FDM teknolojisinde kullanılan fe tozu takviyeli kompozit filamentin üretim parametrelerinin, mekanik ve mikroyapı özelliklerinin belirlenmesi
Determination of production parameters, mechanical and microstructural properties of fe powder reinforced composite filament used in FDM technology
Yazar: MELİSA MEMİŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DİLŞAD AKGÜMÜŞ GÖK
İstanbul Aydın Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Erimiş Biriktirme Modelleme (FDM) olarak bilinen 3 boyutlu yazıcılarda kullanılan hammaddeler filamentlerdir. Filamentler; enjeksiyon, ekstrüzyon, soğutma, ölçüm ve sarma aşamaları olan filament ekstrüzyon makinelerinde üretilmektedirler. Özellikle prototip üretimi amacıyla kullanılan FDM teknolojisinin, artan seri üretim kapasitesi, geri dönüştürülebilirliği, çevre dostu olması ve atık azaltımı nedeniyle gelecekte daha yaygın olarak kullanılması beklenmektedir. Bu çalışmada kompozit filament üretimi öncesinde laboratuvar tipi filament ekstrüder makinesinde polilaktik asit (PLA), akrilonitril bütadien stiren (ABS) ve polietilen tereftalat glikol (PET-G) polimer granülleri ile ön testler yapılmış ve her bir polimer filament için işlem parametreleri belirlenmiştir. En düzgün filament yapısı ve optimum proses parametreleri (sıcaklık, enjeksiyon hızı, ekstrüzyon hızı ve sarım hızı) PLA'da elde edildiği için; kompozit filament aynı ekstrüder makinesinde PLA matrisine %5 demir (Fe) tozu takviye edilerek üretilmiştir. Üretilen filamentler çekme, sertlik, FTIR, yüzey pürüzlülüğü ve SEM-EDS analizlerine tabi tutulmuştur. Analizler, Fe takviyeli PLA bazlı kompozit filamentin, saf PLA filamentinin sertliğini %21.15, çekme mukavemetini %49.60 oranlarında ve yüzey pürüzlülüğünü de 4 kat arttırdığını göstermiştir. Sonuç olarak PLA'ya eklenen %5 Fe tozunun mekanik özellikleri iyileştirdiği ancak yüzey pürüzlülüğünü olumsuz yönde etkilediği belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: 3D yazıcı, Kompozit filament, Mekanik özellikler, SEM-EDS, Pürüzlülük.

Abstract:
Filaments are used raw materials for 3D printers which are known as FDM. Filaments are produced by filament extrusion machines which provides injection, extrusion, cooling,measuring and winding stages. FDM technology, which is used especially for prototype production purposes, is expected to be used more widely in the future due to its increased mass production capacity, recyclability, environmental friendliness and waste reduction. In this study, prior to composite filament production, preliminary tests were performed with polylactic acid (PLA), acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and polyethylene terephthalate glycol (PET-G) polymer granules in a laboratory type filament extruder machine and the process parameters for each polymer filament were determined. Due to PLA having the most consistent filament structure and the best process parameters(temperature, injection speed, extrusion speed and winding speed) the composite filament was created by reinforcing 5% iron powder into the pla matrix using the same extruder machine. The produced filaments were subjected to tensile, hardness, FTIR, surface roughness and SEM-EDS analyses. Studies showed that Fe reinforced PLA based composite filament enhanced the pure PLA filament's hardness by 21.15%, tensile strength by 49.60% and surface roughness by four times. Consequently it was determined that adding 5% FE powder to PLA enhances its mechanical qualities, however demonstrates detrimental impacts on surface roughness.
Keywords: 3D printer, Composite filament, Mechanical properties, SEM-EDS, Roughness.