Malzeme ekstrüzyonuyla üretilmiş farklı baskı yönlerine sahip PLA parçalarının gerilme gevşemesi davranışının çekme ve eğilme testleriyle belirlenmesi

Abstract

Son yıllarda, çeşitli endüstrilerde eklemeli imalat teknolojisinin yaygın olarak kullanılması, 3B yazdırılmış polimerlerin gerilme gevşemesi davranışının incelenmesini parçaların mekanik bütünlüğünü koruyabilmesi açısından önemli olduğunu ortaya koymuştur. Zira metal malzemelerde sürünme ve gerilme davranışı nispeten yüksek gerilme ve sıcaklık mertebelerinde ortaya çıksa da polimelerde bu davranışa oda sıcaklığında ve düşük gerilmelerde dahi karşılaşılmaktadır. 3Büretilen polimerlerin sanki-statik mekanik özellikleri gibi zamana bağlı gerilme gevşeme davranışı da, kullanılan 3B baskı parametrelerinden etkilenmektedir. Bu nedenle, bu çalışma, PLA'nın çekme ve eğme yüklemeleri altında gerilme gevşeme davranışını incelemekte ve özellikle farklı dolgu yönlerinin bu davranışı nasıl etkilediğini araştırmaktadır. Bulgular, ±45°dolgu yöneliminin her iki yükleme tipinde diğer yönelimlere göre en az gevşemeye oranına sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, eğilme yüklemesinde tüm dolgu yönlerinde çekme yüklemsine göre daha yüksek gerilme gevşemesi olduğu tespit edilmiştir. Gerilme gevşemesi testlerinden elde edilen gerilme-zaman eğrileri Maxwell-Weichert modeline göre eğri uydurması gerçekleştirilerek, matematiksel modeldeki malzeme parameterleri her iki yükleme tipi ve tüm dolgu yönleri için elde edilmiştir. Tüm testler göz önüne alındığında PLA ‘nın gerilme gevşeme davranışını Maxwell-Weichert modeliyle tam olarak ifade edebilmek deneysel sürenin 750 saniyeden yüksek tutulması gerektiği, bunun yanında 20000 saniye üzerine uzatmanın gerekli olmadığı belirlenmiştir.

In recent years, the widespread use of additive manufacturing technology in various industries has highlighted the importance of investigating the stress relaxation behavior of 3D-printed polymers for maintaining the mechanical integrity of components. While creep and stress relaxation behavior in metal materials typically occur at relatively high stresses and temperatures, in polymers, such behavior is observed even at room temperature and low stresses. The time-dependent stress relaxation behavior of 3D-printed polymers, similar to quasi-static mechanical properties, is also influenced by the 3D printing parameters employed.Therefore, this study examines the stress relaxation behavior of PLA under tensile and bending loads, particularly investigating how different filler orientations affect this behavior. The findings indicate that the ±45° filler orientation has the least relaxation ratio compared to other orientations in both types of loading. Additionally, higher stress relaxation is observed in bending loading for all filler orientations compared to tensile loading. Stress-time curves obtained from stress relaxation tests are fitted to the Maxwell-Weichert model, and material parameters in the mathematical model are obtained for both types of loading and all filler orientations. Taking all tests into consideration, it is determined that experimental duration needs to be kept above 750 seconds to accurately express the stress relaxation behavior of PLA with the Maxwell-Weichert model, and extending it beyond 20,000 seconds is deemed unnecessary.