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

Ermurat, Mehmet; Gebel, Muhammed Enes

doi:10.17341/gazimmfd.606618

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

Muhammed Enes Gebel, (Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Kahramanmaraş, Türkiye)

Mehmet Ermurat (Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Kahramanmaraş, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

0 0

Yıl: 2021 Cilt: 36 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 57 - 67 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.606618 İndeks Tarihi: 09-11-2022

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

Öz:

Polimer esaslı eklemeli imalat yöntemleri ile üretilen parçaların mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi için, polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit eklemeli imalat üzerine yapılan çalışmalar son yıllarda önemli bir artış göstermektedir. Bu çalışmada, kompozit eklemeli imalat yöntemi için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parçaların üretilebilirliği araştırılmıştır. Bu maksatla matris malzemesi olarak UV ışıkla kürlenebilen epoksi reçine, takviye malzemesi olarak da sürekli cam/karbon fiber demetleri kullanılarak kompozit fiber üretilebilen bir sistem geliştirilmiştir. Fiber demeti ve sıvı formda olan ve ışıkla kürlenebilen epoksi reçine bir nozul içerisinden beslenmekte, nozul üzerine monte edilen eş eksenli bir UV ışık kaynağı ile nozuldan çıkan fotopolimerin kürlenmesi sağlanmaktadır. Yapılan deneyler sonucunda genel olarak matris malzemesinin takviye malzeme demetini tamamıyla kuşattığı, matris malzemesinin UV ışık kaynağı ile kürlenme işleminin sağlandığı ve böylece nozul ekseni doğrultusunda kompozit fiber üretiminin gerçekleştirilebildiği görülmüştür. Opaklığından dolayı karbon fiber takviyeli numunelerde demetin dış kısmındaki fiberlerin demetin iç kısmında bulunan sıvı fotopolimerin kürlenmesi için gerekli UV ışığını gölgelemiş ve kürleme işlemi başarısız sonuçlanmıştır. Ancak, bu gölgeleme problemi, cam fiber takviyeli numunelerde gözlenmemiştir. Böylece, polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parçaların eklemeli imalat yöntemi ile üretilmesi bakımından cam fiber takviye malzemesinin karbon fiber malzemesine nazaran daha uygun olduğu ortaya konmuştur.

Anahtar Kelime: Eklemeli imalat kompozit eklemeli imalat karbon fiber cam fiber sürekli fiber takviye

Investigation of polymer matrix continuous fiber reinforced composite part manufacturability for composite additive manufacturing

Öz:

Studies on polymer matrix continuous fiber reinforced composite additive manufacturing have shown a significant increase in recent years to improve the mechanical properties of parts produced by polymer-based additive manufacturing methods. In this study, producibility of polymer matrix continuous fiber reinforced composite parts was investigated for the composite additive manufacturing method. For this purpose, a system that can produce composite fiber using UV light curing epoxy resin as matrix material and continuous glass/carbon fiber bundles as reinforcement material has been developed. Photocurable epoxy resin in liquid form and fiber bundle are fed through a nozzle, the photopolymer is cured in the exit of nozzle with a coaxial UV light source that mounted on the head. As a result of the experiments, it has been observed that the matrix material completely encompasses the reinforcement material bundle, the curing process of the matrix material with the UV light source is provided and thus, composite fiber production can be carried out in the direction of the nozzle axis. Because of the opacity, carbon fibers block UV light, so the photopolymer resin at the inner section of the fiber bundle cannot be cured, so carbon fiber reinforced composite fiber production has failed. However, this shading problem was not observed with glass fiber reinforced samples. Thus, it has been demonstrated that glass fiber reinforcement material is more suitable than carbon fiber material in terms of producing polymer matrix continuous fiber reinforced composite parts by additive manufacturing method.

Anahtar Kelime: Additive manufacturing composite additive manufacturing carbon fiber glass fiber continuous fiber reinforcement

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Necmi Kara, Havacılıkta Katmanlı İmalat Teknolojisinin Kullanımı, Mühendis ve Makina, 54 (636), 70-75, 2013.
2. 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.
3. 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.
4. Sezer H.K., Eren O., Börklü H.R., Özdemir V., Additive manufacturing of carbon fiber reinforced plastic composites by fused deposition modelling: effect of fiber content and process parameters on mechanical properties, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (2), 663-674, 2019.
5. Topçu İ., Güllüoğlu A.N., Bilici M.K., Gülsoy H.Ö., Investigation of wear behavior of Ti-6Al-4V/CNT composites reinforced with carbon nanotubes, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (3),1441-1449, 2019.
6. 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.
7. Hofmann M., 3D printing gets a boost and opportunities with polymer materials, ACS Macro Letters, 3 (4), 382– 386, 2014.
8. Ivanova, C. Williams, T. Campbell, Additive manufacturing (AM) and nanotechnology: promises and challenges, Rapid Prototyp. J., 19 (4), 353–364, 2013.
9. Uysal A, Altan E, Karbon Siyahı Takviyeli Elektriği İleten Polipropilen Kompozite Delik Delinmesinde İşlem Parametrelerinin İncelenmesi, Journal of Polytechnic, 18 (4), 241-249, 2015.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. Parandoush p, Lin D, A review on additive manufacturing of polymer-fiber composites, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 182, 36-53, 2017.
15. 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.
16. Wang X, Jiang M, Zhou Z, Gou J, Hui D, 3D printing of polymer matrix composites: A Review and prospective, Composites Part B, 110, 442-458, 2017.
17. Lü L, Fuh JYH, Wong YS., Improvements of Mechanical Properties by Reinforcements. Laser- Induced Materials and Processes for Rapid Prototyping, 67–88, 2001.
18. Gupta A, Ogale AA, Dual curing of carbon fiber reinforced photoresins for rapid prototyping, Polym Compos, 23, 1162–1170, 2002.
19. 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.
20. 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.
21. Chantarapanich N , Puttawibul P, Sitthiseripratip K , Sucharitpwatskul S, Chantaweroad S, Study of the mechanical properties of photo-cured epoxy resin fabricated by stereolithography process, Songklanakarin J. Sci. Technol, 35 (1), 91-98, 2013.
22. 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.
23. Callister W.D., Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, New York, A.B.D., 2007.
24. Goh G.D., Dikshit V, Nagalingam A.P, Goh G.L, Agarwala S, Sing S.L, Wei J, Yeong W.Y, Characterization of mechanical properties and fracture mode of additively manufactured carbon fiber and glass fiber reinforced thermoplastics, Materials and Design 137, 79-89, 2018.

APA	Gebel M, Ermurat M (2021). Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması. , 57 - 67. 10.17341/gazimmfd.606618
Chicago	Gebel Muhammed Enes,Ermurat Mehmet Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması. (2021): 57 - 67. 10.17341/gazimmfd.606618
MLA	Gebel Muhammed Enes,Ermurat Mehmet Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması. , 2021, ss.57 - 67. 10.17341/gazimmfd.606618
AMA	Gebel M,Ermurat M Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması. . 2021; 57 - 67. 10.17341/gazimmfd.606618
Vancouver	Gebel M,Ermurat M Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması. . 2021; 57 - 67. 10.17341/gazimmfd.606618
IEEE	Gebel M,Ermurat M "Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması." , ss.57 - 67, 2021. 10.17341/gazimmfd.606618
ISNAD	Gebel, Muhammed Enes - Ermurat, Mehmet. "Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması". (2021), 57-67. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.606618

APA	Gebel M, Ermurat M (2021). Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(1), 57 - 67. 10.17341/gazimmfd.606618
Chicago	Gebel Muhammed Enes,Ermurat Mehmet Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36, no.1 (2021): 57 - 67. 10.17341/gazimmfd.606618
MLA	Gebel Muhammed Enes,Ermurat Mehmet Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.36, no.1, 2021, ss.57 - 67. 10.17341/gazimmfd.606618
AMA	Gebel M,Ermurat M Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(1): 57 - 67. 10.17341/gazimmfd.606618
Vancouver	Gebel M,Ermurat M Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(1): 57 - 67. 10.17341/gazimmfd.606618
IEEE	Gebel M,Ermurat M "Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36, ss.57 - 67, 2021. 10.17341/gazimmfd.606618
ISNAD	Gebel, Muhammed Enes - Ermurat, Mehmet. "Kompozit eklemeli imalat için polimer matrisli sürekli fiber takviyeli kompozit parça üretilebilirliğinin araştırılması". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/1 (2021), 57-67. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.606618