Malzeme ekstrüzyonu ile üretilen çok malzemeli 3 boyutlu yazdırılmış levhaların karışık mod arayüzey kırılma davranışının incelenmesi
Investigation of mixed mode interface fracture behavior of multi-material 3d printed subsrates produced by material extrusion
- Tez No: 994490
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH HUZEYFE ÖZTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Malzeme Ekstrüzyonu (MEX) tabanlı katmanlı üretim teknolojilerinde, farklı özelliklere sahip polimerlerin bir arada kullanılması fonksiyonel parça üretimi için büyük potansiyel sunmaktadır. Ancak, bu yapıların mekanik performansını sınırlayan en kritik faktör, katmanlar arası zayıf arayüzey yapışması ve delaminasyon eğilimidir. Bu çalışmada, rijit (Polilaktik Asit, PLA) ve sünek (Tok PLA) termoplastik malzemeler kullanılarak üretilen çok malzemeli yapıların mekanik davranışı ve arayüzey kırılma tokluğu; üç nokta eğme ve Karışık Mod (I/II) yükleme koşulları altında Tek Ayaklı Eğme (SLB) testleri ile incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda, yazdırma oryantasyonu (0°, 45°/-45° ve 0°/90°), tabaka kalınlık oranı (simetrik 3-3 ve asimetrik 4-2 konfigürasyonları) ve çatlak uzunluğunun (5 mm ve 15 mm) mekanik performans üzerindeki etkileri sistematik olarak araştırılmıştır. Kritik enerji salınım oranı, hem deformasyon enerjisine dayalı deneysel yöntem (GUc) hem de numune rijitlik oranını dikkate alan analitik yöntem (GSLB) kullanılarak hesaplanmıştır. Sonuçlar, simetrik (3-3) numunelerin yapısal bütünlük açısından asimetrik (4-2) numunelere göre belirgin bir üstünlük sağladığını göstermiştir. Kısa (5 mm) çatlak grubunda, 0° oryantasyonunda simetrik numuneler ortalama 1390.4 J/m² deneysel enerji salınım oranına (GUc) ulaşırken, asimetrik numunelerde bu değer 552.3 J/m² seviyesine gerilemiştir. Bu düşüş, asimetrik yapıda meydana gelen nötr eksen kaymasının arayüzeyde kayma gerilmeleri oluşturarak erken hasarı tetiklemesiyle ilişkilendirilmiştir. Analitik enerji salınım oranı GSLB hesaplamalarında da simetrik yapıların üstünlüğü devam etmiştir. Simetrik (3-3) numuneler, asimetrik (4-2) numunelere kıyasla oldukça yüksek GSLB değerleri sergilemiştir. Bu değerler uzun (15 mm) çatlak ve 0° oryantasyonunda sırasıyla 906.9 J/m² ve 143.1 J/m² olmuştur. GUc değerlerinin GSLB değerlerinden genellikle yüksek olması, Tok PLA'nın sünek yapısından kaynaklı yoğun plastik deformasyon enerjisi sönümlediğini göstermektedir. Oryantasyon etkisi incelendiğinde, liflerin yük eksenine paralel olduğu 0° dizilimi genellikle en yüksek performansı sağlarken, 0°/90° dizilimi daha düşük tokluk değerleri göstermiştir. Bu çalışma, çok malzemeli tasarımlarda simetrik (3-3) dizilimin hem toplam kırılma enerjisi GUc hem de analitik enerji salınım oranı GSLB açısından asimetrik (4-2) dizilime göre daha kritik bir dayanım sergilediğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Material Extrusion (MEX) based additive manufacturing technologies, the combined use of polymers with different properties offers great potential for functional part production. However, the most critical factor limiting the mechanical performance of these structures is weak interlayer adhesion and delamination tendency. In this study, the mechanical behavior and interfacial fracture toughness of multi-material structures produced using rigid (Polylactic Acid, PLA) and ductile (Tough PLA) thermoplastic materials were investigated via Single Leg Bending (SLB) tests under three-point bending and Mixed Mode (I/II) loading conditions. In the experimental studies, the effects of printing orientation (0°, 45°/-45°, and 0°/90°), layer thickness ratio (symmetric 3-3 and asymmetric 4-2 configurations), and crack length (5 mm and 15 mm) on mechanical performance were systematically investigated. The critical energy release rate was calculated using both the experimental method based on deformation energy (GUc) and the analytical method considering the specimen stiffness ratio (GSLB). The results showed that symmetric (3-3) specimens provided a significant superiority over asymmetric (4-2) specimens in terms of structural integrity. In the short (5 mm) crack group, symmetric specimens with 0° orientation reached an average experimental strain energy release rate (GUc) of 1390.4 J/m², while this value decreased to 552.3 J/m² in asymmetric specimens. This decrease was attributed to the neutral axis shift occurring in the asymmetric structure, which triggers early failure by creating shear stresses at the interface. The superiority of symmetric structures continued in the analytical strain energy release rate GSLB calculations as well. Symmetric (3-3) specimens exhibited significantly higher GSLB values compared to asymmetric (4-2) specimens. These values were 906.9 J/m² and 143.1 J/m², respectively, for the long (15 mm) crack and 0° orientation. The fact that GUc values were generally higher than GSLB values (particularly for the short crack group) indicates that Tough PLA absorbs intense plastic deformation energy due to its ductile structure. When the orientation effect was examined, the 0° alignment, where fibers are parallel to the load axis, generally provided the highest performance, while the 0°/90° alignment showed lower toughness values. This study reveals that the symmetric (3-3) arrangement in multi-material designs exhibits a more critical resistance compared to the asymmetric (4-2) arrangement in terms of both total fracture energy GUc and analytical strain energy release rate GSLB.
Benzer Tezler
- 3D prıntıng of ınfıll-based tpu auxetıc metamaterıals: a slıcer-controlled desıgn-to-fabrıcatıon experıment
3B baskıyla dolgu tabanlı tpu oksetik metamalzemeler: Dilimleyici kontrollü tasarımdan üretime bir deney
FATIMA AYECH
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEGÜL AKÇAY KAVAKOĞLU
- Hybrid 3D bioprinting of functionalized structures for tissue engineering
Başlık çevirisi yok
SEYEDEH FERDOWS AFGHAH
Doktora
İngilizce
2020
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- Preparation of a lab scale extruder machine and investigation of the periodic surface distortions in extrusion of polyolefins and usage of novel processing aids to overcome these instabilities
Labaratuvar boyutunda bir ekstruder makinesinin hazırlanması ve poliolefinlerin ekstruzyonunda peryodik biçim bozukluklarının yeni proses iyileştiriciler ile giderilmesi
AHMET MERİÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF.DR. NURSELİ UYANIK
- Kafes yapıların malzeme ekstrüzyonu ile üretiminden dolayı çekme testi sonuçlarında oluşan belirsizliklerin incelenmesi
Investigation of uncertainties in tensile test results due tothe material extrusion-based production of lattice structures
TARIK CAN TÜRKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN
- Eklemeli imalat teknolojisi eriyik biriktirme modelleme yöntemi için kompozit ABS filament üretilmesi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Production of composite ABS filament for fused deposition modeling of additive manufacturing technology and investigation of mechanical properties
SİNAN DİKSU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CELALETDİN ERGUN