Karbon elyaf takviyeli poliamid 66 filament kullanılarak FDM tipi yazıcılarda üretim parametrelerinin optimizasyonu
Optimization of production parameters in FDM type printers using carbon fiber reinforced polyamide 66 filament
Yazar: BAGDAULYET YERMURAT
Danışman: DOÇ. DR. ÖMER SEÇGİN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN İYİBİLGİN
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Eriyik yığma modelleme (Fused deposition modeling; FDM) birçok endüstri alanında plastik ve kompozitlerin üç boyutlu olarak yazdırılmasında yaygın olarak kullanılan tekniklerden biridir. Üç boyutlu yazıcı önceleri prototip amaçla geliştirirken, günümüzde imalata odaklı gelişmektedir. Üç boyutlu yazıcılarda imalat yapıldığında atık malzeme az olması ve kullanılan malzemelerin geri dönüşüm yapılarak tekrar kullanılması çevre kirliliğini azaltmaktadır. Üç boyutlu yazıcı ile imalat yapılırken %0 ile %100 doluluk oranlarında üretim yapılabilmektedir. Bu nedenle üç boyutlu yazıcıda doluluk oranın değişken olması hem baskı süresinin hem de kullanılacak malzeme ağırlığının az olması demektir. Bu da günümüzde hem maliyet açısından hem de çevre açısından çok önemlidir. Bu çalışmada 1,75 mm PA66-KE kompozit karbon elyaf filament kullanılmış olup, üretilen parçalara birçok mekanik test uygulanmıştır. Taguchi metodu kullanılarak yazdırma parametrelerinin optimum seviyeleri belirlenmiştir. Bu bağlamda; nozul sıcaklığı, dış duvar sayısı, doluluk oranı ve desen tipi üretim parametreleri olarak seçilmiştir. Her bir parametre için üçer farklı seviye belirlenmiştir. Parametrelere seviyeleri olarak; üç farklı nozul sıcaklığı (255ºC, 270ºC ve 285ºC), üç farklı dış duvar sayısı (5, 7 ve 9), üç farklı doluluk oranı (%40, %60 ve %80) ve üç farklı desen tipi (Doğrusal, Bal peteği ve Gyro) kullanılmıştır. Çekme testi için ASTM D638 tip 1, Basma testi için ASTM D695, 3 nokta eğme testi için ASTM D790 ve İzod darbe testi için ASTM D256 standartlarına uygun şeklinde test numuneler üretilip deneyler yapılmıştır. Deney sonuçlarına etki eden parametrelerin optimum değerleri Sinyal/Gürültü analizi ile elde edilmiştir. Ayrıca, Sinyal / Gürültü analizinden çekme, basma ve eğme testleri için parametre optimizasyonu yapılmıştır. Belirlenen optimum değerlere göre üçer adet numune tekrardan üretilip doğrulama deneyleri yapılmıştır. Yapılan deney sonuçlarına göre doluluk oranı, nozul sıcaklığı ve dış duvar sayısı arttıkça mekanik özelliklerinde artış tespit edilmiştir. Optimizasyon parametreleri ile üretilen doğrulama numunelerinde yapılan mekanik testlerde de artış tespit edilmiştir. Ayrıca, parametrelerin etkinliği varyans analizi ile incelenmiştir. Ayrıca PA66-20KE malzemesi havadaki nemi emmeye müsait kompozit bir malzeme olduğundan dolayı, parça üretiminden hemen sonra ağırlık ölçümü alınmıştır. Daha sonra oda sıcaklığında 10 gün bekletildikten sonraki ağırlık ölçümü de alınarak, 10 günlük ağırlık değişimi incelenmiştir.

Abstract:
Fused deposition modeling (FDM) is one of the most widely used techniques for three-dimensional printing of plastics and composites in many industries. While three-dimensional printers were initially developed for porotyping purposes, today they are focused on manufacturing. When manufacturing is done in three-dimensional printers, the waste material is less and the materials used are recycled and reused, reducing environmental pollution. When manufacturing with a three-dimensional printer, production can be made at 0% to 100% infill rates. For this reason, the variable infill rate in the three-dimensional printer means that both the printing time and the weight of the material to be used are low. This is very important today both in terms of cost and environment. In this study, 1.75 mm PA66-KE composite carbon fiber filament was used and many mechanical tests were applied to the produced parts. The optimum levels of printing parameters were determined using Taguchi method. In this context; nozzle temperature, number of outer walls, infill rate and pattern type were selected as production parameters. Three different levels were determined for each parameter. Three different nozzle temperatures (255ºC, 270ºC and 285ºC), three different number of outer walls (5, 7 and 9), three different fill rates (40%, 60% and 80%) and three different pattern types (Linear, Honeycomb and Gyro) were used as parameter levels. Test specimens were manufactured and tested in accordance with ASTM D638 type 1 for tensile test, ASTM D695 for compression test, ASTM D790 for 3-point bending test and ASTM D256 for Izod impact test. The optimum values of the parameters affecting the test results were obtained by Signal/Noise analysis. In addition, parameter optimization was performed for tensile, compression and flexure tests from Signal/Noise analysis. Three specimens were reproduced according to the optimum values determined and verification tests were performed. According to the results of the experiments, it was determined that the mechanical properties increased as the infill rate, nozzle temperature and number of outer walls increased. An increase was also detected in the mechanical tests performed on the verification samples produced with the optimization parameters. In addition, the effectiveness of the parameters was analyzed by analysis of variance. In addition, since PA66-20KE material is a composite material that is capable of absorbing moisture in the air, weight measurement was taken immediately after the production of the part. Then, the weight measurement was taken after 10 days at room temperature and the 10-day weight change was analyzed.