Fotopolimerizasyon yöntemiyle imal edilen nanopartikül takviyeli kompozitlerin mekaniz özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of nanoparticle-reinforced composites manufactured by the photopolymerization method
- Tez No: 1005956
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİS YURDDAŞKAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Eklemeli imalat yöntemi, son yıllarda yüksek hassasiyetli ve kalıba ihtiyaç duymaksızın üretim yapabilme kabiliyeti ile sektör içindeki kullanımını hızla arttırmış olup, özellikle diş hekimliği, biyomedikal uygulamalar, endüstriyel prototipleme, savunma sanayi ve havacılık gibi birçok sektörde geniş uygulama alanına ulaşmıştır. Bu yöntemlerden biri olan fotopolimerizasyon, fotopolimer reçinenin UV ışık ile kürlenme prensibiyle çalışmakta ve yüksek ölçüsel hassasiyet ile üstün yüzey kalitesi sunmaktadır. Ancak, yüksek hacimli üretimlerde yavaş üretim hızı, ardıl işlem gereksinimi, tezgah boyutlarının sınırlı olması ve geleneksel üretim yöntemlerine kıyasla nihai ürünlerin mekanik özelliklerinin sınırlı kalması gibi dezavantajlar, teknolojinin sektörel büyümesinin önündeki önemli engelleri oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında, Digital Light Processing (DLP) yöntemiyle üretilen parçaların mekanik özellikleri, nanopartikül takviyesi ile geliştirilerek teknolojinin mevcut dezavantajlarının giderilmesine katkı sağlanması hedeflenmiştir. Literatür taraması sonuçlarına göre, fotopolimer reçinelerin mekanik özelliklerini iyileştirmek için silika (SiO₂), alümina (Al₂O₃), titanyum dioksit (TiO₂), karbon nanotüp (CNT), grafen ve zirkonyum oksit (ZrO₂) gibi birçok nanopartikül üzerinde çalışmalar yürütülmüştür. Özellikle ZrO₂ nanopartikülleri, yüksek sertlik, aşınma direnci, kimyasal kararlılık ve biyouyumluluk gibi üstün özellikleri sayesinde fotopolimer reçinelerin mekanik performansını iyileştirmede büyük potansiyele sahiptir. Mevcut literatürde, ZrO₂ ile ilgili çalışmalar çoğunlukla biyomedikal ve dental uygulamalara odaklanmış olup, mühendislik ölçekli uygulamalar için yeterli araştırma bulunmamaktadır. Bu çalışma ile, ZrO₂ nanopartikül katkısının mekanik özellikler üzerindeki etkisi incelenerek, teknolojinin mühendislik uygulamalarında sahip olduğu potansiyelin ortaya konulması ve bu alandaki bilgi boşluğunun doldurulması amaçlanmıştır. Diğer önemli bir nokta ise nanopartikül katkı oranının mekanik özellikler üzerinde doğrudan etkili olmasıdır. Bu doğrultuda, bu tez çalışmasında katkı oranları ağırlıkça %0,5, %1 ve %2 belirlenerek ASTM standartlarına uygun numune üretimi yapılmış olup, numunelere çekme, üç nokta eğme, charpy, sertlik ve pin on disk aşınma testleri uygulanmıştır. Bu testler ile ZrO2'nin farklı karışım oranlarında mekanik özelliklere etkisi kapsamlı olarak incelenmiştir. Mekanik test sonuçları genel olarak incelendiğinde, %1 nanopartikül katkı oranının malzeme performansı açısından en uygun oran olduğu görülmüştür. Çekme ve eğilme testlerinde çekme gerilmesi, elastisite modülü, eğilme gerilmesi ve eğilme modülü değerleri %1 katkı oranında en yüksek seviyeye ulaşmış, katkı oranının %2'ye çıkarılmasıyla birlikte bu değerlerde gerileme gözlemlenmiştir. Buna karşın, yüzde birim uzama değeri %0,5 katkı oranında en yüksek seviyeye ulaşmış, katkı oranının artmasıyla malzemenin daha gevrek bir davranış sergilediği belirlenmiştir. Darbe dayanımı açısından en yüksek darbe dayanım 65kJ/m2 ile %1 katkı oranında elde edilirken, katkısız numunenin darbe dayanımı 31,3kJ/m2 olarak ölçülmüştür. Aşınma testleri sonucunda nanopartikül ilavesinin sürtünme katsayısını düşürdüğü, buna bağlı olarak aşınma derinliği ve aşınma hacmini artırdığı tespit edilmiştir. %0,5 katkı oranında en iyi aşınma performansı görülmüştür. Sertlik ölçümlerinde ise katkı oranı arttıkça sertlik değerlerinde sınırlı bir artış gözlenmiş ve en yüksek sertlik %1 katkı oranında elde edilmiştir. Sonuçların birbirine oldukça yakın olması anlamlı bir etki olmadığını göstermiştir. Genel olarak, nanopartikül ilavesinin mekanik özellikleri olumlu yönde etkilediği, ancak yüksek katkı oranlarının aglomerasyon ve homojen dağılımın probleminin ortaya çıkması ile performans düşüşüne yol açtığı sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Additive manufacturing has rapidly expanded its industrial applications in recent years due to its ability to produce high-precision parts without the need for molds. It has found widespread use in various fields such as dentistry, biomedical applications, industrial prototyping, defense industry, and aerospace. Among these methods, photopolymerization operates based on the curing of photopolymer resin using UV light and offers high dimensional accuracy along with superior surface quality. However, disadvantages such as low production speed in high-volume manufacturing, the need for post-processing, limitations in build volume, and relatively limited mechanical properties of final products compared to conventional manufacturing methods constitute significant barriers to the widespread industrial adoption of this technology. In this thesis, it is aimed to enhance the mechanical properties of parts produced by the Digital Light Processing (DLP) method through nanoparticle reinforcement, thereby contributing to overcoming the existing limitations of the technology. According to the literature review, various nanoparticles such as silica (SiO₂), alumina (Al₂O₃), titanium dioxide (TiO₂), carbon nanotubes (CNTs), graphene, and zirconium oxide (ZrO₂) have been investigated to improve the mechanical properties of photopolymer resins. Among these, ZrO₂ nanoparticles exhibit significant potential for enhancing mechanical performance due to their high hardness, wear resistance, chemical stability, and biocompatibility. Existing studies on ZrO₂-reinforced photopolymer resins have predominantly focused on biomedical and dental applications, while research addressing engineering-scale applications remains limited. This study aims to investigate the effects of ZrO₂ nanoparticle reinforcement on mechanical properties and to reveal the potential of this technology for engineering applications, thereby contributing to filling the existing gap in the literature. Another important factor affecting mechanical performance is the nanoparticle reinforcement ratio. Accordingly, in this study, reinforcement ratios of 0.5 wt.%, 1 wt.%, and 2 wt.% were selected, and test specimens were produced in accordance with ASTM standards. Tensile, three-point bending, Charpy impact, hardness, and pin-on-disk wear tests were applied to the specimens to comprehensively evaluate the effect of ZrO₂ at different reinforcement ratios on mechanical properties. Overall evaluation of the mechanical test results indicated that a 1 wt.% nanoparticle reinforcement ratio is the most optimal composition in terms of material performance. Tensile strength, elastic modulus, flexural strength, and flexural modulus reached their maximum values at 1 wt.% reinforcement, while a decline in these properties was observed when the reinforcement ratio was increased to 2 wt.%. In contrast, the highest elongation at break was obtained at 0.5 wt.% reinforcement, and an increase in nanoparticle content led to a more brittle material behavior. In terms of impact resistance, the highest impact strength was achieved at 1 wt.% reinforcement with a value of 65 kJ/m², whereas the unreinforced specimens exhibited an impact strength of 31.3 kJ/m². Wear test results demonstrated that nanoparticle addition reduced the coefficient of friction; however, it also led to increased wear depth and wear volume. The best wear performance was observed at a reinforcement ratio of 0.5 wt.%. Hardness measurements showed a slight increase with increasing reinforcement ratio, with the highest hardness value obtained at 1 wt.% reinforcement. However, the close proximity of the hardness values indicates that the effect of nanoparticle addition on hardness was not statistically significant. In general, it was concluded that nanoparticle reinforcement positively influences the mechanical properties of photopolymer resins; however, excessive reinforcement ratios result in performance degradation due to agglomeration and non-homogeneous particle distribution.
Benzer Tezler
- Fotopolimerizasyon yöntemiyle polisiklohegzan oksit/montmorillonit nanokompozitinin hazırlanması
Preparation of poly(cyclohexeneoxide)/montmorillonite nanocomposites via photopolymerization method
IŞIL BAYRAM SARIKEÇE
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
KimyaÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYHAN ORAL
- Fotopolimerizasyon yöntemiyle cam elyaf takviyeli doymamış polyester matrisli kompozitlerin üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Production of glass fiber reinforced unsaturated polyester matrix composites via photopolymerization and investigation of their mechanical properties
SERHAT DURAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN
- İn-situ fotopolimerizasyon yöntemiyle gümüş nanoparçacık/polimer nanokompozit malzemelerin hazırlanması: Gümüş ayna
In-situ preparation of nano silver /polymer nanocomposite thin films by photopolymerization method: Silver mirror
MELİSA ADIBELLİ
- Selüloz esaslı nanokompozitlerin 2. tip fotopolimerizasyon yöntemiyle hazırlanması
Preperation of cellulose based nanocomposites by type ii photopolymerization
GENCAY CANTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDA BEKİN AÇAR
- Production of multifunctional nanoparticle-reinforced polymer composite surfaces by photopolymerization method and investigation of performance characteristics
Fotopolimerizasyon yöntemiyle nanopartikül takviyeli multifonksiyonel polimer kompozit yüzeylerin üretimi ve performans özelliklerinin araştırılması
NADİYE MERVE AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Mühendislik BilimleriAdana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKAN ÖZKAN