Seçici lazer sinterleme eklemeli imalat yöntemiyle termoplastik matrisli kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of thermoplastic composites by selective laser sintering additive manufacturing method
Yazar: UMUT CAN CİNGÖZ
Danışman: DOÇ. DR. ALPTEKİN KISASÖZ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BURÇİN ÖZBAY KISASÖZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Kompozit malzemeler = Composite materials ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Polimer malzemeler = Polymer materials

Özet:
Seçici Lazer Sinterleme (SLS) yöntemi, termoplastik polimerlerin ve polimer kompozit malzemelerin eklemeli üretim için umut verici bir tekniktir. Poliamid ailesi, SLS için en yaygın kullanılan matris malzemesi olarak bilinmektedir. Polimer matrisin fiziksel, mekanik ve tribolojik özelliklerini geliştirmek için çeşitli katkı maddeleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada, PA 11 ve PA 12 matrisli kompozitler, %10 ve %20 içi boş seramik mikroküre takviyesi ile SLS yöntemi kullanılarak üretilmiştir.  İçi boşluklu yapıya sahip ve mikron boyutlarındaki katkıların ilavesiyle elde edilen kompozitlerde hafiflik, mekanik ve tribolojik özelliklerin değişimi incelenmiştir. Seramik mikroküre katkılı kompozit numuneler özellikle hafiflik sağlamak amaçlı geliştirilmiştir. Ayrıca, mekanik özelliklerden de fazla ödün verilmemiştir. Üretim öncesinde, polimer matrisler ve seramik katkı maddeleri kuru karıştırma yöntemi kullanılarak döner tamburda karıştırılmıştır. Daha sonra, toz karışımının termal özelliklerini karakterize etmek için Diferansiyel Tarama Mikroskobu (DSC) ve Termogravimetrik Analiz (TGA) yoluyla termal analiz yapılmıştır. Üretim parametreleri SLS üretiminde çok önemli bir rol oynamaktadır. Katkısız PA 11 ve PA 12 ile kompozit karışımlar SLS yöntemiyle farklı lazer gücü, lazer tarama hızı ve lazer tarama mesafesi gibi parametrelerle üretilmiştir ve farklı enerji değerlerinin fiziksel, mekanik ve tribolojik özellikler üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sinterlenmiş numunelere çekme, darbe, üç nokta eğme ve aşınma testleri uygulanmış ve mekanik özellikleri incelemek amacıyla çekme ve darbe testi numunelerinin kırılma yüzeyleri incelenmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda, 12 farklı parametre içinden mekanik testler için 2 parametre seçilmiştir. Poliamid yapıya ilave edilen katkılarla yoğunluk değerlerinde %10'a kadar bir azalma tespit edilmiştir. Bununla birlikte elde edilen yoğunluk azalması mekanik dayanımda belirgin bir düşüşe neden olmamıştır. Ayrıca katkı ve enerji yoğunluğu arttıkça uzama değerlerinde ve elastisite modülünde artış sağlanmıştır.

Abstract:
Selective Laser Sintering (SLS) holds promise as a technique for additively manufacturing thermoplastic polymers and polymer composite materials. The polyamide family is widely recognized as a primary matrix material for SLS, with various additives used to enhance the physical, mechanical, and tribological properties of the polymer matrix. In the context of this study, composites featuring PA 11 and PA 12 matrices were produced using the SLS method with 10% and 20% hollow ceramic microsphere reinforcement. The investigation focused on the changes in lightweight, mechanical, and tribological properties resulting from the addition of micron-sized additives with a hollow structure. This study also involved the development of ceramic microsphere-doped composite specimens specifically aimed at lightweighting, with minimal compromise to mechanical properties. Prior to production, the polymer matrices and ceramic additives were blended in a rotary drum using a dry mixing method. Subsequently, thermal analysis utilizing Differential Scanning Microscopy (DSC) and Thermogravimetric Analysis (TGA) was carried out to characterize the thermal properties of the powder blend. Furthermore, the influence of production parameters, including laser power, laser scanning speed, and laser scanning distance, on physical, mechanical, and tribological properties was investigated through the production of composite blends with undoped PA 11 and PA 12 using SLS with varying energy values. A series of tests including tensile, impact, three-point bending, and abrasion tests were conducted on the sintered specimens to assess their mechanical properties. The fracture surfaces of the tensile and impact test specimens were then examined. Through the experimental studies, two parameters were chosen for mechanical testing out of twelve different parameters. It was observed that the addition of additives to the polyamide structure resulted in a reduction of up to 10% in density values, without causing a significant decrease in mechanical strength. Moreover, an increase in doping and energy density led to higher elongation values and modulus of elasticity.