Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması

Yıl 2021, , 57 - 68, 01.12.2020

Mehmet Ermurat , Muhammed Enes Gebel

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.606618

Cited By: 2

Öz

Eklemeli
imalat ürünlerin CAD verilerinin geometrik olarak bölünmesi ve bu
bölümlerin fiziksel olarak birbirine eklenmesiyle üretimin
gerçekleştirildiği bir imalat teknolojisidir. Eklemeli imalatta
her geçen gün malzeme ve proses çeşitliliği hızla artmaktadır.
3D yazıcı olarak da isimlendirilen bu yöntemlerle karmaşık
geometriler kolayca üretilebilmektedir. Polimer esaslı eklemeli
imalat yöntemleri ile üretilen parçalar düşük mekanik
özelliklere sahip olmaktadır. Endüstriyel kullanım için daha
yüksek mekanik özellikler gerekmektedir. Bu sorunu aşmak için
polimer matrisli kompozit parça üretimi çalışmaları
yapılmaktadır. Kompozit malzeme için kullanılan takviye
malzemesinin toz veya kesintili parçacıklı formda olduğu çeşitli
çalışmalar yapılmış ve kısmen başarılı sonuçlar
alınmıştır. Son zamanlarda ise daha yüksek mukavemete sahip
olan parçalar elde edebilmek için sürekli fiber takviye
malzemesinin kullanımı üzerine yapılan çalışmalar artmaktadır.

Bu
çalışmada; matris malzemesi olarak ışıkla kürlenen epoksi
reçine, takviye malzemesi olarak sürekli cam/karbon fiber
kullanılarak bir eklemeli imalat prosesi geliştirilmiştir.
Kompozit parça üretiminde ilk adım olarak kompozit fiberin
üretilmesi için bir nozul tasarlanmış ve üretilmiştir. UV ışık
güç yoğunluğu ve kullanılan nozul çapı değişken parametreler
olarak irdelenmiş, çalışmalarda takviye malzemesi olarak karbon
ve cam fiber kullanılarak kompozit fiber üretiminde kürlenme
davranışları incelenmiştir. 

Anahtar Kelimeler

Kompozit 3D Yazıcı, Karbon Fiber 3D Yazıcı, Cam Fiber 3D Yazıcı

Destekleyen Kurum

Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi

Proje Numarası

2017/2-25 YLS

Teşekkür

2017/2-25 YLS “3D Yazıcı ile Kompozit Parça Üretimi Yönteminin Geliştirilmesi” projesi Kahramanmaraş Sütçüimam Üniversitesi BAP tarafından desteklenmiş, Proje kapsamında 2019/10399 ve 2019/10402 numaraları ile iki patent için Türk Patent ve Marka Kurumu’na başvuruda bulunulmuştur.

Kaynakça

• 1. Hull, C.W., Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography, Google Patents, 1986.
• 2. Song Y-A, Koenig W., Experimental study of the basic process mechanism for direct selective laser sintering of low-melting metallic powder, CIRP Annals – Manufacturing Technology; 46 (1),127–30, 1997
• 3. Shofner ML, Lozano K, Rodríguez-Macías FJ, Barrera EV., Nanofiber-reinforced polymers prepared by fused deposition modeling, Journal of Applied Polymer Science, 89 (11) ,3081–3090, 2003
• 4. Necmi Kara, Havacılıkta Katmanlı İmalat Teknolojisinin Kullanımı, Mühendis ve Makina, cilt 54 (636), 70-75, 2013
• 5. Ning F., Cong W., Qiu J., Wei J., Wang S., Additive manufacturing of carbon fiber reinforced thermoplastic composites using fused deposition modeling, Composites Part B: Engineering 80, 369–378, 2015
• 6. Matsuzaki R., Ueda M., Namiki M., Jeong T.-K., Asahara H., Horiguchi K., Nakamura T., Todoroki A., Hirano Y., Three-dimensional printing of continuous-fiber composites by in-nozzle impregnation, Scientific Reports, 6:23058, 2016
• 7. İçingür Y, Eray M.E, Turbo Döngüsel Motor Türbin Palet Mekanizmasında Çeşitli Kompozit ve Seramik Malzemelerin Kullanılması, Journal of Polytechnic, 13 (1), 21-27, 2010
• 8. Güldaş A, Temel S, Altuğ M, “Alüminyum Tozu Katkılı Polipropilenin Ergiyik Akış İndeksi Özelliklerinin İncelenmesi” , Journal of Polytechnic,; 20 (1), 51-59 ,2017
• 9. Gu DD, Meiners W, Wissenbach K, Poprawe R., Laser additive manufacturingof metallic components: materials, processes and mechanisms, Int Mater Rev, 57 (3) ,133–164. 2012
• 10. Hofmann M., 3D printing gets a boost and opportunities with polymer materials, ACS Macro Letters, 3 (4), 382–386, 2014
• 11. Ivanova, C. Williams, T. Campbell, Additive manufacturing (AM) and nanotechnology: promises and challenges, Rapid Prototyp. J. ,19 (4) , 353–364, 2013
• 12. Uysal A, Altan E, Karbon Siyahı Takviyeli Elektriği İleten Polipropilen Kompozite Delik Delinmesinde İşlem Parametrelerinin İncelenmesi, Journal of Polytechnic,; 18 (4) : 241-249, 2015
• 13. W. Zhong, F. Li, Z. Zhang, L. Song, Z. Li, Short fiber reinforced composites for fused deposition modeling, Mater. Sci. Eng:A, 301 (2) 125–130, 2001
• 14. F. Ning, W. Cong, J. Qiu, J. Wei, S. Wang, Additive manufacturing of carbon fiber reinforced thermoplastic composites using fused deposition modeling, Compos. Part B Eng., 80 ,369–378, 2015
• 15. Tekinalp HL, Kunc V, Velez-Garcia GM, Duty CE, Love LJ, Naskar AK, Highly oriented carbon fiber–polymer composites via additive manufacturing, Compos Sci Technol, 105, 144–150, 2014
• 16. Van Der Klift F, Koga Y, Todoroki A, Ueda M, Hirano Y, Matsuzaki R., 3D printing of continuous carbon fibre reinforced thermo-plastic (CFRTP) tensile test specimens, Open J Compos Mater, 6, 18-27, 2015
• 17. Parandoush p, Lin D, A review on additive manufacturing of polymer-fiber composites, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 182, 36-53 , 2017
• 18. Andrew N. Dickson, James N. Barry, Kevin A. McDonnell, Denis P. Dowling, Fabrication of continuous carbon, glass and Kevlar fibre reinforced polymer composites using additive manufacturing Additive Manufacturing, 16, 146-152, 2017
• 19. Lü L, Fuh JYH, Wong YS., Improvements of Mechanical Properties by Reinforcements. Laser-Induced Materials and Processes for Rapid Prototyping, 67–88, 2001
• 20. Gupta A, Ogale AA, Dual curing of carbon fiber reinforced photoresins for rapid prototyping, Polym Compos, 23, 1162–1170, 2002
• 21. Alpöz R, Ertuğrul F, Cogulu D, Topaloğlu Ak A, Tanoğlu M, Kaya E, Effects of Light Curing Method an Exposure Time on Mechanical Properties of Resin Based Dental Materials, European Journal of Dentistry, 2, 37-42, 2008
• 22. Chantarapanich N , Puttawibul P, Sitthiseripratip K , Sucharitpwatskul S, Chantaweroad S, “Study of the mechanical properties of photo-cured epoxy resin fabricated by stereolithography process”, 2011
• 23. Jim H. Lee, Robert K. Prud’homme, and Ilhan A. Aksay, Cure depth in photopolymerization: Experiments and theory, Journal of Materials Research, 16 (12), 3536-3544, 2001
• 24. Invernizzi M, Natale G, Levi M, Turri S, Griffini G, UV-Assisted 3D Printing of Glass and Carbon Fiber-Reinforced Dual-Cure Polymer Composites , Materials , 9 (7), 583, 2016