Oksetik (auxetıc) kompozit malzemelerin geliştirilmesi
Development of auxetic composite materials
Yazar: EMRE DEMİR
Danışman: PROF. DR. AYŞE BEDELOĞLU
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Polimer Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Son yıllarda eklemeli imalat (Eİ) olarak hayatımızda yer alan üç boyutlu yazıcı 
teknolojisi hızla yaygınlaşmakta ve gelişmektedir. Uzay, savunma, havacılık, spor, 
otomotiv, gıda, biyomedikal, inşaat ve tıp gibi alanlarda hızlı bir şekilde yer bularak 
son zamanların en yaygın kullanılan teknolojileri arasındadır. Üç boyutlu yazıcıların 
farklı tipleri ve çalışılabilecek geniş malzeme yelpazesiyle metal ve seramik 
malzemelerin yanısıra termoplastik malzemelerinde yaygın kullanımıyla bilimsel 
araştırmalarda farklı konuların ele alınması mümkün olmuştur. Üç boyutlu yazıcılarda 
PLA (Polilaktik Asit) malzemesi yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. PLA 
termoplastik polimerler olduğu için geri dönüştürülebilir malzemedir. PLA, biyo 
çözünür özelliği ile medikal ve ambalaj alanında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. 
Bu çalışma kapsamında, sandviç kompozitlerde yenilikçi çekirdek yapı tasarımı ve 
üretimi gerçekleştirmek için eklemeli imalat yöntemi kullanılmıştır. Pozitif Poisson 
oranına sahip oksetik olmayan geleneksel Bal Peteği yapısı ile negatif Poisson oranına 
sahip Yeniden Girintili ve tasarımda modifikasyon gerçekleştirilerek Geliştirilmiş 
Yeniden Girintili çekirdek tasarımı üretilmiştir. Üç farklı tasarıma sahip yapılar için 
eklemeli imalat yöntemi ile katmanlı üretim gerçekleştirilmiştir. Çekme, üç nokta 
eğme ve basma testi için ASTM standartlarına uygun numuneler üretilmiştir. 3B baskı 
ile üretilen basma ve üç nokta eğme numunelerinin karbon elyaf ve epoksi 
malzemeleriyle çekirdek yapının alt ve üst yüzeyleri kaplanması sağlanmıştır. Böylece 
sandviç kompozit yapı oluşturulmuştur. Gerçekleştirilen testlere göre numunelerin 
mekanik özellikleri ve farklı tasarıma sahip çekirdek hücrelerin Poisson oranları 
incelenmiştir. 
Literatürde gerçekleştirilen çalışmalara göre negatif Poisson oranına sahip oksetik 
özellikteki Yeniden Girintili tasarımların geleneksel pozitif Poisson oranına sahip 
oksetik olmayan Bal Peteği tasarımına göre daha üstün üç nokta eğme ve basma 
dayanım değeri olduğu tespit edilmiştir.  
Yapılan bu çalışmanın sonucunda üç nokta eğme testine göre Geliştirilmiş Yeniden 
Girintili sandviç yapıda geleneksel Bal Peteği ve Yeniden Girintili sandviç yapıya göre 
daha yüksek mukamevete sahip olduğu gözlemlenmiştir. Üç nokta eğme testinde Bal 
Peteği sandviç yapı 142,15 MPa, Yeniden Girintili sandviç yapı 150,68 MPa ve 
Geliştirilmiş Yeniden Girintili sandviç yapı 160,83 MPa değerlerine ulaştığı 
görülmektedir. 
Gerçekleştirilen basma testine göre Geliştirilmiş Yeniden Girintili sandviç yapıda 
geleneksel Bal Peteği ve Yeniden Girintili sandviç yapıya göre daha yüksek 
mukavemete sahip olduğu gözlemlenmiştir. Basma testinde Bal Peteği sandviç yapı 
88,7 MPa, Yeniden Girintili sandviç yapı 114,66 MPa ve Geliştirilmiş Yeniden 
Girintili sandviç yapı 125 MPa değerlerine ulaştığı görülmektedir. 
Gerçekleştirilen bu çalışma kapsamında en yüksek üç nokta eğme ve basma 
dayanımına sahip Geliştirilmiş Yeniden Girintili sandviç yapı olduğu hem deneysel, 
hem de analiz verilerine göre doğrulanmıştır. En düşük üç nokta eğme ve basma 
dayanımına sahip tasarım ise geleneksel Bal Peteği sandviç kompozit yapısına ait 
olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In recent years, three-dimensional printing technology, which has become part of our 
lives as additive manufacturing (AM), is rapidly becoming widespread and 
developing. It is among the most widely used technologies of recent times, rapidly 
finding a place in fields such as space, defense, aviation, sports, automotive, food, 
biomedical, construction and medicine. With the different types of three-dimensional 
printers and the wide range of materials that can be worked with, and the widespread 
use of thermoplastic materials as well as metal and ceramic materials, it has become 
possible to address different topics in scientific research. PLA (Polylactic Acid) 
material is widely used in three-dimensional printers. Since PLA is thermoplastic 
polymers, it is a recyclable material. PLA is widely used in the medical and packaging 
fields with its biodegradable feature. 
Within the scope of this study, additive manufacturing method was used to realize 
innovative core structure design and production in sandwich composites. A non
auxetic traditional Honeycomb structure with a positive Poisson ratio and a Re-entrant 
core design with a negative Poisson ratio and an Improved Re-entrant core design by 
modification of the design were produced. Additive manufacturing was carried out 
using the additive manufacturing method for structures with three different designs. 
Samples complying with ASTM standards were produced for tensile, three-point 
bending and compression tests. The upper and lower surfaces of the core structure 
were covered with carbon fiber and epoxy materials of the compression and three
point bending samples produced by 3D printing. Thus, a sandwich composite structure 
was created. According to the tests performed, the mechanical properties of the 
samples and the Poisson ratios of the nuclear cells with different designs were 
examined.  
According to studies carried out in the literature, it has been determined that auxetic 
Re-entrant designs with negative Poisson's ratio have superior three-point bending and 
compressive strength values than the traditional non-auxetic Honeycomb design with 
positive Poisson's ratio. 
As a result of this study, it was observed that the Improved Re-entrant sandwich 
structure had higher strength than the traditional Honeycomb and Re-entrant sandwich 
structure, according to the three-point bending test. In the three-point bending test, it 
is seen that the Honeycomb sandwich structure reaches 142.15 MPa, the Re-entrant 
sandwich structure reaches 150.68 MPa and the Improved Re-entrant sandwich 
structure reaches 160.83 MPa. 
According to the compression test performed, it was observed that the Improved Re
entrant sandwich structure had higher strength than the traditional Honeycomb and Re
entrant sandwich structure. In the compression test, it is seen that the Honeycomb sandwich structure reaches 88.7 MPa, the Re-entrant sandwich structure reaches 
114.66 MPa and the Improved Re-entrant sandwich structure reaches 125 MPa. 
Within the scope of this study, it has been confirmed according to both experimental 
and analysis data that it is an improved re-entrant sandwich structure with the highest 
three-point bending and compressive strength. It was determined that the design with 
the lowest three-point bending and compressive strength belonged to the traditional 
honeycomb sandwich composite structure.