Eklemeli imalat ile üretilen sürekli fiber takviyeli termoplastik malzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of continuous fiber reinforced thermoplastic materials produced by additive manufacturing
Yazar: FATİH BULUN
Danışman: PROF. DR. GÖKHAN KÜÇÜKTÜRK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Polimer kompozitler = Polymer composites ; İleri imalat teknolojisi =

Özet:
Sürekli fiber takviyeli termoplastik kompozitlerin eklemeli imalat ile üretimi, malzemelerin mekanik özelliklerini iyileştirmek için yeni imkanlar sunmaktadır. Bu tez, eklemeli imalat ile üretilen sürekli fiber takviyeli ULTEM 9085 malzemelerin mekanik özelliklerini incelemektedir. Temel amaç, farklı fiber oranları ve baskı parametrelerinin bu malzemelerin mekanik performansı üzerindeki etkilerini analiz etmektir. Yapılan çalışmada çekme, eğme ve darbe mekanik özellikleri deneysel olarak incelenmiştir. Deney sonuçlarında Taguchi metodu ve ANOVA yardımı ile çıktılar üzerinde etkisi en yüksek olan parametreler tespit edilmiştir. Çalışmada kullanılan ULTEM 9085 malzemesi ve sürekli karbon fiber takviyesi özellikle havacılık ve uzay uygulamalarında kullanım potansiyeli çok yüksek olan malzemelerdir. Bu sektör için büyük önem arz eden üretim süreleri ve maliyetler de çalışmada ele alınmıştır. Çalışmanın bulguları, yüksek performanslı fiber takviyeli termoplastik kompozitlerin üretilmesi için eklemeli imalat süreçlerinin optimizasyonuna katkıda bulunmaktadır. Geleneksel kompozit malzemelerde karşılaşılan yüksek fiber oranlarına kıyasla %3 ila %10 arasında düşük fiber hacim oranı kullanılan çalışmada çekme mukavemetinin 2 kat eğme mukavemetinin 1,5 kat ve darbe dayanımının da 3,5 kat arttığı gözlemlenmiştir. Bu bilgiler, özellikle havacılık ve otomotiv gibi malzeme performansının kritik olduğu endüstriler için değerlidir. Sonuç olarak bu araştırma, eklemeli imalat ile üstün mekanik özelliklere sahip sürekli fiber takviyeli termoplastik kompozitlerin optimum parametreler ile üretebileceğini göstermektedir. Gelecek çalışmalar, bu malzemelerin uzun vadeli dayanıklılığını ve çevresel etkilerini keşfetmeye odaklanacak olup, çeşitli yüksek talep gören sektörlerdeki uygulanabilirliklerini daha da artırmayı hedeflemektedir.

Abstract:
The additive manufacturing of continuously fiber reinforced thermoplastic composites offers new opportunities to enhance the mechanical properties of these materials. This study investigates the mechanical properties of continuously fiber reinforced ULTEM 9085 materials produced by additive manufacturing. The primary objective is to analyze the effects of different fiber ratios and printing parameters on the mechanical performance of these materials. The study experimentally examines the tensile, flexural, and impact mechanical properties. Using the Taguchi method and ANOVA, the parameters with the highest impact on the outcomes were identified. The ULTEM 9085 material and continuous carbon fiber reinforcement used in this study are materials with high potential for aerospace and aviation applications. The study also addresses production times and costs, which are critical for these sectors. The findings contribute to the optimization of additive manufacturing processes for producing high-performance fiber-reinforced thermoplastic composites. Compared to traditional composite materials, which often use high fiber ratios, this study observed significant improvements with fiber volume ratios ranging from 3% to 10%. Specifically, tensile strength increased by 2 times, flexural strength by 1.5 times, and impact resistance by 3.5 times. These insights are particularly valuable for industries such as aerospace and automotive, where material performance is critical. In conclusion, this research demonstrates that additive manufacturing can produce continuously fiber reinforced thermoplastic composites with superior mechanical properties using optimized parameters. Future studies will focus on exploring the long-term durability and environmental impacts of these materials, aiming to further enhance their applicability in various high-demand sectors.