Atık plastik maddeden 3D yazıcılar için filament üretimi ve mekanik analizi
Filament manufacturing and mechanical analysis for 3D printers from waste plastic material
Yazar: OSMAN SAĞLAM
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ ÖZGEDİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde birçok üründe kullanılan plastik malzemeler hem üretim aşamasında hem de ürünün kullanımından sonra atık oluşturmaktadır. Bu atıklar yüzyıllar boyunca doğada çözünmeden kalabilmekte olup bunların geri dönüştürülmesi gezegenimiz için büyük önem taşımaktadır. Plastik esaslı malzemelerin önemli üretim yöntemlerinden biri plastik malzemenin eritilerek üst üste yığılmasını içeren ve 3D yazıcılarda yaygın şekilde kullanılan Eriyik Yığma Modelleme (EYM) yöntemidir. EYM yöntemi ile 3D yazıcılardan parça üretilebilmesi için filament adı verilen termoplastik hammaddeye ihtiyaç vardır. Bu çalışma kapsamında EYM yönteminde kullanılmak üzere Polilaktik Asit (Polylactic Acid, PLA) hammaddesinden üretilmiş çubuk formundaki malzemelerin kırılması ile elde edilen atık PLA malzemesi ile ham PLA malzemesi sırasıyla %100 PLA, %70 PLA - %30 atık PLA, %50 PLA - %50 atık PLA ve %30 PLA - %70 atık PLA olarak dört farklı karışım oranında homojen olarak karıştırılıp plastik granül üretimi gerçekleştirildikten sonra aynı oranlarda dört farklı filament üretilmiştir. Bu filamentlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi için Taguchi'nin standart L'16 deneysel tasarım yöntemi kullanılarak, Hammadde-Atık Oranı, Doluluk Oranı, Nozul Sıcaklığı, Tabla Sıcaklığı ve Baskı Hızı parametreleri ile TS EN ISO 571-2 5A standardına göre 3D yazıcıdan çekme testi numuneleri üretilmiş ve çekme testleri yapılmıştır. Elde edilen Elastisite Modülü, Çekme Dayanımı, Çekme Uzaması, Kopma Dayanımı ve Kopma uzaması değerleri Minitab programında analiz edilmiştir. Hammadde oranının Elastisite Modülü, Çekme ve Kopma Uzaması üzerinde en etkili parametre olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca nozul sıcaklığının ise Çekme ve Kopma Dayanımı üzerinde en etkili parametre olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Plastic materials used in many products today create waste both during the production phase and after the use of the product. These wastes can remain undissolved in nature for centuries and their recycling is of great importance for our planet. One of the important production methods of plastic-based materials is the Fused Deposition Modeling (FDM) method, which involves melting and stacking the plastic material in a row and is widely used in 3D printers. In order to produce parts from 3D printers with the FDM, a thermoplastic raw material called filament is needed. In this study, waste and raw Polylactic Acid material obtained by breaking the dog bone materials produced from PLA raw material to use in the FDM method, plastic granules were produced by mixing homogeneously in four different mixing ratios as 100% PLA, 70% PLA - 30% waste PLA, 50% PLA - 50% waste PLA and 30% PLA - 70% waste PLA respectively. To examine the mechanical properties of these filaments, tensile test specimens were produced and tested from the 3D printer according to TS EN ISO 571-2 5A by using Taguchi's standard L'16 experimental design method, considering the Raw Material - Waste Ratio, Filling Ratio, Nozzle Temperature, Table Temperature and Printing Speed parameters. The obtained Tensile Modulus, Tensile Strength, Stress at Tensile Strength, Stress at Break and Strain at Break were analyzed in Minitab program. It was determined that the raw material ratio is the most effective parameter on Tensile Modulus, Stress at Tensile Strength and Strain at Break. In addition, it was observed that nozzle temperature is the most effective parameter on Tensile Strength and Stress at Break.