Üç boyutlu yazıcı teknolojisi kullanılarak grafen takviyeli polimer kompozitlerin hazırlanması ve özelliklerin incelenmesi
Preparation of graphene-reinforced polymer composite using 3D printing technology and investigation of their mechanical properties
- Tez No: 997925
- Danışmanlar: PROF. DR. HALE BERBER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Mühendislik Bilimleri, Metallurgical Engineering, Polymer Science and Technology, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Üretim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Vat-fotopolimerizasyon (VPP) tabanlı üç boyutlu (3B) yazıcı teknolojileri, kalıp gereksinimi olmadan nano katkı içeren görece yüksek viskoziteli polimer kompozitlerin üretimine olanak sağlaması ve yüksek çözünürlük üretimleri sayesinde son yıllarda artan bir ilgi görmektedir. Mikro ölçekli detay gerektiren kafes yapılar gibi karmaşık geometrilerin üretilebilmesi, bu yöntemin öne çıkan avantajları arasındadır. Epoksi, akrilik, akrilat veya üretan polimerik yapıların fotopolimerizasyonu ile yüksek çözünürlük, boyutsal doğruluk özelliklerinde polimerik malzemeler üretilebilmektedir. Karbon nanotüp gibi nano katkılar ile takviyelendirilmiş üretan akrilat reçinelerin 3B yazıcı teknolojileri ile elektrostatik deşarj özelliğinde nanokompozit malzemeler üretilebilmektedir. Polimer matrisli nanokompozitlerde kullanılan katkılar arasında indirgenmiş grafen oksit (rGO) yüksek intrinsik termal iletkenliği sayesinde dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, rGO katkılı akrilik esaslı polimer nanokompozitler Dijital Işık İşleme (DLP) tabanlı 3B yazıcı ile üretilmiştir. rGO katkı oranı, kafes tasarım ve ikincil kürleme stratejilerinin malzeme özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. İlk aşamada rGO'nun matris içerisinde homojen olarak dağıtılmasını sağlayan uygun çözücü seçimi yapılmış ve polimer matrisin ağırlıkça %0.1, %0.25 ve %0.5 oranında rGO katkılı polimer nanokompozitler hazırlanmıştır. Ayrıca, %0.1 oranında rGO içeren nanokompozit malzeme ikincil kürleme işlemine tabi tutulmuştur. Elde edilen nanokompozit numunelerin yapısı XRD, morfolojisi FE-SEM, mekanik özellikleri çekme, darbe, basma ve sertlik testleri ile ve termal davranışları ise DSC ve termal iletkenlik analizleri ile belirlenmiştir. Analiz sonuçları, rGO konsantrasyonunun, 3B baskı parametrelerinin ve ikincil kürleme işleminin nanokompozit özellikleri üzerinde önemli rol oynadığını göstermiştir. İkincil kürlenme işlemi uygulanmış ağırlıkça %0.1 oranında rGO içeren nanokompozitin katkısız reçineye kıyasla çekme dayanımında %46, elastik modülüs %26.3 ve kopma dayanımında %29 artış elde edilmiştir. Darbe tokluğu %185, Shore D sertliği %19 ve gyroid kafes yapıya sahip basma dayanımı % 6 oranında artmıştır. Termal iletkenlik değerleri ise artan rGO oranıyla birlikte artmıştır ve ağırlıkça %0.5 rGO içeriğinde %5.5 artış sağlanmıştır. Bu çalışma, 3B baskı parametreleri ve rGO oranının optimize edilmesi ile fonksiyonel prototipler, elektronik muhafazalar, elektromanyetik koruma yapıları ve akıllı sistemler gibi uygulamalar için kullanım potansiyelinde olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Vat photopolymerization (VPP)-based three-dimensional (3D) printing technologies have attracted increasing attention in recent years due to their ability to fabricate polymer composites containing nano-scale fillers with relatively high viscosity without the need for molds, while providing high resolution manufacturing. The capability to produce complex geometries, such as lattice structures requiring micro-scale features, represents one of the key advantages of this method. Through the photopolymerization of epoxy, acrylic, acrylate or urethane-based polymer systems, polymeric materials with high resolution and dimensional accuracy can be obtained. In addition, nanocomposite materials with electrostatic discharge properties can be produced using 3D printing technologies by reinforcing urethane acrylate resins with nano-fillers such as carbon nanotubes. Among the fillers used in polymer matrix nanocomposites, reduced graphene oxide (rGO) has attracted particular interest due to its high intrinsic thermal conductivity. In this study, rGO-reinforced acrylic based polymer nanocomposites were fabricated using a Digital Light Processing (DLP) based 3D printer. The effects of rGO content, lattice design, and secondary curing strategies on the material properties were systematically investigated. In the first stage, an appropriate solvent was selected to ensure homogeneous dispersion of rGO within the polymer matrix, and nanocomposites containing 0.1, 0.25, and 0.5 wt.% rGO were prepared. Additionally, the nanocomposite containing 0.1 wt.% rGO was subjected to a secondary curing process. The structure, morphology, mechanical, and thermal properties of the fabricated specimens were characterized using XRD, FE-SEM, tensile, impact, compression, and hardness tests, as well as DSC and thermal conductivity analyses. The results demonstrated that rGO concentration, 3D printing parameters, and secondary curing significantly influence the properties of the nanocomposites. The secondary-cured nanocomposite containing 0.1 wt.% rGO exhibited improvements of 46% in tensile strength, 26.3% in elastic modulus, and 29% in elongation at break compared to the neat resin. Furthermore, impact toughness, Shore D hardness, and compressive strength of the gyroid lattice structure increased by 185%, 19%, and 6%, respectively. Thermal conductivity increased with increasing rGO content, reaching a 5.5% enhancement at 0.5 wt.% rGO. These findings indicate that optimizing 3D printing parameters and rGO content enables the development of nanocomposites with strong potential for applications such as functional prototypes, electronic enclosures, electromagnetic shielding structures, and smart systems.
Benzer Tezler
- Special mixed concrete pouring by using 3D printer technology
3D yazıcı teknolojisi kullanılarak özel karışım beton dökümü
NUMAN AKDİŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
İnşaat MühendisliğiGaziantep Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLDEM TAYŞİ
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN HANSU
- Üç boyutlu yazıcı ile üretilen yüzeyler ve bu yüzeylerin giysi üretimi açısından değerlendirilmesi
Surfaces produced by three dimensional printer and evaluation of these surfaces in terms of clothes production
İREM SÜRER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Güzel SanatlarÇankırı Karatekin ÜniversitesiSanat ve Tasarım Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE KILIÇ
- Üç boyutlu (3D) gıda yazıcısı kullanılarak vejetaryen burger köftesi üretimi
Production of vegetarian burger patties with three-dimensional (3D) food printer
GİZEM ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriAnkara ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEZBAN CANDOĞAN
- Üç boyutlu yazıcılarda farklı plastik malzemeler kullanılarak üretilen dişli çarkların aşınma dayanımlarının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of wear behavior of various polymer spur gears manufactured by 3D printer
BEKİR VOLKAN AĞCA
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiHitit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERT ŞAFAK TUNALIOĞLU
- Koyun beyninin üç boyutlu (3B) modellenmesi ve elde edilen 3B baskılı modellerin veteriner anatomi eğitiminde kullanılması
Three dimensional (3D) modelling of sheep brain and use of 3D printed models in veterinary anatomy education
BUKET İŞCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA HAROĞLU
PROF. DR. AYHAN DÜZLER