Üç boyutlu yazıcılar için karbon nanotüp takviyeli nanokompozit filamentlerin üretilmesi
Production of carbon nanotube reinforced nanocomposite filaments for 3-D printers
Yazar: SERHAT ORAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Polimer Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Filament = Filament ; Katmanlı üretim = Additive manufacturing ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Üç boyutlu modeller = Three dimensional models ; Üç boyutlu yazıcı = Three dimensional printer

Özet:
Üç Boyutlu (3B) baskılama ile üretim tekniği sağladığı önemli avantajlardan dolayı hem akademik hem de endüstriyel alanlarda büyük ilgi görmektedir. 3B baskı teknolojisi prototip ürün üretimini geride bırakıp artık nihai ürün üretimine doğru hızla ilerlemektedir. Bu noktada 3B baskılama sarf malzemesi olarak kullanılan termoplastik filamentler yeterli mekanik özellikler sergileyememektedir. Tez çalışmamızın amacı nano katkılar yardımıyla filamentlerin mekanik özelliklerini iyileştirmek ve filamentlere fonsiyonalite kazandırmaktır. Nano dolgular uygun karıştırma yöntemleri ile termoplastik malzeme içine dağıtılarak iletken filamentlerin üretilmesi planlanmıştır. Elde edilen nanokompozit filamentler 3 boyutlu yazıcılarla test numunesi formuna dönüştürülerek karaketerizasyon testleri uygulanmıştır. 
% 3, 5 ve 10 nanodolgu içeren çok duvarlı karbon nanotüp/akrilonitril-butadien-stiren (MWCNT/ABS) nanokompozit filamentler, ergiyik depolama ile modelleme (FDM) tipi üç boyutlu (3B) baskı tekniğini kullanmak üzere filament formuna getirilmiştir. Karakterizasyon testlerinin sonucu olarak, MWCNT'nin optimum 3D baskı sıcaklığı ve ihtiva oranı sırasıyla 250°C ve 10 % olarak belirlenmiştir. Elde edilen en optimum iletkenlik değeri olarak 2,13E7 ohm.cm'dir. ABS matrisinde MWCNT'nin varlığı, elastikiyet modülü ve termal özelliklerinde önemli bir iyileşme sağlamıştır, ancak kopma uzaması ve darbe mukavemetinde azalma gözlenmiştir. Bu çalışmada, ABS matrisindeki MWCNT nanodolguların 3D basılı numune morfolojisinde köpük benzeri gözenekli yapılar oluşturmuştur ve bu yapılar çekme dayanımının düşmesine neden olmuştur.

Abstract:
Three-dimensional (3D) printing, the production technique has great interest in both academic and industrial areas, due to its significant advantages. 3D printing technology is now moving rapidly toward final product production, leaving prototype product production behind. At this point, thermoplastic filaments used as 3D printing supplies do not exhibit sufficient mechanical properties. The purpose of our thesis study is to improve the mechanical properties of filaments and to bring functionality to filaments with the help of nanoparticles. The nanoparticles are intended to be distributed into thermoplastic material with appropriate mixing methods to produce conductive filaments. The resulting nanocomposite filaments were converted into test sample form with 3-dimensional printers, and the characterisation tests were performed. 

The multi-walled carbon nanotube/acrylonitrile-butadiene-styrene (MWCNT/ABS) nanocomposite filaments containing 3, 5, and 10 wt% nanofiller were prepared by an extruder to use the fused deposition modeling (FDM) type three-dimensional (3D) printing technique. The functional MWCNT/ABS nanocomposites were converted into monofilament form by a special extrusion die.  As a result of characterization tests, the optimum 3D printing temperature and loading ratio of MWCNT are determined as 250 °C and 10 wt%, respectively. This sample, which has the lowest volume resistivity as 2.13E7 ohm.cm. The presence of MWCNT in ABS matrix resulted in a significant improvement in elastic modulus and thermal properties, but a decrease in elongation at break and impact strength. In this study, it was revealed that the MWCNT nanofiller in ABS matrix can change the morphology of the 3D printed sample as foam-like porous structures, which possibly leads to reduced resistance to stress.