Geri dönüşüm işleminin farklı biyopolimerik malzemelerin kırılma davranışları üzerindeki etkisinin incelenmesi ve analizi
Examination and analysis of the effect of recycling process on the fracture behavior of different biopolymeric materials
- Tez No: 972037
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞAKİR ALTINSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Yeni Yüzyıl Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
3 boyutlu yazıcı teknolojisiyle yaygınlaşan katmanlı üretim, havacılık, sağlık ve eğitim gibi birçok alanda tercih edilmekte ve diğer üretim yöntemleriyle imalatı güç olan karmaşık tasarımlı ürünlerin hızlı ve kolay şekilde üretilmesine imkân sağlamaktadır. Ancak üretim sırasında oluşan hatalı parçalar, yeniden kullanılamadıkları için hem hammadde israfına hem de çevre kirliliğine yol açmaktadır. Bu nedenle, özellikle Polilaktik Asit (PLA) ve Akrilonitril Bütadien Stiren (ABS) gibi polimer atıkların geri dönüştürülerek yeniden kullanılması, çevresel ve ekonomik açıdan fayda sağlayacaktır. Ayrıca, geri dönüştürülmüş malzemelerin kırılma davranışlarının incelenmesi, malzeme performansı ve yapısal güvenilirlik açısından büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, biyobozunur özellik gösteren PLA ile geleneksel bir termoplastik olan ABS malzemeleri, hem orijinal hem de geri dönüştürülmüş halleriyle değerlendirilmiştir. Ayrıca, malzemeler üzerinde sterilizasyonun etkilerini araştırmak amacıyla basınç ve buhar sterilizasyon yöntemleri uygulanmıştır. Numuneler, Ergitilmiş Yığma Modellemesi (FDM) tipi 3B yazıcı kullanılarak belirlenen üretim parametreleri altında üretilmiştir. Deneysel çalışmalarda, doluluk oranı (%25, %50, %75), katman kalınlığı (0,15 mm, 0,20 mm, 0,25 mm) ve üretim açısı (0°, 45°, 90°) olmak üzere üç farklı üretim parametresi kullanılmıştır. Üretilen numuneler üzerinde üç nokta eğme testleri, yüzey pürüzlülüğü ölçümleri ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizleri gerçekleştirilerek bu parametrelerin mekanik ve yüzey özelliklerine etkileri analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre doluluk oranı, her iki malzeme grubunda da (PLA ve ABS) eğilme dayanımı, yüzey pürüzlülüğü ve deformasyon açısından en etkili üretim parametresi olmuştur. Yüzey pürüzlülüğü sonuçlarında doluluk oranı artışı yüzey kalitesini iyileştirirken, üretim açısı artışı pürüzlülüğü olumsuz etkilemiştir. Deformasyon davranışında ise geri dönüşüm ve sterilizasyonun içyapıdaki düzensizliklere bağlı olarak malzemelerde beklenmedik etkiler oluşturduğu görülmüştür. SEM analizleri, PLA numunelerinde daha homojen ve gevrek yapılar ortaya koyarken, ABS numunelerinde gözeneklilik ve sünek kırılma karakteri belirginleşmiş; geri dönüştürülmüş ve sterilize edilmiş numunelerde ise mikro yapısal bozulmalar ve yüzey düzensizlikleri artmıştır. Elde edilen deneysel veriler, doluluk oranı, katman kalınlığı ve üretim açısı gibi üretim parametreleri ile eğilme dayanımı (σmax) ve yüzey pürüzlülüğü (Ra) arasındaki ilişkileri açıklamak üzere çok değişkenli ikinci dereceden regresyon modelleri ile matematiksel olarak modellenmiştir. Özellikle PLA ve ABS varyantları için geliştirilen modeller, yüksek açıklayıcılık seviyeleri (R2 > 0.85) ile mekanik özellikleri başarıyla tahmin etmiştir. Buna karşılık, yüzey pürüzlülüğü modelleri daha düşük açıklayıcılığa sahip olmuş, bu da yüzey kalitesinin üretim sürecindeki dışsal faktörlerden daha fazla etkilendiğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Additive manufacturing, which has become widespread through 3D printing technology, is preferred in many fields such as aerospace, healthcare, and education, as it allows for the rapid and easy production of complexly designed products that are difficult to manufacture using other production methods. However, defective parts generated during production cannot be reused, leading to both raw material waste and environmental pollution. Therefore, recycling and reusing polymer waste, particularly polylactic acid (PLA) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS), can offer environmental and economic benefits. Furthermore, examining the fracture behavior of recycled materials is crucial for material performance and structural reliability. In this thesis, the biodegradable PLA and the conventional thermoplastic ABS were evaluated in both their original and recycled forms. Pressure and steam sterilization methods were also applied to investigate the effects of sterilization on the materials. Samples were produced using a Fused Deposition Modeling (FDM)-based 3D printer under specified production parameters. Three different production parameters were used in the experimental studies: infill density (25%, 50%, 75%), layer thickness (0.15 mm, 0.20 mm, 0.25 mm), and printing orientation (0°, 45°, 90°). Three-point bending tests, surface roughness measurements, and Scanning Electron Microscope (SEM) analyses were performed on the produced samples to analyze the effects of these parameters on their mechanical and surface properties. According to the results, infill density was the most effective production parameter in terms of flexural strength, surface roughness, and deformation in both material groups (PLA and ABS). In the surface roughness results, increasing infill density improved surface quality, while increasing printing orientation negatively affected roughness. Regarding deformation behavior, recycling and sterilization were observed to have unexpected effects on the materials due to irregularities in the internal structure. SEM analyses revealed more homogeneous and brittle structures in PLA samples, while porosity and ductile fracture characteristics were more pronounced in ABS samples. Moreover, microstructural deterioration and surface irregularities were found to increase in recycled and sterilized samples. The experimental data were mathematically modeled using multivariate second-degree regression models to explain the relationship between production parameters (infill density, layer thickness, and printing orientation) and mechanical properties such as flexural strength (σmax) and surface roughness (Ra). Especially for PLA and ABS variants, the developed models achieved high explanatory power (R2 > 0.85) in predicting mechanical performance. However, surface roughness models showed lower accuracy, suggesting that surface quality is more sensitive to external factors during the production process.
Benzer Tezler
- Endüstriyel atıksu akımlarından biyoplastik elde edilmesi
Bioplastic production from industrial wastewater streams
SEFERHAN YILMAZ
Doktora
Türkçe
2025
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZLEM KARAHAN ÖZGÜN
- Potential of biopolymer production from apple wastewater through microbial processes
Mı̇krobı̇yal süreçler yoluyla elma atık suyundan biyopolimer üretim potansiyeli
ELİF ERENLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN YAĞCI
DOÇ. DR. GÜLSÜM EMEL ZENGİN BALCI
- Effect of microwave pretreatment on fate of antimicrobials and conventional pollutants during anaerobic sludge digestion and biosolids quality for land application
Anaerobik çamur çürütme prosesinde uygulanan mikrodalga dezentegrasyon işleminin antimikrobiyallerin ve konvansiyonel kirleticilerin akıbetine ve arazi uygulaması için biyokatı kalitesine etkisi
GÖKÇE KOR BIÇAKCI
Doktora
İngilizce
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE ÇOKGÖR
- 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
- Kenevir tohum proteinlerinin ultrases, yüksek basınç ve manotermosonikasyon uygulamaları ile modifikasyonu
Modification of hemp seed proteins using ultrasound, high pressure and manotermosonication treatments
GÜLŞAH KARABULUT
Doktora
Türkçe
2023
Gıda MühendisliğiSakarya ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OKTAY YEMİŞ