The functionality and sustainability structure of the ready-to-use innovative materials were compared with the existing materials, and literature studies were carried out by mentioning the importance of structural analysis such as topology optimization.

1. 1
EKLEMELİ İMALAT UYGULAMALARINDA FONKSİYONEL MALZEMELERİN
DEĞERLENDİRİLMESİ VE SÜRDÜRÜLEBİLİRLİĞİ
Lisans Öğrencisi Mustafa Süt
Düzce Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, İmalat Mühendisliği, Düzce, Türkiye
mustafasut96@gmail.com
Özet
Üretilmek istenen bir parçanın tasarımında ortaya çıkan kısıtlamaları ortadan kaldıran eklemeli imalat
teknolojisi, özgün malzeme yapısı ve hassas üretim sistemi ile yakın gelecekte büyük söz sahibi olacaktır.
Nitekim yapılan araştırmalar ışığında, envai çeşit malzemeler üretilmektedir. Özellikle savunma sanayii,
havacılık ve uzay, biyomedikal ve endüstri sahalarında ciddi yatırımlar yapılmakta ve ülkeler bazında her
geçen gün ar-ge atılımlarına destek verilmektedir. Üretilen parçalar üzerinde ki destek ağaçlarıher ne kadar
çıkarılmak istense de alternatif teknikler henüz bulunmadığından bu noktada ar-ge devam etmektedir. Bu
çalışmada eklemeli imalatta kullanılan metal ve plastik malzemeler incelenmiş, sektörde ki durumları
değerlendirilmiştir. Kullanıma hazır yenilikçi malzemelerin fonksiyonelliği ve sürdürülebilirlik yapısı
mevcut malzemeler ile kıyaslanmış, topoloji optimizasyonu gibi yapısal analizlerin önemine değinerek
literatür araştırmaları yapılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Eklemeli imalat, malzeme, 3b yazıcı, plastik, metal
EVALUATION AND SUSTAINABILITY OF FUNCTIONAL MATERIALS IN
ADDITIVE MANUFACTURING APPLICATIONS
Abstract
Additive manufacturing technology that eliminates the constraints in the design of a part to be manufactured
will have a big say in the near future with its unique material structure and precise production system. In
fact, in the light of the researches, various kinds of materials are produced. Particularly in the defense
industry, aviation and aerospace,biomedical and industrial fields, serious investments are made and R & D
initiatives are supported every day on the basis of countries. Although the support trees on the produced
parts are intended to be removed, R & D continues at this point since alternative techniques are not yet
available. In this study, metal and plastic materials used in additive manufacturing are examined and their
situation in the sector is evaluated. The functionality and sustainability structure of the ready-to-use
innovative materials were compared with the existing materials, and literature studies were carried out by
mentioning the importance of structural analysis such as topology optimization.
Keywords:Additive manufacturing, material, 3d printing, plastic, metal.
1. GİRİŞ
Eklemeli imalat alanında yeni teknolojiler ivme kazanarak gelişmektedir. Bulunduğumuz 21. Yy
dünyasında bu tarz teknolojilerin gelişimi ve adaptasyon sürecipekala süratli bir şekilde gerçekleşmektedir.
Özellikle ürün elde edilmesi için ehemmiyeti göz ardı edilmeyen imalat prosesi yeniden şekillenmektedir.
Nitekim savunma sanayii, havacılık ve uzay, medikal gibi yüksek hassasiyet ürün kalitesi ve malzeme
fonksiyonelliğini içinde barındıran alanlar, eklemeli imalatın başını çekmektedir. Geleneksel yöntemlerin
dışına çıkan bu teknoloji, katmanlı imalat veya additive manufacturing olarak ta dillere pelesenk olmuş
vaziyettedir. Dünya genelinde bu zamana dek kullanılagelen plastik polimer ve hafif metal malzemelerin

2. gelişiminde fevkalade yenilikler olmaktadır. Biyo yazıcılar adı verilen özel 3d yazıcılar ise tıp alanında bir
devrim niteliğindedir. Yakın zamana kadar çözümü bulunamayan ve yıllarca üzerinde kafa yorulan sorunlar,
eklemeli imalat ile kendi boyunu aşan bir karaktere bürünmektedir. Elde edilen veriler ışığında geçmiş ile
gelecek harmanlanmakta ve dünya genelinde insanlık yararına elmas niteliğinde işler yapılmaktadır. Bu
çalışmada additive manufacturing alanında yapılmış özgün malzeme karakteristiklere incelenecek, topoloji
optimizasyonu ve sonlu elemanlar analizi ile yapısal analiz destekleri irdelenecek ve literatürde yapılan
çalışmalar ve malzeme yapılarına değinilecektir.
2. MATERYAL VE METOD
Talaşlı imalat, döküm ve kalıp ile imalat gibi konvansiyonel yöntemlerin prensibine zıt hareket eden bu
teknoloji, zaman, malzeme, işçilik ve hızlı prototip gibi ehemmiyet arz eden alanlarda iyi performans
sergilemektedir. Haliyle kullanılan malzemenin yapısı ve matris çeperleri üzerinde farklı çalışmalar
yapılmaktadır. Parçanın üretime girmeden önce numune niteliğinde ana mihenk taşını oluşturan eklemeli
imalat, karakteristik özelliklerinin yanı sıra, sonlu elemanlar yöntemi ile farklı analizler yaparak bir adım
daha avantaj sağlamaktadır.
Kompleks, karmaşık veya yekpare formlarda olması fark etmeksizin, topoloji optimizasyonu ile de yine bir
avantaj sağlama durumu söz konusu olabilmektedir. Topoloji optimizasyonu, sınırlı bir hacim içerisinde
üzerindeki yük ve çevresel koşul parametreleri ile optimum bir tasarım üretme amacıyla oluşturulmuş bir
analiz eklenti programıdır [1]. Nitekim FDM ve SLM teknolojisi kullanılan polimer ve metalik tezgahlarda,
kullanılacağı şartlara göre çözümler sunmaktadır.
2.1. FDM Yöntemi ( Fused Deposition Modeling )
Eriyik yığma veya yıkıcı tasarım adı verilen bu yöntem, 3b yazıcıların hayatımıza girmesiyle adını duyuran
ilk polimer bazlı üretim yöntemidir [2]. FDM yönteminde, basılacak olan parçanın malzemesine göre bir
makara halinde filament veya granül halinde polimer bazlı plastik ham madde hazır bulunur. Hammaddenin
izlediği yol ile baskı yapacak nozul başlığına iletilir ve burada 180-220 C sıcaklığında ki memede jel
kıvamına gelerek camsı tabla üzerine eriyik yığma yaparak tasarım gerçekleşir. Burada tabla sıcaklığının
60-80 C arasında olduğu ve ilerleme hızının optimum düzeyde olduğu bir üretim gerçekleştirilmelidir [3].
Şekil 1. FDM yönteminin çalışma mantığı [4]

3. 3
Şekil 5. 3b yazıcı üretiminde kullanılan bazı malzemeler [5]
FDM yönteminde teknolojinin gelişmesiyle birçok farklı malzeme üretimi ve kullanımı ortaya çıkmıştır.
Yaklaşık 30 senedir kullanılan bu teknolojinin yeni yeni evlerimize girmesinin sebebi ise şu an da metal,
seramik, karbon fiber, kompozit ve farklı elyaf malzemelerin kullanılmasıdır. FDM teknolojisinde
profesyonel olarak kullanılan malzeme ve yapıları ise şu şekildedir:
2.1.1. ABS : Plastik endüstrisinde sıklıkla kullanılan, benzin türevi bir termoplastik polimeridir. Uygun
fiyatlı prototip ve son ürün için gayet iyidir. İyi mekanik ve kimyasak dayanım özellikleri mevcuttur. Ayrıca
rahatlıkla zımparalanabilir ve boyanabilir.
2.1.2. PLA : Prototipleme ve özel üretim amaçlı 3D baskı uygulamalarında kullanılan , organik olarak
üretilen bir termoplastik polimerdir. Uygun fiyatı, kolay üretilebilirliği ve iyi sertlik özelliğiyle
prototiplemede sıklıkla tercih edilen malzemedir.
2.1.3. PC ABS : Abs ve PC malzemelerin teknik özelliklerini tek bir üründe birleştirilmek amacıyla
üretilmiş bir termoplastik ‘’ kompozittir ‘’. Çok iyi mekanik dayanım özellikleri ve sıcaklık, UV,
kimyasallar vb. bir çok faktöre karşı gösterdiği direnç sayesinde sıklıkla tercih edilir.
2.1.4. ABS+ : 3d baskı ve plastik enjeksiyon uygulamalarında sıklıkla kullanılan, PC malzemesi ile
güçlendirilmiş ABS temelli bir termoplastik malzemedir. Darbe dayanımı ölçüsel kararlılık özelliği ve
iyileştirilmiş termal ve mekanik dayanım özellikleriyle uygun fiyatlı ve kaliteli 3d baskı için gayet iyi bir
üründür.
2.1.5. TPU : Plastik ve kauçuk malzemelerin özelliklerini aynı anda taşıyan, endüstriyel uygulamalar için
mükemmel özellik gösteren bir termoplastiktir. Özellikle esneklik ve dayanım gerektiren bir prototipleme
ve son ürün üretimlerinde sıklıkla kullanılır.
2.16. PEEK : Bu malzeme yüksek performans sergileyen bir yarı kristalin mühendislik termoplastiğidir.
Gıda temasıaçısından FDMonaylı bir üründür. Çok yüksek sıcaklık direncini mükemmel dayanım ve sertlik
özellikleriyle birlikte verir. Kimyasal direnci sayesinde aşındırıcı ortamlarda kullanılabilir ve medikal
uygulamalar için sterilizasyona uygundur.
Bu polimer malzemelerin dışında yeni yeni kullanılmaya başlayan ve performans açısından gayet iyi
sonuçlar veren malzemeler ise; ULTEM, PC, PP, PA12 ve Reçine türevleridir [6].

4. Aşağıda ki tabloda ise birkaç özelliğine değinilen malzemelerin kritik nihai özellikleri gösterilmektedir:
Tablo 1. FDM ile imalatta sıklıkla kullanılan polimer bazlı malzemeler ve özellikleri [7]
2.2. Farklı Türdeki Malzemelerin yük ve Çarpıntı Analizleri
Eklemeli imalatın sunduğu bir çok avantaj günümüzde kolaylık sağlamaktadır. Gelecekte ise hayatımızın
vazgeçilmez parçası olan bu teknoloji; metalik, kompozit, elyaf, seramik ve insan hücresel dokuları gibi
takviye elemanları ile de üretim mümkün hale gelecektir. Keza bu malzemeler henüz pahalı olsa da Simufact
Additive veya farklı analiz programlarında çarpıntılarına, dayanımlarına, elastikiyet modüllerini vb. gibi
nihai özelliklerini yakından inceleme şansı bulunmaktadır [8].
3. TASARIM VE ÜRÜN ANALİZİ
Örnek parça olarak biyel kolu tasarlanmıştır. Biyel kolu, otomobiller de krank milinden aldığı dairesel
hareketi piston-silindir mekanizmasına ileterek lineer bir harekete çeviren bağlantı elemanıdır. 180 km/h ile
giden bir araçta, dakikada 6000 kez emme ve basma yapıldığı düşünülürse burada biyel kolunun işlevi
ehemmiyet arz etmektedir. Tasarım ve analiz Solidworks 2018 CAD programında yapılmıştır.
Şekil 6. Biyel kolunun katı model tasarımı
Malzeme Çekme Dayanımı Kopma Uzaması Elastiklik modülü
ABS 30.4 MPa %11 1.05 GPa
PLA 24.1 MPa %2.2 3150 MPa
PC-ABS 36.8 MPa %8.5 1.27 GPa
ABS+ 32.6 MPa %4.87 1.85 GPa
TPU 8.6 MPa %580 -
PEEK 99.9 MPa %9.1 3738 MPa

5. 5
Çalışmada verilen malzeme özelliği paslanmaz dövme çelik[12] olmakla birlikte farklı mukavim değerleri
tespit edilmiş olup, hassas değer ve ölçüler ile analizi yapılmıştır. Esas itibariyle çekme ve basma
gerilmesine maruz kalan biyel kolu, motorun aşırı çalışması altında gayet muntazam bir duruş sergilemesi
gerekmektedir. Farklı tork ve basınçlara da maruz kaldığı için uygulanan değerler aşağıdaki Tablo 3’te
gösterilmiştir.
Şekil 7. Küçük Rot Başının Sonlu Elemanlara Ayrılması ( basma kuvveti ve basınç yüküne maruz
bırakılmıştır.)
Şekil 8. Vida Bağlantı Bölgesi Ve Sabit Geometri Konumu
4. SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ
Parçanın küçük başlık yuvasına 50 kN’luk bir basma gerilmesi uygulanmıştır. Biyel kolunun krank mili ile
bağlantı yaptığı ayaklardan sabit geometri yapılmış olup vida yuvalarına 10,5mm baş çapı ve 7 mm’lik
nominal çap değerinde yapay vida eklenmiştir. Kolun bir nevi mafsalgörevi de gördüğünden dolayı yuva
başlarına 11 N.m’lik bir tork kuvveti de uygulanmıştır. Ayrıca küçük rot başına ek olarak 50 Mpa
değerinde bir yayılı yük basınç kuvveti de uygulanmıştır. Aşağıdaki şekillerde yapı analizleri ve
simülasyon değerlendrmeleri yer almaktadır.

6. Şekil 9. Parça Etüdünün başlatılması
Şekil 10. BiyelKolunun Statik Yük Altında Von Misses Gerilmesi Ve Yüzey Üzerindeki Dağılımı

7. 7
Şekil 11. Parçaya ait Mesh Detay Tablosu
Şekil 12. Biyel Kolunun 0,27 Kümülatif Faktörü Altında Yırtılma Eğrilerinin Gösterilmesi ( Yorulma
Denetimi )
Şekil 10’da biyel kolunun sonlu elemanlara ayrılmasıyla birlikte parça üzerindeki von-misses
gerilmeleri görülmektedir. Biyel kolunun küçük rot başından 50 kN değerinde kuvvet uygulanmış
ve rot başı ile kavramalar arasında gerilim maksimum değerde ortaya çıkmıştır. Parça üzerinde
0,9825 Mpa ile 0,04527 Mpa arası bir maksimum-minimum değer ölçütü meydana gelmiştir. Von
misses gerilmesi sonucu parça akma sınırını geçmiş ve gözle görülür bir kopma veya kırılmaya
sebep olmuştur.
SONUÇLAR
1. Biyel kolu yapısal tasarımı, 50 kN’luk statik yük altında gösterdiği değerler sonucunda; 0,98 Mpa
ile 0,04 Mpa değeri arasında değişim göstermektedir. En yüksek von-misses gerilim değeri olan
0,98 Mpa küçük rot başının y ekseniçizgisinde slot kenarlarında kırılmalara neden olmaktadır. Vida

8. bağlantı noktaları ise akma noktasının altında kalarak gayet sağlıklı sonuçlar vermektedir. Piston
hareketiile yapacağıy eksenindeki hareketsonrasında, dönme hareketinin artmasıyla biyel kolunda
hasar tespit edilmiştir. Dövme çeliğin daha sağlam bir malzeme ile yer değiştirmesi, akma sınırını
yakalayıp üzerine çıkmamasına sebep olacaktır.
2. Metal eklemeli imalatta üretildiği varsayılan biyel tasarımının, dövme çelik gibi bir
malzemeden imal edilmesi düşünülmüş olup, normal döküm veya dövmeye göre yakın bir
sonuç ortaya çıkmaktadır.
3. Nitekim sinterleme ile üretimi yapılan malzemeler, 0.01-0.001 mikron seviyelerinde
olmaktadır. Bu netice itibariyle aralarında ki kovalent bağların dokusu, hem birbirine daha
kuvvetle çekim yapmakta, hemde zıt kutupların işlevini yerine getirmektedir.
4. Yapılan modelleme ve analiz sonuçlarında emniyet ve kalite faktörü ön planda tutularak mecut
simülasyon gerçekleştirilmiştir. Bu çerçevede parçanın güçlendirilmesi için emniyet değerlerinin
düzeltilmesi, çalışma koşullarında meydana gelebilecek hasar ve kazaların önlenmesi sebebiyle
parça optimizasyonu yapılarak bunların önüne geçilecektir.
5. Eklemeli imalat ile üretilen polimer bazlı parçalar, kullanılacağı alana göre değişiklik
gösterdiğinden ötürü, her yerde de bu türk imalatın yapılması risk doğurabilmektedir.
KAYNAKÇA
[1] Prof. Dr. İsmet KARACA Topoloji Ders Notları, Ege Üniversitesi,2013
[2] Fused Deposition Modeling (FDM). http://www.custompartnet.com/wu/fused-deposition-modeling.
Accessed September 2,2018
[3] Çelik İ, Karakoç F, Çakır MK, and Duysak A. Rapid prototypıng technologıes and applıcatıon areas.
DPÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 2013;(31):53-70.
[4] Fused Deposition Modeling (FDM). http://www.custompartnet.com/wu/fused-deposition-modeling.
Accessed September 2,2018.
[5] https://arti90.com/3d-baski-hizmeti/
[6] https://www.tridi.co/3d-baski-fdm
[7] https://www.stratasys.com/materials
[8] https://www.simufact.com/simufact-additive.html
[9] Kaya, T. 2012. “Biyel Optimizasyonu,” Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü