Üç boyutlu yazıcılarda PC (Polikarbonat) filament kullanımında işleme ve ortam parametrelerinin mekanik özelliklere etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of processing and environment parameters on mechanical properties in the use of PC (Polycarbonate) filament in three-dimensional printers
Yazar: ŞENER HALCI
Danışman: PROF. DR. ABDULKADİR GÜLLÜ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Teknoloji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Polikarbonat = Polycarbonate

Özet:
3D baskı teknolojisi, son yıllarda hem endüstriyel hem de akademik alanda hızla gelişen bir alan olup, farklı malzemelerin kullanımıyla yeni uygulama alanları açmaktadır. Polikarbonat, yüksek mukavemet, sertlik ve ısı direnci özellikleriyle öne çıkan bir termoplastik malzemedir. Bu çalışmada  üç boyutlu yazıcılarda kullanılan polikarbonat filamentlerin işleme ve ortam parametrelerinin mekanik özellikler üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Deneyler, özelleştirilmiş test protokolleri kullanılarak gerçekleştirilmiş ve elde edilen veriler, çeşitli istatistiksel analiz teknikleriyle değerlendirilmiştir. Ergiterek yığma ile modelleme (FDM) üretim teknolojisi ve polikarbonat malzemesi kullanılarak farklı nozzle sıcaklığı, tabla sıcaklığı, baskı hızı, dolgu yoğunluğu ve ortam parametrelerine sahip çekme testi numuneleri üretilmiş ve bu parametrelerdeki değişimlerin çekme dayanımına olan etkileri incelenmiştir. Numuneler iki farklı ortam parametresine göre 6 grup halinde basılarak hazırlanmıştır. Nemli oda sıcaklığı ortamı numuneler A harfi ile kodlanmış, filament kurutma kutusunda 6 saat ısıtılarak 600 °C ve %5 nemli ortamda baskı işlemi yapılan numuneler B harfi ile kodlanmıştır. 12 adet numune FDM teknolojisi ile basılarak üretilmiştir. Tüm numunelere mekanik çekme testi uygulanmıştır. Mekanik çekme testi sonucunda, çekme dayanımı en yüksek; nozzle sıcaklığı 240 °C, tabla sıcaklığı 100 °C, baskı hızı  90 mm/s, doluluk oranı  %100, oda sıcaklığı ve nem oranı parametreleri ve 6A deney kodu ile üretilen numunede 42,6205 N/mm2 değerinde olduğu görülmüştür.  Çekme dayanımı en düşük; nozzle sıcaklığı 260 °C, tabla sıcaklığı 120 °C, baskı hızı 30 mm/s, doluluk oranı %50, oda sıcaklığı ve nem oranı parametreleri ve 1A deney kodu ile üretilen numunede 18,6949 N/mm2 değerinde olduğu görülmüştür. Bu durumda baskı sıcaklık, hız, dolgu parametreleri, polikarbonat filamentler ile basılan ürünlerde, çekme mukavemetini önemli ölçüde etkilediği görülmüştür. Ayrıca ortam parametrelerindeki değişikliklerin etkileri incelediğinde, flament kurutma makinası ile nem oranı azaltılmış ortamda basılan numunelerin, oda sıcaklığı ve neminde basılan numunelere göre boyun verip uzayarak koptuğu gözlemlenmiştir.   Bu tez, 3D baskı süreçlerinde Polikarbonat (PC) filament kullanımının optimize edilmesi için önemli bilgiler sunmakta ve bu malzemenin daha verimli kullanımı için rehberlik etmektedir.

Abstract:
3D printing technology has been a rapidly developing field in both industrial and academic fields in recent years, opening up new application areas with the use of different materials. Polycarbonate is a thermoplastic material that stands out with its high strength, hardness and heat resistance properties. In this study, the effects of processing and environmental parameters of polycarbonate filaments used in three-dimensional printers on mechanical properties were investigated. Experiments were carried out using customized test protocols and the obtained data were evaluated with various statistical analysis techniques. Tensile test samples with different nozzle temperature, table temperature, printing speed, infill density and environmental parameters were produced using fusion deposition modeling (FDM) production technology and polycarbonate material, and the effects of changes in these parameters on tensile strength were investigated. The samples were prepared by printing in 6 groups according to two different environmental parameters. Humid room temperature environment samples were coded with the letter A, and the samples that were heated in the filament drying box for 6 hours and printed at 600 ° C and 5% humidity were coded with the letter B. 12 samples were printed with FDM technology. All samples were subjected to mechanical tensile test. As a result of the mechanical tensile test, it was observed that the highest tensile strength was 42.6205 N/mm2 in the sample produced with the parameters of nozzle temperature 240 °C, table temperature 100 °C, printing speed 90 mm/s, fullness ratio 100%, room temperature and humidity ratio and test code 6A. It was observed that the lowest tensile strength was 18.6949 N/mm2 in the sample produced with the parameters of nozzle temperature 260 °C, table temperature 120 °C, printing speed 30 mm/s, fullness ratio 50%, room temperature and humidity ratio and test code 1A. In this case, it was observed that printing temperature, speed, filling parameters significantly affected the tensile strength in products printed with polycarbonate filaments. In addition, when the effects of changes in environmental parameters were examined, it was observed that the samples printed with filament dryer in an environment with reduced humidity gave necks, elongated and broke compared to the samples printed at room temperature and humidity. This thesis provides important information for optimizing the use of Polycarbonate (PC) filament in 3D printing processes and provides guidance for more efficient use of this material.