3B yazıcı ile üretilen bal peteği sandviç kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of honeycomb sandwich composites produced by 3D printer
Yazar: SERDAR KAVELOĞLU
Danışman: PROF. DR. ŞEMSETTİN TEMİZ
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bal peteği kompozit sandviç yapılar hafif olmaları, ağırlığına oranla darbe ve basma dayanımlarının yüksek olmasından dolayı tercih edilmektedirler. Ayrıca üretilen malzemeye bağlı olarak kimyasallara ve suya karşı dayanıklı olması, vidalama, delme, ekleme, tamirat gibi birçok kullanım özelliklerinden dolayı otomotiv, uçak, hafif ticari araç, yatçılık, hızlı tren, inşaat, ambalaj, rüzgâr enerjisi, güneş panelleri gibi birçok sektörde kullanılmaktadır. Sandviç yapılar, alt ve üst örtü arasına çekirdek bir yapının yapıştırılmasından oluşan kompozit yapı elemanlarıdır. Örtüler ince, katı ve yoğunluğu fazladır. Çekirdek ise örtüye göre daha kalındır ve daha düşük yoğunluklu malzemelerden tercih edilir. Sandviç yapılarda basma, darbe, eğme dayanımı gibi amaçlanan mekanik özelliklere sahip olması için birçok çalışma mevcut olup araştırılmaya ve geliştirilmeye devam edilmektedir.
Tez çalışması kapsamında, üç farklı hücre genişliği ve hücre duvar kalınlığındaki bal peteği geometrileri kullanılarak 3 boyutlu yazıcıda polilaktik asit (PLA) filamentten çekirdekler üretilmiştir. Üretilen çekirdekler alt ve üst yüzeyleri karbon fiber takviyeli kompozit plakalarla (CFRP) yapıştırıcı ile birleştirilen tek katlı ve iki katlı sandviç kompozitlerin deneysel yöntemlerle mekanik özellikleri araştırılmıştır. Çalışmada üç farklı hücre genişliği ve hücre duvar kalınlığı sırasıyla 6_0,8 mm, 9_1,2 mm ve 12_1,6 mm ölçülerindeki bal peteği geometrileri kullanılmıştır. Eşit yüzey alanı elde etmek amacıyla hem hücre genişliği hem de hücre duvar kalınlıkları artırılarak bu ölçüler tercih edilmiştir. İki katlı numuneler her bir katı aynı ve farklı (hibrit) hücre genişliğine sahip çekirdeklerden üretilmiştir. Üç farklı hücre genişliğinde fakat birbirine yakın yüzey alanlarına sahip numunelere üç nokta eğme, düşük hızda darbe ve basma testleri uygulanmıştır. Testlerden elde edilen grafiklerle numunelerin testlere karşı gösterdikleri davranışlar incelenmiş ve yorumlar yapılmıştır. Basma testlerinde hücre genişliği 12 mm olan tek ve iki katlı numunelerin basma dayanımları yüksek çıkmıştır. Eğme testlerinde en yüksek eğilme rijitliği 6 mm hücre genişliğindeki tek katlı ve iki katlı numunelerde tespit edilmiştir. Üç farklı enerji seviyelerinde (80J, 100J ve 140J) uygulanan düşük hızda darbe testlerinde 6 mm hücre genişliğine sahip numunelerin daha iyi performans gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Honeycomb composite sandwich structures are preferred because they are light and have high impact and compression strength compared to their weight. In addition, it is used in many sectors such as automotive, aircraft, light commercial vehicle, yachting, high-speed train, construction, packaging, wind energy, solar panels due to its many usage features such as being resistant to chemicals and water, screwing, drilling, adding, and repairing depending on the material produced. Sandwich structures are composite building elements that consist of bonding a core structure between the bottom and top face sheet. Face sheets are thin, solid and dense. The core is thicker than the face sheet and lower density materials are preferred. There are many studies available for sandwich structures to have mechanical properties such as compression, impact and bending strength, and they continue to be researched and developed.
Within the scope of the thesis, cores from polylactic acid (PLA) filament were produced in a 3D printer using honeycomb geometries with three different cell widths and cell wall thicknesses. The mechanical properties of single-layer and two-layer sandwich composites, of which the produced cores are bonded with carbon fiber reinforced composite plates (CFRP) on the lower and upper face sheets, were investigated by experimental methods. Honeycomb geometries with three different cell widths and cell wall thicknesses of 6_0.8 mm, 9_1.2 mm and 12_1.6 mm, respectively, were used in the study. In order to obtain equal surface area, these dimensions were preferred by increasing both cell width and cell wall thickness. Two-layer samples were produced from core with each solid having the same and different (hybrid) cell widths. Three-point bending, low speed impact and compression tests were applied to the samples with three different cell widths but close to each other surface areas. With the graphics obtained from the tests, the behaviors of the samples against the tests were examined and comments were made. In the compression tests, the compressive strength of the single-layer and double-layer samples with a cell width of 12 mm was found to be high. In the bending tests, the highest bending stiffness was determined in single-layer and double-layer specimens with a cell width of 6 mm. It was determined that samples with 6 mm cell width performed better in low-speed impact tests applied at three different energy levels (80J, 100J and 140J).