Shear induced fiber alignment and acoustic nanoparticle micropatterning during stereolithography
Stereolitografi sırasında kayma kaynaklı fiber oryantasyonu ve akustik nanoparçacık mikroşekillendirmesi
- Tez No: 403306
- Danışmanlar: Prof. YALING LIU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Lehigh University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Stereolitografi fotopolimer malzemelerin ışık kullanılarak katılaştırılması yöntemidir. Üretilen şekillerin çoğunluğu takviyesiz parçalardır. Parçaların malzeme özelliklerini iyileştirmekte fiber ve parçacık takviyeleri de kullanılmaktadır. Ancak, malzemelerin özellikleri fiberlerin oryantosyonuyla önemli ölçüde iyileştirilebilir. Bu çalışmanın ilk amacı, kayma kaynaklı kısa fiber oryantasyonu kullanılarak yazdırılmış kompozitlerin mekanik özelliklerinin arttırılmasıdır. İkinci amaçsa iletken parçacıkların akustik desenlemesiyle,gömülü iletken kabloların mikroşekillendirilmesidir. Geniş amplitüdlü osilasyon testinden esinlenen yanal osilasyon mekanizması kayma akışı oluşturmak üzere tasarlandı. Osilasyon mekanizmasını yazdırılmış duvar desenleriyle birleştiren yöntem, kayma akışını yönlendirerek fiberleri duvar yönünde hizalamaktadır. Geliştirilen yöntem kısa fiber takviyeli seramik ve kısa nanofiber takviyeli polimer üretiminde kullanıldı. Yazdırılmış duvarlar kısa fiberleri osilasyon yönünden 45°'ye kadar farklı doğrultularda hizalayabilmektedir. Seramik matrisinin eğilme mukavemeti fiber ilavesi ve oryantosyonuyla iyileştirildi. Alümina nanofiberleri, polimerik sıvı reçinede takviye olarak kullanıldı. Artan nanofiber içeriği ve oryantasyonu ile numunenin gerilme mukavemeti artırıldı. Stereolitografi sırasında akustik hizalama yoluyla iletken nanoparçacıkları yatay, 60° ve 120° paralel çizgiler halinde mikroyapılandırmak üzere altıgen akustik cımbız kullanıldı. Bakır, manyetit ve karbon fiber konsentrasyonun elektriksel direnç üzerindeki etkisi araştırıldı. Bakır desenler manyetit ve karbon fiber desenlerine kıyasla daha az elektriksel direnç gösterdi. Ayrıca, parçacık konsentrasyonun desen yüksekliğine etkisi araştırıldı ve veriler, z ekseni boyunca iletkenlik sağlamakta kullanıldı. Aynı yöntem, gömülü karmaşık kablo mikroşekillendirilmesinde kullanıldı.
Özet (Çeviri)
The stereolithograpy method, which consists of a light source to polymerize the liquid photocurable resin, can produce structures with complex shapes. Most of the produced structures are unreinforced neat pieces. The addition of reinforcement, such as fibers and particles are regularly utilized to improve mechanical properties and electrical conductivity of the printed parts. Added fibers might be chosen as short or continuous fibers and the properties of the reinforced composite materials can significantly be improved by aligning the fibers in preferred directions. The first aim of this work is to enhance the tensile and flexural strengths of the 3d printed composites by using shear induced alignment of short fibers. The second aim is to print parts with conductive embedded microstructures by utilizing acoustic patterning of conductive particles. Both aims are utilized during the stereolithography process. A lateral oscillation mechanism, which is inspired by large amplitude oscillatory shear test, was designed to generate shear flow. The alignment method, which combines the lateral oscillation mechanism with 3d printed wall patterns, is developed to utilized shear flow to align the fibers in the patterned wall direction. Shear rate amplitude, fiber concentration, and patterned wall angle were considered as parameters during this study. The stereolithography device incorporated with oscillation mechanism was utilized to produce short fiber reinforced ceramic composites and short nanofiber reinforced polymer composites. Nickel coated short carbon fibers, alumina and silica short fibers were used to reinforce the ceramic matrix with different fiber contents. The printed walls were demonstrated to align the short fibers parallel to the wall which was different from the oscillation direction up to 45°. The flexural strength of the ceramic matrix was improved with the addition and alignment of the short fibers. The alumina nanofibers were used as reinforcement in the photocurable polymer resin. The alumina nanofibers were treated with a silane coupling agent to improve interfacial bond between alumina fibers and polymer resin matrix. The aligned specimen demonstrated improvement in tensile strength with increasing nanowire content and their alignment. A hexagon shaped acoustic tweezer was incorporated into the sterelithography device to pattern conductive micro- and nanoparticles. This new approach for particle microstructuring via acoustic aligning during the stereolithography was used to produce embedded conductive microstructures in 3d printed parts. The acoustic tweezer was used to pattern the conductive particles into horizontal, 60°, and 120° parallel striped lines. The influence of the particle percentage content onto the electrical resistivity and thickness of the patterned line were also investigated for different materials such as copper, magnetite, and carbon fiber. The copper patterns show less resistance to electrical currents compare to magnetite and carbon nanofiber patterns. Additionally, the influence of the particles concentration to the height of the pattern was studied and the data was utilized to achieve conductivity along z-axis. Later, this approach was used to fabricate examples of embedded conductive complex 3D microstructures.
Benzer Tezler
- Induced crystalline fiber-like structure as reinforcement in PLA products through applied shear in injection molding
Enjeksiyon kalıplama işleminde uygulanan kesme yoluyla PLA ürünlerinde takviye olarak indüklenmiş kristal lif benzeri yapı
KERİM ERASLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- Experimental benchmarking and Saint-Venant type solutions of piezoelectric d15 shear and torsion transducers
Başlık çevirisi yok
PELİN BERİK
- Development of viscoelastic particle migration for microfluidic flow cytometry applications
Mikroakışkan akış sitometrisi uygulamarında viskoelastik parçacık hizalama tekniğinin geliştirilmesi
MURAT SERHATLIOĞLU
Doktora
İngilizce
2020
Biyofizikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR ELBÜKEN
- Jelkot kaplamaların polimer kompozitlerdeki hidrotermal ve ultraviyole ışın yaşlanmasına etkisi
The effect of gelcoats on hydrothermal and ultraviolet light induced aging of polymer composites
AKAR DOĞAN
Doktora
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUSUF ARMAN
- Fiber ile güçlendirilmiş kum zeminlerin statik yükler altındaki davranışları
Behavior of fiber reinforced sand under static loads
AHMAD DARVISHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYFER ERKEN