Mechanical behavior of additively manufactured polymer composite structures and interfaces
Eklemeli imalat ile üretilen polimer kompozit yapıların ve arayüzeylerin mekanik özellikleri
- Tez No: 694950
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEZER ÖZERİNÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Eklemeli imalat (Eİ), katmanlı üretime dayanan bir üretim teknolojisidir. Eriyik yığma modellemesi (EYM), plastik üretimi için en uygun maliyetli ve yaygın Eİ tekniklerinden birisidir. EYM'nin önceki yıllardaki kullanımı PLA ve ABS gibi termoplastiklerle sınırlıyken, günümüzün filament teknolojileriyle beraber, üstün mekanik özelliklere sahip kompozit malzemelerin ve yapıların basılması mümkün hale gelmiştir. Çift nozullu sistemlerin sunduğu çok malzemeli baskı imkanı, farklı polimer türlerinden oluşan karmaşık geometrilerin üretilmesine olanak sağlamıştır. Tezin ilk kısmında, yukarıda bahsedilen teknolojiler kapsamında, iki farklı polimer malzemenin arayüzeylerinin mekanik davranışı incelenmiştir. Bu amaçla, EYM yöntemi ile PLA ve TPU malzemeleri kullanılarak çeşitli yapılar üretilmiş ve bu iki malzeme arasındaki arayüzey dayanımı mekanik testler ve sonlu eleman modellemesi yöntemiyle incelenmiştir. Sonuçlar, polimer malzemeler arasındaki oldukça zayıf olan arayüzey dayanımının, iç içe geçmeli geometriler aracılığıyla önemli ölçüde artırılabileceğini göstermiştir. EYM ile kompozit yapıların üretimine yönelik bir diğer yaklaşım ise katkılı polimer filamentlerin kullanılmasıdır. Kısa karbon fiber takviyeli poliamid (PA-CF), üstün mekanik özellikleri nedeniyle gelecek vaat eden kompozit filamentler arasındadır. Bu kompozitin mekanik özellikleri literatürde detaylı olarak çalışılmış olsa da, PA-CF filament kullanılarak üretilmiş hafif hücresel yapıların performansı bilinmemektedir. Tezin ikinci kısmında, basma testleri ve yüksek hızlı görüntüleme yoluyla PA-CF malzeme ile üretilmiş çeşitli hücresel yapıların mekanik performansı araştırılmıştır. Sonuçlar, hücresel PA-CF yapılarının, yüksek dayanım ve hafifliği aynı anda sağladığını göstermektedir. Bu tezde EYM yöntemi ile üretilmiş kompozit yapıların mekanik davranışının çeşitli yönleri araştırılmıştır. Deneysel veriler ve sonlu elemanlar yöntemi öngörüleri EYM yöntemi ile üretilen kompozitlerin çeşitli endüstriyel uygulamalar için büyük bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Bu yapıların arayüzey optimizasyonu ve darbe dayanımına ilişkin gelecekte yapılacak olan ilave çalışmalar, EYM üretim teknolojisinin yapısal malzeme alanındaki uygulamalarını artıracaktır.
Özet (Çeviri)
Additive manufacturing (AM) is a technology based on the layer-by-layer production of parts. Fused filament fabrication (FFF) is one of the most cost-effective and popular AM techniques for the production of polymeric structures. While the initial use of FFF was limited to thermoplastics such as PLA and ABS, recent advances enabled the printing of composite materials and structures for superior mechanical performance. Multi-material printing through dual-nozzle systems offers a unique opportunity towards this end, enabling the production of complex geometries composed of different types of polymers. The first part of this thesis investigated one aspect of these composites – the mechanical behavior of the interfaces between two polymers. For this purpose, a range of PLA-TPU interfaces were produced by FFF, and the bonding between the two domains was investigated through mechanical testing and finite element modeling. The results demonstrated that the poor adhesion between the polymers can be significantly improved through the design of interlocking structures. Another common approach to the printing of composite structures by FFF is the utilization of polymer-matrix filaments with reinforcements. Short carbon fiber reinforced polyamide (PA-CF) is among the most promising composite filaments due to its excellent properties. While the mechanical characteristics of this specific composite have been widely studied, the corresponding performance of lightweight cellular structures made of PA-CF is not well known. The second part of this thesis investigated the mechanical performance of a wide range of cellular structures made of PA-CF through compression testing and high-speed imaging. The results show that cellular PA-CF structures provide a great combination of high strength and lightweight. The findings of the thesis show that FFF-produced composites offer great potential for load-bearing applications in a wide range of industries. Further optimization of the polymer-polymer interfaces will enable the reliable application of multi-material printing in load-bearing applications. The additional characterization of the PA-CF cellular structures will focus on their impact performance and will further expand the applications of FFF technology towards the design and manufacturing of energy absorbing structures.
Benzer Tezler
- Polimerle ile stabilize edilmiş kumların kayma mukavemetinin laboratuvar deneyleri iel belirlenmesi
Determination of shear strength of polymer reinforced sand by laboratory tests
NEVAL UYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYKUT ŞENOL
- Halloysite nanotüp ve nano kauçuk parçacık takviyeli epoksi imalatı ve mekanik karakterizasyonu
Manufacturing and mechanical characterization of halloysite nanotube and nano rubber particle reinforced epoxy
İNCİ PİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM TÜFEKCİ
- Additive manufacturing and characterization of metal particle incorporated polymer matrix functionally enhanced composites
Metal parçacık ile birleştirilmiş polimer matris fonksiyonel olarak güçlendirilmiş kompozitlerin katmanlı imalatı ve karakterizasyonu
ÖZGÜR UYAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARCAN FEHMİ DERİCİOĞLU
- Numerical and experimental investigation on the crushing behaviour of auxetic lattice cells produced with additive manufacturing techniques
Eklemeli imalat teknikleri ile üretilmiş ökzetik kafes yapıların ezilme davranışlarının nümerik ve deneysel olarak incelenmesi
KADİR GÜNAYDIN
Doktora
İngilizce
2020
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ANTONIO MATTIA GRANDE
- Eriyik yığma modellemede kullanılan karbon nanotüp takviyeli polimerlerin üretimi, mekanik ve aşınma davranışlarının karakterizasyonu ve modellenmesi
Manufacturing of carbon nanotube reinforced polymers used in fused deposition modelling, characterization and modelling of mechanical and wear behaviors
KAMİL FERATOĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İLYAS İSTİF