Kompozit baskı yapan 3 boyutlu yazıcının geliştirilmesi
Development of 3d printer capable of composite printing
Yazar: MUSTAFA GÜNEŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM ÇAYIROĞLU
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Üç boyutlu yazıcı = Three dimensional printer

Özet:
3 boyutlu yazıcı ile üretilen modeller henüz daha günlük yaşamda direk eşya ya da parça olarak kullanım sahası bulamamaktadır. Bunda en büyük etken malzemelerin mukavemet değerleri ya da tek bir parçanın üretim maliyetidir. Özellikle mukavemet konusunun aşılabilmesi için, PLA ya da ABS ile oluşturulacak faz yapının içerisine parçalı karbon fiber katılması gibi birtakım yöntemler kullanılmaktadır. Kompozit yapı üretmek için başka bir yol ise faz yapının içerisine sürekli tel şeklinde ek bir takviye yapılması fikridir. Bu fikir doğrultusunda yapılan çalışmada, öncelikle, kompozit yapıyı üretmek için geliştirilen bir ekstruder mekanizması, üretilen yazıcıya montajlanmıştır. Yazıcı da Matris malzeme olarak 3 farklı termoplastik polimer; takviye malzeme olarak ise 304 kalite paslanmaz çelik tel ve 316L kalite çelik tel kullanılarak; kompozitin dağılmasını önleyebilecek uygun polimer naylon olarak belirlenmiştir. Bu polimer ve belirtilen 2 farklı çelik tel ile öncelikle, aynı üretim desenine sahip 3 numune basılarak çekme testine tabi tutulmuştur.  
Sadece naylon kullanılarak üretilen numunenin çekme mukavemeti 33 MPa; 304 kalite çelik tel ile üretilen kompozit numunenin 42,7 MPa; 316L kalite çelik tel kullanılarak üretilen kompozit numunenin ise 123,9 MPa olmuştur. Böylelikle en mukavemetli kompozit yapının 316L kalite tel ile üretildiği belirlenmiştir. Kompozit yapıyı oluşturan üretim deseninin mukavemete olan etkisini araştırmaya yönelik, belirtilen 3 numunede kullanılan desen dışında, 3 farklı üretim deseni ile 6 numune daha basılarak, çekme testleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, 159 MPa çekme mukavemeti ile en iyi üretim desenin eş merkezli olduğunu ortaya koymuştur. Ardından günlük hayatta direkt olarak karşılığı bulunan bir kanca modeli tasarlanıp üretilerek, mukavemet performansını incelemek için çekme testi gerçekleştirilmiştir. 316L kalite çelik tel ile üretilen kancanın çekme mukavemeti 20,5 MPa iken; sadece naylon kullanılarak üretilen eşdeğerinin çekme mukavemeti 6,2 MPa olmuştur.

Abstract:
Models produced with a 3D printer are not yet available as direct objects or parts in everyday life. The major factor in this is the strength values of the materials or the production cost of a single piece. Particularly in order to overcome the strength issue, a number of methods are used, such as the incorporation of particulate carbon fiber into the phase structure to be formed with PLA or ABS. Another way to produce a composite structure is to make an additional reinforcement in the form of a continuous wire in the phase structure. In this work in the direction of this idea, firstly, an extruder mechanism developed for producing composites is assembled to the manufactured printer. The printer also has 3 different thermoplastic polymers as Matrix material; using 304 quality stainless steel wire and molybdenum alloy steel wire as reinforcement material; a suitable polymer nylon capable of preventing the dispersion of the composite. This polymer and the 2 steel wires mentioned were subjected to tensile test first by printing 3 samples with the same production pattern. 

The tensile strength of the sample produced using only nylon is 33 MPa; 42.7 MPa of composite specimen produced with 304 quality steel wire; while the composite sample produced using molybdenum alloy steel wire was 123.9 MPa. Thus, it has been determined that the most resistant composite structure is produced with molybdenum alloy wire. Tensile tests were carried out by printing 6 more samples with 3 different design patterns besides the design used in the 3 samples to investigate the strength effect of the production pattern that composes the composite structure. The obtained results show that the best production pattern is concentric with 159 MPa tensile strength. Then, a hook model with direct correspondence in daily life was designed and produced, and a tensile test was carried out to examine the strength performance. The tensile strength of the hook produced with molybdenum alloy steel wire is 20.5 MPa; the tensile strength of the equivalent produced using only nylon has been 6.2 MPa.