Geri Dön

Additive manufacturing of inherently porous polymers: Polymerized high internal phase emulsion (polyHIPE) structures via vat photopolymerization

Doğal olarak gözenekli polimerlerin eklemeli imalatı: Tekne fotopolimerizasyonu yoluyla polimerize edilmiş yüksek iç fazlı emülsiyon (polyHIPE) yapılar

PDF İndir

  1. Tez No: 965805
  2. Yazar: NİHAN ŞENGÖKMEN ÖZSÖZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. FREDERİK CLAEYSSENS
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: The University of Sheffield
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 160

Özet

Yüksek iç fazlı emülsiyonları (HIPE'ler), yenilikçi hafif gözenekli malzemeler oluşturmak için tekne fotopolimerizasyonu eklemeli imalat (AM) reçineleri olarak umut vaat etmektedir. Potansiyellerine rağmen, HIPE'ler genellikle AM sürecinde ışığı saçtığından, kötü bitişli ve düşük çözünürlüklü yapılar elde edilir. Ancak, ışık emicilerin eklenmesi, 3 boyutlu baskı çözünürlüğünü önemli ölçüde artırabilir. Bu çalışmada, HIPE bazlı reçinelere ışık emicilerin dahil edilmesi araştırılmış ve bu reçinelerin ticari bir tekne fotopolimerizasyonu eklemeli imalat kurulumuyla uyumluluğu değerlendirilmiştir. Bu araştırmada, yüzey aktif madde (hypermer) ile stabilize edilen ve 2-etilheksil-akrilat ile izobornil-akrilat içeren bir su-yağ emülsiyonu kullanılmıştır. Işık emici olarak sırasıyla organik ve sulu fazlarda çözünebilen beta-karoten ve tartrazin molekülleri ilave edilmiştir. Beta-karoten ve tartrazinin birlikte kullanılması, en iyi 3 boyutlu baskı çözünürlüğüne ulaşmada etkili bulunmuştur. Ayrıca, emülsiyon 3 boyutlu baskı boyunca stabil kalmış ve açık yüzey gözenekliliğine sahip bir gözenekli polyHIPE yapısı elde edilmiştir. 3 boyutlu baskı ile üretilmiş polyHIPE yapılarının uygulama alanlarını genişletmek amacıyla, bu yapıların akımsız nikel kaplama için şablon olarak kullanım potansiyelleri incelendi. Akımsız nikel kaplama süreci polyHIPE'lar üzerinde optimize edildi ve polyHIPE şablonunun metalize edilmiş polyHIPE kafes yapılarından çıkarılması sırasında farklı atmosferlerin etkileri araştırıldı. Farklı atmosferlerde belirgin bileşenler oluştu; hava atmosferinde tamamen oksitlenmiş nikel kaplı polyHIPE'ler ve argon ve indirgen atmosferlerde nikel fosfür (Ni3P) yapılarının oluşumu gözlemlendi. Özellikle, argon ve indirgen atmosferlerde polyHIPE'lerin gözenekli yapısı korundu ve iç yapı tamamen karbonize oldu. Bu çalışma, karmaşık polyHIPE yapılarının ultra-gözenekli metal bazlı kafesler oluşturmak için şablon olarak kullanılabilirliğini göstermiştir. Araştırmayı daha da ileriye taşıyarak, farklı sıcaklıklarda (500ºC, 600ºC, 700ºC ve 800ºC) üç farklı gözenekliliğe (80%, 85% ve 87,5%) sahip doğal olarak gözenekli polyHIPE kafesler pirolize edilerek gözenekli karbon yapılar üretildi. Karbonizasyonun başarılı bir şekilde gerçekleştiği, Raman spektroskopisi ve XRD analizi ile doğrulandı. Mekanik test sonuçları, carboHIPEların Young modülünün polyHIPElara kıyasla daha yüksek olduğunu ve carboHIPE kafeslerin, yekpare carboHIPE disklerine kıyasla daha düşük Young modülü gösterdiğini ortaya koydu. Bu kapsamlı araştırma, 3 boyutlu basılmış polyHIPE kafesler kullanılarak üretilen hiyerarşik gözenekli karbon malzemelerin tasarımı ve performansı hakkında değerli bilgiler sağladı. Sonuç olarak, bu çalışma, HIPEların doğal olarak gözenekli karmaşık yapılar oluşturmak için 3 boyutlu baskı reçinesi olarak potansiyelini ve bu yapıların, son derece gözenekli karmaşık metal bazlı ve karbon yapılar üretmek için şablon olarak kullanımını ortaya koymuştur.

Özet (Çeviri)

High internal phase emulsions (HIPEs) show promise as vat photopolymerization additive manufacturing (AM) resins for creating innovative lightweight porous materials. Despite their potential, HIPEs often scatter light during the AM process, resulting in poorly defined and low-resolution structures. However, the incorporation of light absorbers can significantly enhance printing resolution. This study investigated the inclusion of light absorbers into the HIPE-based resin and assessed the compatibility of these resins with a commercial vat photopolymerization additive manufacturing setup. A water-in-oil emulsion, stabilized by the surfactant (hypermer) and formulated with 2-ethylhexyl-acrylate and isobornyl-acrylate was used in this study. Light absorbers, including hydrophobic beta-carotene and hydrophilic tartrazine molecules dissolving in the organic and aqueous phases respectively, were incorporated. The use of beta-carotene and tartrazine together was found effective in achieving the best 3D printing resolution. Moreover, the emulsion remained stable throughout the printing process, resulting in a porous polyMIPE structure with open surface porosity. Expanding the application of 3D-printed polyHIPE structures, their utility as templates for electroless nickel plating to create highly porous metallic lattice structures with consistent wall thickness was examined. The electroless nickel plating process on polyHIPEs was optimized and the effects of different atmospheres during the heating process to remove the polyHIPE template from metallized 3D-printed polyHIPE lattice structures were explored. Distinct compounds were formed in various atmospheres, with fully oxidized nickel-coated polyHIPEs in an air atmosphere and the formation of nickel phosphide (Ni3P) structures in argon and reducing atmospheres alongside Ni metal. Notably, the porous structure of the polyHIPEs was retained in argon and reducing atmospheres, where the internal structure undergoes complete carbonization. This study demonstrated the versatility of intricate polyHIPE structures as templates for creating ultra-porous metal-based lattices. Furthering the exploration, inherently porous polyHIPE lattices with three distinct porosities (80%, 85%, and 87.5%) at various temperatures (500ºC, 600ºC, 700ºC, and 800ºC) were pyrolyzed to fabricate porous carbon structures. The successful carbonization was confirmed through Raman spectra and XRD analysis. Mechanical testing results indicated a higher Young's modulus in carboHIPEs compared to polyHIPEs, with carboHIPE lattices demonstrating a lower Young's modulus compared to monolithic carboHIPE discs. This comprehensive exploration contributed valuable insights into the design and performance of hierarchically porous carbon materials fabricated using 3D-printed polyHIPE lattices. In conclusion, this study established the potential of HIPEs as printing resins for creating inherently porous intricate structures and utilizing them as templates for producing highly porous complex metal-based and carbon structures.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    475039

    Effects of glass fiber content, 3D-printing and weathering on the performance of polylactide

    Cam elyaf miktarının, 3D-yazıcı ile şekillendirmenin ve atmosferik yaşlandırmanın polilaktitin performansına etkileri

    SAKİNE DENİZ VARSAVAŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEVDET KAYNAK

  2. Tez No

    894844

    Eklemeli imalatta hibrit yapıların topoloji optimizasyonu

    Topology optimization of hybrid structures in additive manufacturing

    FEHMİ MUTLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Makine MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET CENGİZ KAYACAN

  3. Tez No

    940907

    Helikopter transmisyon dişlilerinin kafes tabanlı tasarımı ve titreşim davranışlarının incelenmesi

    Lattice-based design of helicopter transmissions and investigation of their vibration behavior

    YUSUF SAĞLAM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Havacılık ve Uzay MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HARUN GÖKÇE

  4. Tez No

    680370

    Development of a thermomechanical finite element model for laser powder bed fusion process and its comparison with inherent strain method

    Lazer toz yatakli kaynaştirma sürecinin sonlu eleman yöntemi ile termomekanik modellenmesi ve öz gerinim yöntemi ile karşilaştirilmasi

    CAN BAYRAKTAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Mühendislik BilimleriSabancı Üniversitesi

    Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ERALP DEMİR

  5. Tez No

    492511

    Dynamics of eutectic growth in a three-phase system

    Üç fazlı sistemde ötektik büyüme dinamikleri

    SAMIRA MOHAGHEGHI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Metalurji MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MELİS ŞEREFOĞLU KAYA

    DR. MEHMET SOMER

Geri Dön