Eriyik yığma yöntemiyle üretilen sürekli fiber takviyeli kompozit malzemelerin darbe davranışlarının deneysel olarak incelenmesi
An experimental investigation of impact behaviour of continuous fiber reinforced composites produced by fused deposition modelling (FDM) method
Yazar: MÜMİN BIYIKLIOĞLU
Danışman: PROF. DR. BAHATTİN KANBER
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Eklemeli üretim son yarım yüzyılda gelişen ve gelecek vaat eden bir üretim teknolojisidir. Nihai ürünü elde edebilmek için katman temelli üretim metodunu benimsemiştir. Son yıllarda bu konu üzerine binlerce çalışma yapılmakla birlikte halen mekanik özelliklerle özellikle de darbe dayanımı ile ilgili boşluklar bulunmaktadır. Bu çalışma da önce katman kalınlığı, doluluk oranı, dolgu tipi ve çarpma hızının kırılma mekaniği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu işlem için düşen ağırlık darbe testi uygulanmıştır. Üretim parametrelerinin araştırılması için ABS ve PLA malzemeden üretilen numuneler kullanılmıştır. Bütün numuneler Eriyik Yığma Yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Katman kalınlığı için 0,2, 0,15, 0,1 mm katman kalınlıkları, dolgu tipleri için lineer, kübik, üçgen, eş merkezli, kübik alt bölümlü ve tetrahedral dolgu tipleri incelenmiştir. Ayrıca kübik alt bölümlü dolgusunda %20, %40, %60 ve %80 doluluk oranı, lineer dolgusunda %20, %40, %60, %80 ve %100 doluluk oranı incelenmiştir. Test sonuçları incelendiğinde katman kalınlığının kırılma mekaniğine herhangi bir etkisi olmadığı görülmekle beraber darbe dayanımını arttırdığı görülmüştür. Farklı dolgu tiplerinin farklı kırılma mekaniklerine sahip olduğu ve farklı miktarlarda enerjiyi sönümlediği incelenmiştir. Son olarak doluluk oranı arttıkça malzemenin tokluğunun arttığı ve daha fazla enerji sönümlediği gözlemlenmiştir.
Bu çalışmanın ardından vakum infüzyon yöntemi ile EYY birleştirilerek sürekli fiber takviyeli 3B numuneler üretilmiştir. Takviye malzemesi olarak cam fiber ve karbon fiber, matris malzemesi olarak ABS ve bağlayıcı olarak epoksi reçine kullanılmıştır. Yeni geliştirilen üretim yöntemiyle çekme ve darbe numuneleri üretilmiş ve test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar saf ABS numune ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen bulgular cam fiberin darbe dayanımı artırdığı ancak çekme dayanımını düşürdüğü yönündedir. Karbon fiber takviyesinin ise darbe dayanımını değiştirmediği ve çekme dayanımını düşürdüğü gözlemlenmiştir. Bunun sebebi katmanlar arası ve katman-fiber yapışmasının yeterli derecede sağlanamamış olmasıdır. Bu sebeple yük dengeli bir şekil de malzemeye dağılamamıştır. Ancak her iki takviye malzemesi de numunenin kırılma mekaniğini etkilemiş ve daha az hasara uğramasına sebep olmuştur.

Abstract:
Additive manufacturing which has been developed in the recent half century is
promising manufacturing technology. It uses layer-wise manufacturing method to
obtaining end product. In last years, thousand researches have been made but there are
still vacancies about mechanical properties, especially impact studies. In this study,
first, the effect of layer thicknesses, infill rate, infill pattern and impact speed were
investigated on the fracture mechanics of 3D printed samples via drop weight impact
test. The specimens were produced using Fused Deposition Modeling (FDM) Method
with various infill patterns, infill rates and different layer thicknesses. PLA and ABS
materials were used for the samples which investigation of production parameters. 0.2,
0.15, 0.1 mm layer thickness were examined. Linear, Cubic, Triangle, Concentric,
Cubic Subdivision and Tetrahedral infill types are used. For Cubic Subdivision infill
type, 20%, 40%, 60% and 80% infill rates and for linear infill type, 20%, 40%, 60%,
80% and 100% infill rates were chosen for examining the effect of infill rate. As a
result of the tests, it is observed that the layer thickness doesn't not affect the fracture
behavior. It has been observed that different infill types affect the amount of energy
absorbed and the fracture behavior in different ways. As the infill rate increases, it is
found to give toughness to the part.
After this study, continuous fiber reinforced 3D samples were produced by combining FDM with vacuum infusion method. Glass fiber and carbon fiber were used as reinforcement material, ABS was used as matrix material and epoxy resin was used as binder. Tensile and impact test specimens were produced with the novel production method and tested. The results obtained were compared with the pure ABS sample. The findings show that glass fiber increases impact strength but decreases tensile strength. It has been observed that carbon fiber reinforcement does not change the impact strength and decrease the tensile strength. This is because inter-layer and layerto-fiber adhesion is not sufficiently achieved. For this reason, the load is not distributed in a balanced form. However, both reinforcing materials affected the fracture mechanics of the sample and caused less fracture.