Re-entrant şekilli ökzetik yapıların ve bor nitrür katkılı filamentlerin katmanlı imalat ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of re-entrant shaped auxetic structures and boron nitride mixed filaments by additive manufacturing
Yazar: ABDULLAH TAHA ÖZEN
Danışman: PROF. DR. ÖMER KELEŞ ; PROF. DR. ZAFER EVİS
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında, iç bükey şekillerden yaygın olarak bilinen "re-entrant" şekilli ökzetik yapılar, eriyik yığma modelleme yöntemi ile çalışan bir üç boyutlu yazıcı kullanılarak üretilmiştir. Buna ilaveten re-entant şekle benzer "eğri geometri" kafes yapısı tasarlanmıştır. Farklı boyutlarda üretilen bu yapılara çekme, basma ve mikrosertlik deneyleri uygulanarak ökzetik yapıların mekanik özellikleri ve eklemeli imalat alanında kullanılabilirliği araştırılmıştır. Üç boyutlu yazıcıların ana malzemesi olarak seçilen polilaktik asit, bütün bu numunelerin üretiminde kullanılmıştır. Daha sonra bu polimer içerisine seramik bor nitrür ilavesi gerçekleştirilerek yeni bir filament üretilmesi ve mekanik özelliklerinin araştırılması yapılmıştır. Bor nitrür ilavesinin PLA polimerinin mekanik özelliklerini iyileştirdiği gözlemlenmiştir. Mekanik testlerden başarılı olarak geçen tüm numunelere XRD, SEM, OM, FTIR, TGA, DSC analizleri yapılarak, üretilen numunelerin mikroyapıları, üç boyutlu yazıcı tekniğinin mikroyapısal olarak incelenmesi, bor ilavesinin PLA üzerindeki davranışı belirlenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, %1 miktarda bor ilavesinin PLA'nın mikrosertlik değerini %191 arttırdığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, re-entrant geometrili numunelerin Poisson oranları incelendiğinde, iki dal arasındaki açının azalmasının negatif Poisson oranını arttırdığı (-0,30) belirlenmiştir. Bu sonuç sonlu eleman analizi ile doğrulanmıştır ve elde edilen sonuç -0,31'dir. Buna ilaveten, eğri geometrili şekillerin Poisson oranı, eğri yarıçapının ne çok fazla ne de çok az olması gerektiğini gösterir. En yüksek negatif Poisson oranı eğri geometrinin eğri yarıçapı 12,5 mm olan değerde, -0,41 olarak hesaplanmıştır. Sonlu elemanlar analizi sonucuna göre bu değer -0,44 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
In the scope of this thesis, "re-entrant" shaped auxetic structures, which are commonly known from concave shapes, were produced using a three-dimensional printer working with the fused deposition modeling method. In addition, a "curvature geometry" lattice structure similar to the re-entant shape was designed. Tensile, compression and microhardness tests were applied to these structures produced in different sizes, and the mechanical properties and usability of the euphetic structures in additive manufacturing were investigated. Polylactic acid, chosen as the main material of 3d printers, was used in the production of all these samples. Then, by adding ceramic boron nitride to this polymer, a new filament was produced and its mechanical properties were investigated. It has been observed that the addition of boron nitride improves the mechanical properties of the PLA polymer. By performing XRD, SEM, OM, FTIR, TGA, DSC analyzes on all samples that passed the mechanical tests, the microstructures of the produced samples, microstructural examination of the three-dimensional printer technique, and the behavior of boron addition on PLA were determined. When the results were examined, it was observed that adding 1% boron increased the microhardness value of PLA by 191%. In addition, when the Poisson ratios of the samples with re-entrant geometry were examined, it was determined that the decrease in the angle between the two branches increased the negative Poisson ratio (-0.30). This result has been confirmed by finite element analysis and the result is -0.31. In addition, the Poisson's ratio of curvature shapes indicates that the radius of the curve should neither be too much nor too little. The highest negative Poisson ratio was calculated as -0.41 for curvature geometry with a radius of 12.5 mm. According to the results of the finite element analysis, this value was calculated as -0.44.