3 boyutlu yazıcıda karbon fiber filamentten üretilen farklı dolgu deseni ve dolgu yoğunluğuna sahip numunelerin mekanik davranışlarının incelenmesi
Investigation of the mechanical behavior of samples with different filling pattern and filling density produced from carbon fiber filament in 3D printer
Yazar: BURÇİN CENGİZ
Danışman: PROF. DR. FATİH TAYLAN
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Basma deneyi = Compression test ; Karbon fiber = Carbon fiber ; Çekme deneyi = Tensile experiment

Özet:
Bu çalışmada üç boyutlu (3B) yazıcı kullanılarak üretilen karbon fiber numunelerin mekanik özelliklerini araştırmak amacıyla çekme ve basma deneyleri yapılmıştır. Deneylerde 5 farklı dolgu yoğunluğu (%20, %40, %60, %80 ve %100) ve 4 farklı desen çeşidi (gyroid, üçgen, zik zak ve ızgara) kullanılmıştır. Latis yapıları tasarım programlarıyla oluşturmanın zor olmasından dolayı, kullanıcıya tasarım konusunda kolaylık sağlaması açısından cihaz kütüphanesinde bulunan desen tipleri kullanılmıştır. Ayrıca bu desenler, çalışmanın karbon fiber malzeme dışında diğer malzemelerle yapılmış çalışmalarla kıyaslanması için de seçilmiştir. Numune boyutları; çekme deneyi için ASTM D638, basma deneyi için ASTM D695 standardına göre belirlenmiştir. Deney numune malzemesi olarak ESUN marka EPA-CF 1.75 mm doğal karbon fiber katkılı elyaf filament kullanılmıştır. Numunelerin 3 boyutlu yazıcı ile imalinde, yazdırma parametreleri olarak, yazdırma sıcaklığı 265 ℃, imalat tablası sıcaklığı 85 ℃ ve katman yüksekliği 0.2 mm olarak belirlenmiştir.  Sonuç olarak, 5 farklı dolgu oranında ve 4 farklı desen tipinde yapılan çalışmalarda çekme deneyi sonuçlarında dolgu oranı arttıkça; çekme gerilmesi, elastisite modülü, akma gerilmesi, rezilyans modülü ve kopma gerilmesi değerlerinde artış gözlemlenmiştir. Dolgu oranı azaldıkça kopmadaki uzama ve çekmedeki uzama değerlerinde artış görülmüştür. Basma deneyi sonuçlarına göre %100 ve %80 dolgu oranlı numunelerin elastisite modülü, rezilyans modülü ve akma dayanımı değerlerinde %60, %40 ve %20 dolgu oranlı numunelere göre daha yüksek değerler ölçülmüştür. Çekme ve basma deneyleri kıyaslandığında basma akma gerilmelerinin çekme akma gerilmelerine göre daha yüksek olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, tensile and compression tests were conducted to investigate the mechanical properties of carbon fiber samples produced using a three-dimensional (3D) printer. In the experiments, 5 different filling densities (20%, 40%, 60%, 80% and 100%) and 4 different pattern types (gyroid, triangle, zig-zag and grid) were used. Due to the difficulty of creating lattice structures with design programs, pattern types found in the device library have been used to provide ease of design for the user. Additionally, these patterns were chosen for comparison with studies done with other materials besides carbon fiber. Sample sizes were determined according to ASTM D638 for tensile tests and ASTM D695 for compressive tests. For the experimental sample material, ESUN brand EPA-CF 1.75 mm natural carbon fiber infused filament has been used. The printing parameters for the production of the samples with a 3D printer have been determined as follows: printing temperature of 265 ℃, build plate temperature of 85 ℃, and layer height of 0.2 mm. As a result, in studies conducted with 5 different filling ratios and 4 different pattern types, it was observed that as the filling ratio increased, the values of tensile stress, elastic modulus, yield stress, resilience modulus, and breaking stress also increased in the tensile test results. As the filler ratio decreased, an increase in elongation during rupture and elongation during tensile testing was observed. According to the results of the compression tests, the elastic modulus, resilience modulus, and yield strength values of the samples with 100% and 80% filler ratios were measured to be higher than those of the samples with 60%, 40%, and 20% filler ratios. When comparing tensile and compression tests, it was observed that the compression yield stresses were higher than the tensile yield stresses.