Üç boyutlu yazıcılarda kullanılmak üzere geri dönüştürülmüş PLA filamentle basılan parçaların mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of products printed with recycled PLAfilament for use in 3D printers
Yazar: HANİFE BUKRE KOÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜRCAN ATAKÖK ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MENDERES KAM
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Erimiş birikme modellemesi (FDM) = Fused Deposition Modelling (FDM) ; Filament = Filament ; Katmanlı üretim = Additive manufacturing ; Polilaktik asit = Polylactic acid ; Yeniden kazanma = Recycling ; Üretim yöntemleri = Production methods ; Üç boyutlu yazıcı = Three dimensional printer

Özet:
Eklemeli imalat ile birlikte sıkça duyulmaya başlanan üç boyutlu baskı, havacılık, sanat ve eğitim, hızlı prototipleme ve işlevsel parça üretimi gibi işlemlerde aktif kullanılmaktadır. Gelişen bu teknolojiyle hassas ve farklı tasarımlarda kişiye özel ürünler daha kolay ve hızlı şekilde üretilebilir hale gelmiştir. 3B yazıcıda bir parça üretirken hata meydana geldiğinde sorunlu parça, istenen işlevselliği sağlamaması ve tekrar kullanımı mümkün olmaması dolayısıyla ıskarta olarak değerlendirilmektedir. Hatalı üretimler sonrası oluşan atık parçalar pahalı filament malzemesi için israfa ve çevre kirliliğine neden olmaktadır. Her üretim sonucu meydana gelen atık malzemelerin geri kazanımı sağlandığında, atığın minimize edilerek bu tip olumsuzlukların önüne geçilebileceği düşünülmektedir. Bu çalışmada, hatalı üretimler sonrası oluşan atık filament parçalarının geri dönüşümüyle tekrar üretilen geri dönüştürülmüş filamentle yeni bir 3B baskı işlemi için kullanılmasının sağladığı faydalar ve 3B baskılarda oluşan mekanik özellikler araştırılmıştır. Çalışmada filament çeşidi olarak biyoplastiklerden PLA ve Re-PLA filament kullanılmış olup, filament çapı 1,75 mm tercih edilmiştir. İmalat yöntemi olarak FDM ve baskı doluluk oranı  %30, %50 ve %70,  doldurma şekli ise Çizgi Kafes ve Bal Peteği  belirlenmiştir. Çekme testi numuneleri için: ISO 527 Type IV yassı numuneleri, izod darbe testi için ise ISO 180 Type I standartlarında iki farklı test numunesi 0,15 mm, 0,2 mm ve 0,25 mm katman kalınlıklarında setler olarak üretilmiştir. Elde edilen verilere göre; PLA'nın çekme dayanımı, tüm katman kalınlıkları ve doluluk oranları için Re-PLA'dan yüksek çıkmıştır. Çekme, İzod ve üç nokta ile eğme testleri sonrasında en yüksek dayanım değerine PLA'da  %70 doluluk oranında ve 0,25 mm katman kalınlığındaki Çizgi Kafes numune testlerinde ulaşılmıştır. Minimum değerler de %30 doluluk oranında Bal Peteği doldurma şekliyle basılan numunelerde elde edilmiştir. Çalışmayla, ülkemizin eklemeli imalat ve 3B yazıcı işlemlerini kapsayan malzeme israfından dolayı çevreye olan zararın azaltılmasıyla çevre kirliliğinin önüne geçilebileceği düşünülmektedir

Abstract:
Three-dimensional printing, which have been heard frequently with additive manufacturing, are actively used in processes such as aviation, art, and education, rapid prototyping and functional part production. With this developing technology, sensitive and custom-made products in different designs can be produced more easily and quickly.
When a failure occurs while producing a part in a 3D printer, the failed part considered a scrap as it does not provide the desired functionality and is not possible to reuse.  Waste parts formed after failed 3D prints cause waste and environmental pollution for expensive filament material. It is thought that such problems can be prevented by minimizing the waste when the waste materials generated as a result of each production are recovered. In this study, the benefits of using the waste filament parts formed after faulty production with the recycled filament for a new 3D printing process and the strength differences in 3D prints were investigated. The filament types to be used in the study are PLA and Re-PLA, which are bioplastics, and a filament diameter of 1,75 mm was preferred. As the manufacturing method, FDM and infill ratio 30%, 50% and 70%,  infill pattern; Rectilinear and Honeycomb were determined. For tensile test samples: ISO 527 Type IV dog bone flat samples, and for Izod impact test, 2 different test samples were produced in ISO 180 Type I standards as sets with 0,15 mm, 0,2 mm ve 0,25 mm layer thickness. According to the test results; the tensile strength of PLA was higher than Re-PLA for all layer thicknesses and infill ratios. After tensile, Izod and 3-point bending tests, the highest strength value was reached in PLA at 70% infill ratio. Also, the high strength was achieved in the specimen tests with a layer thickness of 0,25 mm. Minimum values are also found in secimens printed with Honeycomb infill pattern at 30% infill ratio. With this study, it is thought that environmental pollution can be prevented by reducing the damage to the environment due to the waste of materials in our country including additive manufacturing and 3D printer processes.