Sterolitografi ile üretilen kompozitlerde  nano toz katkısının mekanik ve fiziksel özelliklere etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of nano powder additives on mechanical and physical properties of composites produced by stereolithography
Yazar: MAMOUN K.M. ALSHIHABI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEVLÜT YUNUS KAYACAN
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Nanokompozitler, malzeme biliminde yeni bir alanı temsil etmekte ve malzeme geliştirmede devrim yaratan özelliklerin bir kombinasyonunu sağlamaktadır. Bu çalışma, çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT), titanyum nitrür (TiN) ve kübik bor nitrür (c-BN) nanotozlarının foto-polimer epoksi reçine ile birleştirilmesiyle nanokompozitlerin geliştirilmesine odaklanmaktadır. Bu araştırmanın arkasındaki motivasyon, bu nanokompozitlerin Stereolitografi (SLA) teknolojisini kullanan eklemeli imalattaki potansiyel uygulamalarını araştırmaktır. Deneysel yaklaşım, geliştirilen nanokompozitlerin mekanik ve termal özelliklerini değerlendirmek için bir dizi laboratuvar testini içermektedir. Başlangıçta, MWCNT, TiN ve c-BN nano tozları homojenliği sağlamak için fotopolimer epoksi reçine ile özenle karıştırılmıştır. Daha sonra, bu kompozit karışım SLA katkılı üretim sürecinde kullanılmak üzere hazırlanmıştır. SLA tekniğinin kullanımı, nanokompozitlerin üretim kabiliyetini ve kalitesini değerlendirmeye hizmet etmiştir. Çalışmanın sonuçları, geliştirilen nanokompozitlerin geliştirilmiş mekanik ve termal özellikleri teyit ederek bu alandaki önceki araştırmalarla uyumludur. Özellikle, MWCNT'nin dahil edilmesi, elektrik iletkenliğindeki artışların yanı sıra termal iletkenlikte 24,21%'lik bir artışla sonuçlanmıştır. Ek olarak, c-BN'nin dahil edilmesi önemli ölçüde mekanik özelliklerde iyileştirme sağlayarak sertlikte 20,45%'lik bir artışa yol açmıştır. Bu bulgular, nanokompozitlerin elektronik, havacılık, otomotiv, inşaat, tıbbi cihazlar ve imalat sektörleri gelişme yeteneklerini vurgulamaktadır. Bu çalışma, nanokompozitlerin modern imalat teknolojilerindeki önemli geleceğinin altını çizmektedir. MWCNT, TiN ve c-BN nano tozlarının farklı özelliklerinden yararlanılarak sentezlenen nanokompozitler gelişmiş mekanik ve termal özellikleri sergilemektedir. c-BN, saf reçineye kıyasla sertliği 88.53'ten 106.64'e yükseltirken, MWCNT termal iletkenliği 0.19'dan 0.236'ya yükseltmiştir. Bulgular sadece SLA tekniğinin nanokompozit üretimindeki etkinliğini doğrulamakla kalmamakta, aynı zamanda nanoteknolojinin malzeme bilimi ve mühendisliğine önemli katkılarını da vurgulamaktadır.

Abstract:
Nanocomposites represent a new field in materials science and provide a combination of properties that revolutionize materials development. This study focuses on the development of nanocomposites by combining multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), titanium nitride (TiN) and cubic boron nitride (c-BN) nanopowders with photo-polymer epoxy resin. The motivation behind this research is to investigate the potential applications of these nanocomposites in additive manufacturing using Stereolithography (SLA) technology. The experimental approach includes a series of laboratory tests to evaluate the mechanical and thermal properties of the developed nanocomposites. Initially, MWCNT, TiN and c-BN nanopowders were carefully mixed with photopolymer epoxy resin to ensure homogeneity. Then, this composite mixture was prepared for use in the SLA additive manufacturing process. The use of the SLA technique served to evaluate the production capability and quality of the nanocomposites. The results of the study are in line with previous research in this field, confirming the improved mechanical and thermal properties of the developed nanocomposites. In particular, the incorporation of MWCNT resulted in increases in electrical conductivity as well as a 24.21% increase in thermal conductivity. In addition, the incorporation of c-BN resulted in significant mechanical property improvements, leading to a 20.45% increase in hardness. These findings highlight the development capabilities of nanocomposites in the electronics, aerospace, automotive, construction, medical devices and manufacturing sectors. This study underlines the important future of nanocomposites in modern manufacturing technologies. The nanocomposites synthesized by exploiting the different properties of MWCNT, TiN and c-BN nanopowders exhibit improved mechanical and thermal properties. c-BN increased the hardness from 88.53 to 106.64 compared to pure resin, while MWCNT increased the thermal conductivity from 0.19 to 0.236. The findings not only confirm the effectiveness of the SLA technique in nanocomposite fabrication, but also highlight the significant contributions of nanotechnology to materials science and engineering.