Coaxial additive manufacturing of continuous carbon fiber composites
Sürekli formda karbon fiber kullanılarak ortak merkezli 3 boyutlu kompozit basımı
- Tez No: 478689
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAHATTİN KOÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Eklemeli Üretim, günden güne gelişen, kompleks şekilleri tabaka tabaka, doğrudan bilgisayar destekli modellerden 3 Boyutlu (3B) yazıcılar ile basılmasını sağlayan bir teknolojidir. Eriyik yığma modelleme (FDM) tekniği, Eklemeli Üretim metodları içerisinde en çok kullanılan tekniklerden biridir. Fakat, termoplastik malzeme kullanılması ve mekanik özellikler olarak çok güçlü olmayışları nedeniyle, bu yöntemin kullanım alanları prototip oluşturulması olarak kısıtlanmıştır. Örneklerin mekanik özelliklerini iyileştirmek için ve kullanım alanlarını prototip oluşturulması amaçlı kullanımı dışında, daha aktif bir şekilde birçok alanda son ürün olarak kullanabilmek adına, 3B kompozit basım yöntemi kullanılabilir. Buna ek olarak, sürekli formda karbon fiber kullanılarak güçlendirilmiş termoplastik malzeme basımı sayesinde, mekanik olarak çok daha güçlü parçalar üretilebilir. Bu tez çalışması, sürekli formda karbon fiber filamenti ile güçlendirilmiş Polilaktik Asit (PLA) termoplastik polimer malzemesi ile kompozit basımı gerçekleştirerek, tek malzemeli basımlara göre mekanik olarak çok daha güçlü parçalar üretebilmeyi hedeflemektedir. Çalışmalar sırasında, malzemeleri güçlendirme amaçlı sürekli formda karbon fiber kulanımının, mekanik olarak etkisi incelenmiştir. İlk olarak, sürekli formda karbon fiberin ve PLA' in ayrı ayrı eklenebileceği basım kafası üretilmiştir ve 3 boyutlu basımlar bu geliştirilen basım kafası ile gerçekleştirilmiştir. Basımlar sonrasında çekme ve 3 nokta eğme testleri yapılmıştır. Ek olarak, sürekli formda karbon fiber ve PLA arasındaki bağlılığı ve yapışmayı arttırabilmek için, basım öncesi ön işlem olarak, oksijen plazma yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca, basım sonrası işlemi olarak, mikrodalga fırın kullanılarak, basılan numuneler arasındaki bağlanma gücü arttırılmaya çalışılmıştır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve optik mikroskop sayesinde basılan numunelerin görsel karakterizasyonu yapılmıştır. Yürütülen tez çalışması sonrasında elde edilen sonuçlar, sürekli formda karbon fiber ile güçlendirilmiş PLA kompozit basımının, güçlendirilmemiş PLA basımına göre mekanik olarak çok daha iyi sonuçlar verdiğini göstermektedir. Çalışmalar sırasında, karbon fiber ile basımlarda genel olarak karşılaşılan problem olarak, kompozit malzemelerin yapışma ve bağlanma sorunu gözlenmiştir. Bu problem, mekanik olarak çok güçlü bir artış görmemizi engellemiştir.
Özet (Çeviri)
Additive Manufacturing (AM) or 3D Printing, is an emerging technique which produces complex and detailed parts layer by layer. Fused deposition modelling (FDM) is one of the most commonly used AM technique due to its wide usage areas and its low cost. However, FDM applications are generally restricted to prototyping because the process is limited with certain thermoplastic polymers. The thermoplastics used in this process could be inadequate due to their weak mechanical properties. Parallel with the recent developments, there is an emerging need for mechanically stronger and durable parts to broaden the application areas of AM as a functional end-parts. To increase the mechanical performance and usability of the printed parts, composite printing can be used. With the inclusion of the continuous carbon fiber reinforcement to the thermoplastic polymers in a composite form, 3D printed parts could meet the needs by providing increase in the mechanical performance. This thesis aims to present FDM based coaxial additive manufacturing of continuous carbon fiber reinforced thermoplastic (PLA) composites for improving the mechanical properties of the 3D printed parts compared to pure thermoplastic materials. The effect of embedding continuous carbon fiber as a reinforcement and PLA, in the form of a pellet, as a thermoplastic matrix material is examined experimentally. A special coaxial nozzle, which supplies the continuous carbon fiber and PLA pellets separately, is developed for printing continuous carbon fiber reinforced thermoplastic composites. After the 3D printing process, the tensile and flexural (3-point bending) mechanical tests are conducted. Also, to improve the bonding of the continuous carbon fiber with the thermoplastic polymer, oxygen plasma, which is one of the surface treatment technique, is implemented as pre-processing operation. In addition, as a post-processing technique, a microwave post-processing is used to enhance the bonding of the printed samples and improve the mechanical properties. Scanning electron microscope (SEM) and optic microscope are used for the visual characterization of the printed composite samples. The results from the mechanical tests showed that continuous carbon fiber reinforced PLA composite resulted in higher tensile and flexure test values than pure PLA. However, adhesion problems were observed, which is one of the main problems with carbon fiber usage in 3D printing, and this limits the much more improved mechanical properties.
Benzer Tezler
- Modeling and additive manufacturing of multi-material structures
Cok malzemeli yapıların modellemesi ve katma imalatı
NAVID KHANI
Doktora
İngilizce
2017
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiSabancı ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAHATTİN KOÇ
- Aging heat treatment of additive manufacturing maraging steels in nitrogen containing atmospheres
Eklemeli imalat maraging çeliklerinin azot içeren atmosferdeki ısıl işlemi
DERYA ÇAKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Metalurji Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR ERTUĞRUL
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA SAFA YILMAZ
- Yönlendirilmiş enerji biriktirme yöntemiyle 316l üretimi parametre optimizasyonu
Parameter optimization of 316l production with directed energy deposition method
ORKUN TEKELİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA DIŞPINAR
- The effect of aging atmosphere on mechanical and corrosion properties of maraging steels produced by additive manufacturing
Eklemeli imalat yöntemiyle üretilen maraging çeliklerinin mekanik ve korozyon özelliklerine yaşlanma atmosferinin etkisi
İLKGÜL ÖKSÜZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ERTUĞRUL
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA SAFA YILMAZ
- Eriyik yığma modelleme ile üretilen polimerik hibrit stent tasarımı ve mekanik karakterizasyonu
Design and mechanical characterization of polymeric hybrid stent manufactured by fused deposition modeling
HAKAN BURÇİN ERDOĞUŞ
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DORUK ERDEM YUNUS