Kolemanit parçacık takviyeli PLA kompozit filament üretimi ve karakterizasyonu
Colemanite particle reinforced PLA composite filament production and characterization
Yazar: SELİM YAVUZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AĞAH AYĞAHOĞLU ; PROF. DR. HİLMİ YURDAKUL
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada eriyik yığma modelleme metodunu (FDM) kullanarak, parça imalatını sağlayan 3D yazıcıların, hammaddesi olan filamentler üzerinde araştırmalar yapılmış olup, kolemanit katkılı kompozit filament üretimi sağlanmıştır. Granül halindeki PLA'nın solvent içerisinde çözdürülmesi ile içinde birden fazla mineral barındıran toz halindeki kolemanitin (2CaO.3B2O3.5H2O), ağırlıkça sırasıyla %1, %2, %3 oranlarınca eklenip, karışımı sağlanmıştır. Elde edilen kompozit karışım, mekanik öğütücü vasıtasıyla granül boyutuna indirgenmiştir. Granül haldeki PLA- Kolemanit karışımı ve referans olarak kullanılacak olan saf PLA granülleri, çift vidalı plastik ekstrüzyon makinesinde, 1.75 mm çapında filament haline getirilmiştir. Çalışmada kolemanit katkılı, yanma direnci arttırılmış kompozit filament üretimi hedeflenmiştir. Saf PLA'dan elde edilen filament ve kompozit filamentler ile 3D yazıcıdan, çekme testi, darbe testi, yanmazlık testi için standart olarak belirlenen numunelerin baskıları alınmıştır. Çekme deneyi gerçekleştirildikten sonra, numunelerin SEM analizleri yapılmıştır. Darbe deneyi için 45 mm çapında 3 mm yüksekliğinde tasarlanan numuneler, Düşük Hızlı Darbe Test cihazından 3 kg yük ve konik uç ile 10 cm yükseklik şartları altında test edilmiştir. UL94 yanmazlık testi için 12,7 mm x 127 mm ebatlarında numuneler üretilmiş ve yanmazlık testine tabii tutulmuştur. Kolemanitin mineral yapısından kaynaklanan, içerisinde bulundurduğu çeşitli bileşikler neticesinde, yanma deneyinde olumsuz sonuçlar elde edilmiştir. Yapılan çekme deneyi ile kolemanit tozunun PLA yapısına uyum sağladığı görülmüştür. Oluşturduğu lifli yapılar ile sayesinde, kompozitin sünek bir yapıda olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study, researches were carried out on the filaments, which are the raw materials of 3D printers that provide part manufacturing, by using the fused deposition modeling method (FDM), and the production of colemanite-added composite filament was provided. By dissolving the granular PLA in the solvent, colemanite (2CaO.3B2O3.5H2O) in powder form, which contains more than one mineral, was added at the rates of 1%, 2%, and 3% by weight, respectively, and the mixture was provided. The resulting composite mixture was reduced to granule size by means of a mechanical grinder. Granular PLA-Colemanite mixture and pure PLA granules to be used as a reference were turned into filaments with a diameter of 1.75 mm in a twin screw plastic extruder. In the study, it was aimed to produce colemanite added composite filament with increased combustion resistance. With the filament and composite filaments obtained from pure PLA, the samples determined as the standard for the tensile test, impact test, and flammability test were printed from the 3D printer. After the tensile test was performed, SEM analyzes of the samples were made. The samples designed for the impact test with a diameter of 45 mm and a height of 3 mm were tested under the Low Speed Impact Tester with a load of 3 kg and a conical tip under 10 cm height conditions. For UL94 flammability test, 12.7 mm x 127 mm samples were produced and subjected to flammability test. Negative results were obtained in the combustion test as a result of various compounds that colemanite contains, originating from its mineral structure. With the tensile test, it was seen that the colemanite powder adapts to the PLA structure. Thanks to the fibrous structures it creates, it has been observed that the composite has a ductile structure.