 63:3189–3208.
  34. Caminero, M. Á.,, Jesús Miguel Chacón, E. G.-P., Pedro José Núñez, J. M. R. and J. P. B. 2019. Additive Manufacturing of PLA-Based Composites Using Fused Filament Fabrication: E ff ect of Graphene Nanoplatelet Reinforcement on Mechanical Properties, Dimensional Accuracy and Texture. Polymers (Basel). 11:1–22.
  35. Chan, M., Lau, K., Wong, T., Ho, M., Hui, D. 2011. Composites: Part B Mechanism of reinforcement in a nanoclay / polymer composite. Compos. Part B. 42:1708–1712.
  36. Rafiee, R., Shahzadi, R. 2019. Mechanical Properties of Nanoclay and Nanoclay Reinforced Polymers: A Review. Polym. Compos. 2019:431–445.
  37. Ismail, A. H. M., Al, F. M., Risby, O. M. S. 2022. On the enhancement of the fatigue fracture performance of polymer matrix composites by reinforcement with carbon nanotubes: a systematic review. Carbon Lett. 32:727–740.
  38. Seyed Hamid Reza Sanei, and D. P. 2020. 3D-Printed Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites: A Systematic Review. J. Compos. Sci. 4:1–23.
  39. Ferreira, J. A. M., Borrego, L. P., Costa, J. D. M., Capela, C. 2013. Composites: Part B Fatigue behaviour of nanoclay reinforced epoxy resin composites. Compos. Part B. 52:286–291.
  40. Shanmugam, V., Das, O., Babu, K., Marimuthu, U., Veerasimman, A., Joel, D., Esmaeely, R., Hedenqvist, M. S., Ramakrishna, S., Berto, F. 2021. Fatigue behaviour of FDM-3D printed polymers, polymeric composites and architected cellular materials. Int. J. Fatigue. 143:106007.
  41. Alkabbanie, R., Aktas, B., Demircan, G., Yalcin, S. 2024. Short carbon fiber ‑ reinforced PLA composites: influence of 3D ‑ printing parameters on the mechanical and structural properties. Iran. Polym. J. 33:1065–1074.
  42. Sezer, H. K., Eren, O., Börklü, H. R., Eren, O. 2019. Additive manufacturing of carbon fiber reinforced plastic composites by fused deposition modelling: effect of fiber content and process parameters on mechanical properties. J. Fac. Eng. Archit. Gazi Univ. 2:663–674.