Binder jetting tipi 3 boyutlu yazıcılarda yapıştırıcı tipinin ürünün mekanik özelliklerine etkisinin deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of the effect of binder type on the mechanical properties of the product in binder jetting type 3D printer
Yazar: EMRECAN MAKARAÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN İYİBİLGİN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Tasarım ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Binder jetting teknolojisi bir eklemeli imalat yöntemidir. Bu teknolojide bir toz yatağı üzerine seçici olarak püskürtülen sıvı bağlayıcı ile tozların bağlanması sağlanır. Bu işlem katman katman nihai parça üretilene kadar tekrarlanır. Bu yöntem ile parça üretmek için, çeşitli seramikler, metaller, polimerler dahil olmak üzere pek çok toz halinde bulunan hammadde kullanılabilir. Aynı zamanda üretim aşamasında herhangi bir ısı girdisi olmadığında artık gerilmelerin oluşmaması, renkli ve hızlı üretime imkan tanıması gibi özellikleri sebebiyle son yıllarda öne çıkan yötemlerdendir.
Bu çalışmada Binder jetting yöntemiyle üretiminde başarılı sonuçlar alınamayan HA (Hidroksiapatit) malzemesinin farklı tipte bağlayıcılar ile (toz ve sıvı) güçlü bir bağlanma sağlanarak başarılı sonuçlar alınması amaçlanmıştır. Hammadde olarak HA (Hidroksiapatit) toz halde kullanılmıştır. Toz bağlayıcı olarak PVA (Polivinil Alkol) ve Akrilik kullanılmıştır. Bu malzemeler toz halde HA tozlarıyla ağırlıkça %20, %30 ve %40 oranlarında karıştırılmıştır. Ayrıca bağlayıcı olarak %98 Su içeren HP45 kartuş ve ZB10 Bağlayıcı olmak üzere 2 farklı malzeme kullanılmıştır. Toplamda 6 farklı toz karışımı 2 farklı sıvı bağlayıcı ile numune üretimleri yapılmıştır. Binder Jetting yöntemiyle üretilen numuneler sinterlenmeden önceki hali için literatürde green part ifadesi kullanılmaktadır. Bu çalışmada numuneler üretildikten sonra sinterleme işlemi yapılmamıştır. Tüm test ve analizler green part üzerinde uygulanmıştır. Üretilen numunelerin mikro yapıları SEM ve XRD analizleri ile incelenmiştir. Numunelerin bağıl yoğunluk değeri ortalama %90 çıkmıştır ve proziteler düzensiz ve şekilsiz bir yapıya sahip olduğu görülmüştür. Akrilik ile yapılan üretimler beklenen sonuçları verememiş PVA ya göre çok düşük dayanımlarda kalmıştır. Ayrıca kullanılan HP 45 sıvı bağlayıcı ile ZB 10 bağlayıcıları karşılaştırıldığında ZB10 bağlayıcısının daha güçlü bir bağlanma sağladığı ve toz bağlayıcıların çözülmesinde HP45 e göre daha başarılı olduğu görülmüştür. %60HA ile %40 PVA karışımı ile sıvı bağlayıcı olarak kullanılan ZB10 varyasyonuyla üretilen numunelere yapılan basma testi sonuçlarında en rijit ve en yüksek dayanıma sahip olan varyasyon olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Binder jetting technology is an additive manufacturing method. In this technology, powders are bonded with a liquid binder selectively sprayed on a powder bed. This process is repeated layer by layer until the final part is produced. Many powdered raw materials, including various ceramics, metals, polymers, can be used to produce parts with this method. At the same time, it is one of the methods that has come to the fore in recent years due to its features such as the absence of residual stresses when there is no heat input during the production phase, and the possibility of colorful and fast production.
In this study, it is aimed to obtain successful results by providing a strong bond with different types of binders (powder and liquid) of HA (Hydroxyapatite) material, which cannot be produced with the Binder jetting method. As raw material, HA (Hydroxyapatite) was used in powder form. PVA (Polyvinyl Alcohol) and Acrylic were used as powder binders. These materials were mixed with powdered HA powders at 20%, 30% and 40% by weight. In addition, two different materials, HP45 cartridge containing 98% water and ZB10 Binder, were used as binders. In total, samples were produced with 6 different powder mixtures and 2 different liquid binders. For the samples produced by the Binder Jetting method before sintering, the term green part is used in the literature. In this study, sintering was not performed after the samples were produced. All tests and analyzes were performed on the green part. Microstructures of the produced samples were examined by SEM and XRD analysis. The relative density value of the samples was 90% on average and it was observed that the prosthesis had an irregular and amorphous structure. Productions made with acrylic could not give the expected results, and remained at very low strengths compared to PVA. In addition, when the HP 45 liquid binder and ZB 10 binders were compared, it was observed that the ZB10 binder provided a stronger bond and was more successful in dissolving the powder binders than HP45. In the compression test results made on the samples produced with the ZB10 variation used as a liquid binder with a mixture of 60%HA and 40% PVA, it was determined that it was the variation with the most rigid and highest strength.