Yıl 2019, Cilt 7 , Sayı 3, Sayfalar 1793 - 1805 2019-07-31

Investigation of Mechanical Properties 3D Printable Fumed Silica Added Photo-Curable Polymers
3B Basılabilir Füme Silika Takviyeli Foto-Duyarlı Polimerlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Mehmet Fahri Saraç [1] , Aslı Oranlı [2] , İsmail Aktitiz [3] , Berrin Saygı Yalçın [4] , Remzi Varol [5]


In recent years, parallel to the interest and importance of additive manufacturing sector and technology, the studies on photo-curable polymer resins which will be used fort he production of 3-D parts have attracted great interest in recent years. Streolithography (SLA) method, which is one of the additive manufacturing methods, is distinguished from other methods in terms of high speed machining and part production precision. Moreover, it allows for the production of functional polymeric structures by enhancing their mechanical, thermal, electrical properties, etc… In particular, it has been known that studies to increase the mechanical strength of polymer composite materials are very common. Ceramic materials such as clay, Al2O3, SiO2, BaTiO3, ZrO2, etc are used as reinforcing materials for mechanical strength. In this study, the improvement of mechanical properties of polyester based acrylate photo-curable resin by reinforcement with fumed silica fillers were investigated. Fumed silica with 167m2/gr surface was added into photo-curable resin at three different (%0,25, %0,5 and %1) concentration. According to the tensile test, dynamic mechanical analyzer (DMA) and scanning electron microscope (SEM) observation, even though mechanical properties enhances, thermal stability (storage and loss modulus) values of SLA composites are decreased as increasing amount of fumed silica. Due to its high surface area of reinforcement agent, it is clearly seen that fumed silica completely dispersed in the photo-curable resin up to %1 fumed silica concenration.

Son yıllarda, eklemeli imalat sektörü ve teknolojisinin ilgisine ve önemine paralel olarak, üç boyutlu (3B) parça üretimi için kullanılan fotokürlenebilir polimer reçineler üzerine yapılan çalışmalar büyük ilgi görmektedir. Eklemeli imalat yöntemlerinden biri olan Streolitografi (SLA) yöntemi, yüksek hızlı işleme ve parça üretimi hassasiyeti açısından diğer yöntemlerden ayrılmasının yanı sıra mekanik ve diğer karakteristik özelliklerinin değiştirilmesine izin vermektedir. Özellikle polimer kompozit malzemelerin mekanik dayanımını arttırmak için birçok çalışma günümüze kadar yapılmaktadır. Kil, Al2O3, SiO2, BaTiO3, ZrO2 gibi seramik malzemeler mekanik dayanımı artırmak için takviye malzemesi olarak örnek verilebilir.  Bu çalışmada, dört farklı (katkısız, %0,25, %0,5, %1) konsantrasyona sahip füme silika katkılı polyester esaslı akrilat fotokürlenebilir reçinenin mekanik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. 167m2/gr yüzey alanına sahip füme silika %0,25, %0,5 ve %1 konsantrasyonlarında fotokürlenebilir reçineye eklenmiştir. Çekme testi, dinamik mekanik analiz (DMA) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) sonuçlarına göre, SLA kompozitlerinin artan füme silika konsantrasyonu ile birlikte mekanik dayanımının artmasına rağmen termal kararlılığında azalma  (depolama ve kayıp modülü) görülmüştür. Füme silikanın yüksek yüzey alanı nedeniyle, fotokürlenebilir reçine içerisinde %1 konsantrasyonuna kadar nispeten daha iyi homojen dağıldığı olduğu gözlemlenmiştir.

  • [1] X. Wang, M. Jiang, Z. Zhou, J. Gou and D. Hui, “3D printing of polymer matrix composites: A review and prospective,” Composites Part B: Engineering, vol. 110, pp. 442–458, 2018.
  • [2] M. Gurr, D. Hofmann, M. Ehm, Y. Thomann, R. Kübler and R. Mülhaupt, “Acrylic Nanocomposite Resins for Use in Stereolithography and Structural Light Modulation Based Rapid Prototyping and Rapid Manufacturing Technologies,” Advanced Functional Materials, vol. 18, no. 16, pp. 2390–2397, 2008.
  • [3] T. A. Campbell and O.S. Ivanova, “3D printing of multifunctional nanocomposites,” Nano Today, vol. 8, no. 2, pp. 119–120, 2013.
  • [4] T. D. Ngo, A. Kashani, G. Imbalzano, K. T. Q. Nguyen and D. Hui, “Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges,” Composites Part B: Engineering, vol. 143, pp. 172–196, 2018.
  • [5] T. Serra, J. A. Planell and M. Navarro, “High-resolution PLA-based composite scaffolds via 3-D printing technology,” Acta Biomaterialia, vol. 9, no. 3, pp. 5521–5530, 2013.
  • [6] M. Saari, B. Cox, E. Richer, P. S. Krueger and A. L. Cohen, “Fiber Encapsulation Additive Manufacturing: An Enabling Technology for 3D Printing of Electromechanical Devices and Robotic Components,” 3D Printing and Additive Manufacturing, vol. 2, no. 1, pp. 32–39, 2015.
  • [7] M. Invernizzi, G. Natale, M. Levi, S. Turri and G. Griffini, “UV-Assisted 3D Printing of Glass and Carbon Fiber-Reinforced Dual-Cure Polymer Composites,” Materials, vol. 9, no. 7, 2016.
  • [8] F. P. W. Melchels, J. Feijen and D. W. Grijpma, “A review on stereolithography and its applications in biomedical engineering,” Biomaterials, vol. 31, no. 24, pp. 6121–6130, 2010.
  • [9] C. Credi, A. Fiorese, M. Tironi, R. Bernasconi, L. Magagnin, M. Levi and S. Turri, “3D Printing of Cantilever-Type Microstructures by Stereolithography of Ferromagnetic Photopolymers,” ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 8, no. 39, pp. 26332–26342, 2016.
  • [10] J. Maas, B. Liu, S. Hajela, Y. Huang, X. Gong and W. J. Chappell, “Laser-Based Layer-by-Layer Polymer Stereolithography for High-Frequency Applications,” Proceedings of the IEEE, vol. 105, no. 4, pp. 645–654, 2017.
  • [11] G. Taormina, C. Sciancalepore, F. Bondioli and M. Messori, “Special Resins for Stereolithography: In Situ Generation of Silver Nanoparticles,” Polymers, vol. 10, no. 2, pp. 212, 2018.
  • [12] S. Thomas, J. Kuruvilla, K. Goda, and M. S. Sreekala, “Introduction to Polymer Composites,” Polymer Composites, 1st ed., USA, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2012, pp. 1-16.
  • [13] M. Kam, H. Saruhan ve A. İpekci, “Investigation the Effect of 3d Printer System Vibrations on Surface Roughness of the Printed Products,” Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, c. 7, s. 2, ss. 147-157, 2019.
  • [14] M. Kam, A. İpekci ve H. Saruhan, “Investigation of 3D Printing Filling Structures Effect on Mechanical Properties and Surface Roughness of PET-G Material Products,” Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi, c. 6, ss. 114-121, 2017.
  • [15] M. Sadej-Bajerlain, H. Gojzewski and E. Andrzejewska, “Monomer/modified nanosilica systems: Photopolymerization kinetics and composite characterization,” Polymer, vol. 52, no. 7, pp. 1495–1503, 2011.
  • [16] P. Palmero, “Structural Ceramic Nanocomposites: A Review of Properties and Powders’ Synthesis Methods,” Nanomaterials, vol. 5, no. 2, pp. 656–696, 2015.
  • [17] J. R. C. Dizon, Q. Chen, A. D. Valino, and R. C. Advincula, “Thermo-mechanical and swelling properties of three-dimensional-printed poly (ethylene glycol) diacrylate/silica nanocomposites,’’ MRS Communications, pp. 1–9, 2018.
  • [18] M-J. Wang, M. D. Morris, Y. Kutsovsky. “Effect of Fumed Silica Surface Area on Silicone Rubber Reinforcement,” KGK rubberpoint, vol. 61, no. 3, pp. 107-117, 2008.
  • [19] M. Wozniak, Y. de Hazan, T. Graule and D. Kata, “Rheology of UV curable colloidal silica dispersions for rapid prototyping applications,” Journal of the European Ceramic Society, vol. 31, no. 13, pp. 2221–2229, 2011.
  • [20] H. Wu, Y. Cheng, W. Liu, R. He, M. Zhou, S. Wu, X. Song and Y. Chen, “Effect of the particle size and the debinding process on the density of alumina ceramics fabricated by 3D printing based on stereolithography,” Ceramics International, vol. 42, no. 15, pp. 17290–17294, 2016.
  • [21] D. Lin, S. Jin, F. Zhang, C. Wang, Y. Wang, C. Zhou and G. J. Cheng, “3D stereolithography printing of graphene oxide reinforced complex architectures,” Nanotechnology, vol. 26, no. 43, 434003, 2015.
  • [22] X. Feng, Z. Yang, S. Chmely, Q. Wang, S. Wang and Y. Xie, “Lignin-coated cellulose nanocrystal filled methacrylate composites prepared via 3D stereolithography printing: Mechanical reinforcement and thermal stabilization,” Carbohydrate Polymers, vol. 169, pp. 272–281, 2017.
  • [23] D. Yugang, Z. Yuan, T. Yiping and L. Dichen, “Nano‐TiO2‐modified photosensitive resin for RP,” Rapid Prototyping Journal, vol. 17, no. 4, pp. 247–252, 2011.
  • [24] S. Kumar, M. Hofmann, B. Steinmann, E.J. Foster and C. Weder, “Reinforcement of Stereolithographic Resins for Rapid Prototyping with Cellulose Nanocrystals,” ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 4, no. 10, pp. 5399–5407, 2012.
  • [25] J. Boyle, I. Manas-Zloczower, D.L. Feke, “Influence of Particle Morphology and Flow Conditions on the Dispersion Behavior of Fumed Silica in Silicone Polymers,” Part. Part. Sysy. Charact., vol. 21, pp. 205-212, 2004.
  • [26] C. Sciancalepore, F. Moroni, M. Messori and F. Bondioli, “Acrylate-based silver nanocomposite by simultaneous polymerization–reduction approach via 3D stereolithography,” Composites Communications, vol. 6, pp. 11–16, 2017.
Birincil Dil tr
Konular Mühendislik
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Orcid: 0000-0002-0760-5569
Yazar: Mehmet Fahri Saraç (Sorumlu Yazar)
Kurum: SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
Ülke: Turkey


Orcid: 0000-0002-2710-4948
Yazar: Aslı Oranlı
Kurum: SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
Ülke: Turkey


Orcid: 0000-0002-3551-7611
Yazar: İsmail Aktitiz
Kurum: SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
Ülke: Turkey


Orcid: 0000-0001-6579-3345
Yazar: Berrin Saygı Yalçın
Kurum: YALOVA ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, KİMYA VE SÜREÇ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
Ülke: Turkey


Orcid: 0000-0003-2427-0710
Yazar: Remzi Varol
Kurum: SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
Ülke: Turkey


Tarihler

Yayımlanma Tarihi : 31 Temmuz 2019

Bibtex @araştırma makalesi { dubited555185, journal = {Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi}, issn = {}, eissn = {2148-2446}, address = {}, publisher = {Düzce Üniversitesi}, year = {2019}, volume = {7}, pages = {1793 - 1805}, doi = {10.29130/dubited.555185}, title = {3B Basılabilir Füme Silika Takviyeli Foto-Duyarlı Polimerlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi}, key = {cite}, author = {Saraç, Mehmet and Oranlı, Aslı and Aktitiz, İsmail and Saygı Yalçın, Berrin and Varol, Remzi} }
APA Saraç, M , Oranlı, A , Aktitiz, İ , Saygı Yalçın, B , Varol, R . (2019). 3B Basılabilir Füme Silika Takviyeli Foto-Duyarlı Polimerlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi , 7 (3) , 1793-1805 . DOI: 10.29130/dubited.555185
MLA Saraç, M , Oranlı, A , Aktitiz, İ , Saygı Yalçın, B , Varol, R . "3B Basılabilir Füme Silika Takviyeli Foto-Duyarlı Polimerlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi". Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 7 (2019 ): 1793-1805 <https://dergipark.org.tr/tr/pub/dubited/issue/46290/555185>
Chicago Saraç, M , Oranlı, A , Aktitiz, İ , Saygı Yalçın, B , Varol, R . "3B Basılabilir Füme Silika Takviyeli Foto-Duyarlı Polimerlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi". Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 7 (2019 ): 1793-1805
RIS TY - JOUR T1 - 3B Basılabilir Füme Silika Takviyeli Foto-Duyarlı Polimerlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi AU - Mehmet Fahri Saraç , Aslı Oranlı , İsmail Aktitiz , Berrin Saygı Yalçın , Remzi Varol Y1 - 2019 PY - 2019 N1 - doi: 10.29130/dubited.555185 DO - 10.29130/dubited.555185 T2 - Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 1793 EP - 1805 VL - 7 IS - 3 SN - -2148-2446 M3 - doi: 10.29130/dubited.555185 UR - https://doi.org/10.29130/dubited.555185 Y2 - 2019 ER -
EndNote %0 Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 3B Basılabilir Füme Silika Takviyeli Foto-Duyarlı Polimerlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi %A Mehmet Fahri Saraç , Aslı Oranlı , İsmail Aktitiz , Berrin Saygı Yalçın , Remzi Varol %T 3B Basılabilir Füme Silika Takviyeli Foto-Duyarlı Polimerlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi %D 2019 %J Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi %P -2148-2446 %V 7 %N 3 %R doi: 10.29130/dubited.555185 %U 10.29130/dubited.555185
ISNAD Saraç, Mehmet , Oranlı, Aslı , Aktitiz, İsmail , Saygı Yalçın, Berrin , Varol, Remzi . "3B Basılabilir Füme Silika Takviyeli Foto-Duyarlı Polimerlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi". Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 7 / 3 (Temmuz 2019): 1793-1805 . https://doi.org/10.29130/dubited.555185
AMA Saraç M , Oranlı A , Aktitiz İ , Saygı Yalçın B , Varol R . 3B Basılabilir Füme Silika Takviyeli Foto-Duyarlı Polimerlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi. DÜBİTED. 2019; 7(3): 1793-1805.
Vancouver Saraç M , Oranlı A , Aktitiz İ , Saygı Yalçın B , Varol R . 3B Basılabilir Füme Silika Takviyeli Foto-Duyarlı Polimerlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi. 2019; 7(3): 1805-1793.