Eklemeli imalat ve plastik enjeksiyon ile üretilmiş bir otobüs yolcu koltuğu arka tutamağının karşılaştırmalı yorulma testi analizi

Abstract

Tez çalışması kapsamında eklemeli imalat teknolojilerinin tasarım doğrulama süreçlerinde ve ürün yaşam çevrimi boyunca geleneksel plastik enjeksiyon metoduna alternatif olarak kullanılabilirliği irdelenmiştir. Bu kapsamda Polipropilen (PP) malzemeden hem Eriyik Biriktirmeli Modelleme (FDM) eklemeli imalat metodu ile hem de plastik enjeksiyon metodu ile üretilen yolcu otobüs koltuğu arkalık tutamağı tasarımı üzerinde fiziksel yorulma testleri gerçekleştirilmiştir. Tutamağın üretileceği eklemeli imalat parametrelerinin belirlenmesi amacıyla 5 farklı doluluk oranı ve desen yönelim açısında test numuneleri üretilmiş olup çekme testi ve üç noktadan eğilme testleri uygulanmıştır. Elde edilen test sonuçları %100 doluluk oranına sahip örneklem grubunun, kendisine en yakın değerlerin elde edildiği %75 doluluk oranına sahip 90° desen yönelim açısına sahip numunelerden, elastisite modülü açısından %22, akma dayanımı açısından %26, çekme dayanımı açısından ise %24 daha yüksek değerler gösterdiği görülmüştür. Üç noktadan eğilme testleri sonuçlarına göre ise %100 doluluk oranına sahip örneklem grubu, kendisine en yakın mekanik performans değerlerini veren %50 doluluk oranına ve 45° desen yönelim açısına sahip örneklem grubundan eğilme modülü açısından %11, eğilme dayanımı açısından ise %9 daha yüksek değerler vermiştir. Bu nedenle yorulma testinde kullanılacak eklemeli imalat parametreleri için %100 doluluk oranına sahip örneklem grubu parametreleri tercih edilmiştir. Hem plastik enjeksiyon ile üretilen hem de eklemeli imalat metodu ile üretilen tutamak numuneleri üzerinde yapılan fiziksel yorulma testlerinde herhangi bir deformasyon başlangıcına rastlanmamıştır. Eklemeli imalat metodu için gerçekleştirilen sanal yorulma analizinde elde edilen sonuçlar ile de fiziksel test sonuçları doğrulanmıştır. Plastik enjeksiyon metodu için mekanik özellikler daha yüksek olduğundan enjeksiyon metodu için sanal analiz modeli kurulmasına gerek duyulmamıştır.This thesis investigates the feasibility of using additive manufacturing technologies as an alternative to the conventional plastic injection molding method in design verification processes and throughout the product life cycle. Specifically, physical fatigue tests were conducted on a commercial coach seat backrest handle design, fabricated from polypropylene (PP) using both Fused Deposition Modeling (FDM) and plastic injection molding techniques. Test samples were produced at five different infill rates and pattern orientation angles. Tensile and three-point bending tests were performed to determine the optimal additive manufacturing parameters for handle production. The test results indicate that samples with a 100% infill rate exhibited superior mechanical properties, showing a 22% higher modulus of elasticity, a 26% higher yield stress, and a 24% higher tensile stress compared to samples with a 75% infill rate and a 90° pattern orientation angle—the latter having the closest values to the 100% infill rate group. Similarly, the three-point bending tests revealed that samples with a 100% infill rate demonstrated an 11% higher bending modulus and a 9% higher bending stress than those with a 50% infill rate and a 45° pattern orientation angle, which provided the closest mechanical performance. Consequently, the additive manufacturing parameters for the fatigue test were set based on the 100% infill rate samples. The fatigue tests showed no deformation initiation in either plastic-injected or additively manufactured handles. This finding is corroborated by virtual fatigue analysis results for the additively manufactured model. An additional virtual analysis for the injected handle was deemed unnecessary, given its superior mechanical properties compared to the additively manufactured counterpart.