3B yazıcı ile üretilen karbon fiber takviyeli PLA parçalarında karbon fiber oranının mekanik özelliklere etkisi
The effects of carbon fiber ratio on mechanical properties in carbon fiber reinforced PLA parts produced by 3D printer
Yazar: MELTEM BESTE AKIN
Danışman: DOÇ. DR. YAKUP TURGUT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Eklemeli imalat (Eİ), bir diğer adıyla üç boyutlu (3B) üretim teknolojisi, geleneksel üretim yöntemlerinden farklı olarak üretilecek parçanın katmanlar halinde birbiri üzerine eklenerek üretildiği bir metottur. Bu yöntemlerden Ergiyik Biriktirme Modelleme (Fused Deposition Modeling-FDM), eklemeli imalatın en yaygın kullanılan yöntemlerinden biridir. FDM yöntemi ile çoğunlukla Polilaktik Asit (PLA) ve Akrilonitril Bütadien Stiren (ABS) gibi malzemeler tercih edilmektedir. Bu çalışmada, malzeme olarak farklı katkı oranlarında (% 10-15-20) karbon fiber ve etilen vinil asetat (Eva) bağlayıcı takviyeli PLA ve saf PLA filament kullanılmıştır. Bu filamentlerden farklı üretim parametreleri kullanılarak parçalar üretilmiştir. Üretilen bu parçaların mekanik karakterizasyonu araştırılmıştır. Bu parçalar üretilirken dört faktör ve dört seviyeden oluşan Taguchi L16 deney tasarımı kullanılmıştır. 16 adet parça üç tekrarlı olarak üretilmiştir. Test parçalarının üretimi; farklı nozul sıcaklıkları (205, 215, 225, 235 °C), farklı dolgu desenleri (D1:Lines, D2:Tri-Hexagon, D3:Gyroid, D4:Concentric) ve farklı baskı hızları (40, 50, 60, 70 mm/s) ve farklı malzemeler ile gerçekleştirilmiştir. Üretilen test parçalarına ASTM D638 ve ASTM D790 standartlarına uygun olarak çekme ve eğme testleri uygulanmıştır. Mekanik değişimler ve test sonuçları Varyans Analizi (ANOVA) uygulanarak değerlendirilmiştir. Çekme ve eğme test sonuçlarında, CF+Eva takviye oranı arttıkça akma dayanımında ve eğilme yükü dayanımında düşüş gözlenmiştir. Takviyelerin gözenekli yapı oluşturması sebebi ile matris sürekliliğini zayıflattığı ve ara yüz yapışmasını negatif yönde etkilediği sonucuna ulaşılmıştır. 225-235 °C nozul sıcaklıklarının, concentric dolgu deseninin ve 50 mm/s baskı hızının ise ideal sonuçlara ulaştırdığı görülmüştür.

Abstract:
Additive manufacturing (AD), also known as three-dimensional (3D) production technology, is a method in which the part to be produced is produced by adding layers to each other, unlike traditional production methods. Among these methods, Fused Deposition Modeling (FDM) is one of the most widely used methods of additive manufacturing. Materials such as Polylactic Acid (PLA) and Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) are mostly preferred with the FDM method. In this study, carbon fiber and ethylene vinyl acetate (Eva) binder reinforced PLA and pure PLA filament with different additive ratios (10-15-20%) were used as materials. Parts were produced from these filaments using different production parameters. The mechanical characterization of these manufactured parts was investigated. While producing these parts, Taguchi L16 experimental design consisting of four factors and four levels was used. 16 pieces were produced in triplicate. Production of test pieces; different nozzle temperatures (205, 215, 225, 235 °C), different infill patterns (D1:Lines, D2:Tri-Hexagon, D3:Gyroid, D4:Concentric) and different printing speeds (40, 50, 60, 70 mm) /s) and different materials. Tensile and bending tests were applied to the produced test pieces in accordance with ASTM D638 and ASTM D790 standards. Mechanical changes and test results were evaluated by applying Analysis of Variance (ANOVA). In the tensile and bending test results, a decrease was observed in yield strength and bending load strength as the CF+Eva reinforcement ratio increased. It was concluded that the reinforcements weaken the matrix continuity and negatively affect the interface adhesion due to the porous structure. It has been observed that nozzle temperatures of 225-235 °C, concentric fill pattern and 50 mm/s printing speed provide ideal results.