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

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

PDF

___

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