The act of additive manufacturing (AM) entails layer by layer creation of a layered
structure from the ground up. This competence allows for a sophisticated design to be
carried out with geometries that are sometimes impossible to achieve and materialize
with conventional manufacturing methods such as subtractive manufacturing,
molding, foaming, etc. Fused filament fabrication (FFF) or sometimes addressed as
fused deposition modeling (FDM) is among the AM methods which couples well with
manufacturing composite materials. Fabricated composite materials using FFF has
proven to be particularly useful in a plethora of industries, namely in the aerospace
and aeronautics, automotive industry, therapeutic apparatuses, and sports goods. In
general, invented parts with FFF method have excellent mechanical properties which
make them worthy of further study. Performance under tensile tension and flexural
(bending) tensions are particularly significant in composite materials. Therefore, a
thorough finite element modeling (FEM) on tensile and flexural behavior of FFF
fabricated continuous carbon fiber specimen in the COMSOL multi-physics®
environment is executed while using layered shell elements to express the properties
in a layered structure. The results gathered from the FEM was compared to other
experimental and related empirical studies. Furthermore, the type of effects a
composite material might have on tensile properties such as infill ratio, infill pattern,
fiber content, layer orientation and stacking sequence will be put under scope. Based
on the results provided under this new study, the tensile and flexural simulated
specimen shown better maximum tensile and flexural capabilities, with 1490 [MPa]
and 1240 [MPa] Max stress, while the tensile model underwent the boundary load of
559.9 MPa and the flexural model went through 302.70 N at two points to simulate the
two-point flexure test.
ÖZ:
Eklemeli imalat (AM) uygulaması, bir numunenin sıfırdan katman katman
oluşturulmasını gerektirir. Bu yetenek, diğer geleneksel üretim yöntemleriyle bazen
oluşturulması imkansız olan geometrilerle karmaşık bir tasarımın gerçekleştirilmesine
olanak tanır. Erimiş filament üretimi (FFF), kompozit malzemelerle iyi eşleşen AM
yöntemleri arasındadır. FFF kullanan fabrikasyon kompozit malzemelerin, otomotiv
endüstrisi, havacılık, tıbbi cihazlar ve spor ürünleri gibi sayısız endüstride özellikle
yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Genel olarak, FFF yöntemiyle üretilmiş parçalar, onları
daha fazla çalışmaya değer kılan mükemmel mekanik özelliklere sahiptir. Gerilim
altındaki davranış ve eğilme gerilimleri kompozit malzemelerde özellikle önemlidir.
Bu nedenle, COMSOL çoklu fizik ortamında FFF ile üretilmiş sürekli karbon fiber
numunenin çekme ve eğilme davranışı üzerine kapsamlı bir sonlu eleman modellemesi
(FEM), katmanlı bir yapıdaki özellikleri ifade etmek için katmanlı kabuk elemanları
kullanılırken gerçekleştirilir. FEM'den elde edilen sonuçlar, diğer deneysel ve ilgili
ampirik çalışmalarla karşılaştırıldı. Ayrıca, dolgu oranı ve deseni, lif içeriği, katman
yönelimi ve istifleme sırası gibi bir kompozit malzemenin çekme özellikleri üzerindeki
etkilerinin türü de kapsam altına alınacaktır. Bu yeni çalışma kapsamında sağlanan
sonuçlara dayanarak, çekme modeli 559.9 MPa sınır yüküne maruz kalırken, çekme
ve eğilme simülasyonu numunesi, 1238 [MPa] ve 1652 [MPa] Maks stres ile daha iyi
maksimum çekme ve eğilme yetenekleri gösterdi. eğilme modeli, iki nokta eğilme
testini simüle etmek için iki noktada 302,70 N'den geçti.
