Yunus Kartal

This study investigates the combined effect of nanoparticle reinforcement and thermal annealing on the mechanical and microstructural properties of ASA-matrix, MgO-reinforced composites produced using the fused deposition modelling (FDM) method. The ASA matrix was reinforced with MgO at five different weight percentages (0–0.5–1–1.5–2), and the resulting specimens were thermal annealed. The mechanical properties were systematically investigated using impact strength, tensile strength, and surface hardness tests; the crystallographic properties were investigated using XRD analysis; and the properties of the fracture surface were investigated using SEM. The results indicated that both the reinforcement of MgO and thermal annealing improved the overall performance of the ASA matrix. After the annealing process at 70°C, the composite reinforced with 2% MgO achieved maximum tensile strength of 44.32 MPa, impact strength of 12.84 kJ/m ² , and Shore D surface hardness of 79.2. Compared to unreinforced (pure) ASA, tensile strength increased by approximately 13.4% and thermal conductivity improved by approximately 3.8%. SEM investigations revealed voids caused by FDM and MgO reinforcement, and XRD analyses revealed qualitative changes in the diffraction peak characteristics following thermal annealing. The results suggest that appropriate thermal annealing and reinforcement with MgO nanoparticles provide an effective approach to enhancing the performance of ASA composites produced via the FDM method for engineering applications.

Bu çalışmada, polietilen tereftalat (PET) polimerinin özelliklerini geliştirmek amacıyla PET matrisine stiren akrilonitril (SAN) takviyesi eklenmiştir. Ağırlıkça dört farklı takviye oranında (2%, 4%, 6% ve 8%) hazırlanan karışım, çift vidalı ekstruder kullanılarak kompozit filamentlere ekstrüde edilmiştir. Kompozit filamentlerden standartlara uygun nesneler üretmek için eriyik biriktirme modelleme (EBM) yöntemi kullanılmıştır. Kompozitlerin mekanik, termal iletkenlik, kristalografik karakterizasyonları ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak yüzey analizleri gerçekleştirilmiştir. Mekanik karakterizasyon için, saf PET ve PET/SAN kompozitlerine çekme ve darbe dayanımı testleri ile yüzey sertliği testleri gerçekleştirilmiştir. Kristalografik karakterizasyon için X-ışını dağılımı (XRD) analizleri yapılmıştır. Çalışmada sonunda, SAN takviyesinin numunelerin çekme dayanımını saf PET'e kıyasla ortalama %13,97, darbe dayanımını ise ortalama %25,81 artırdığı belirlenmiştir. Shore-D yüzey sertliği ölçümleri, kompozitlerin saf PET'e nazaran %4,44 daha yüksek değere sahip olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca PET/SAN kompozitlerin daha yüksek kristallik derecesine sahip olduğu belirlenmiştir. SEM analizi ile yapılan yüzey morfolojisi incelemeleri, PET/SAN kompozitlerin kırılma yüzeylerinin saf PET'e göre daha pürüzsüz olduğunu ortaya koymuştur.

Biocompatible thermoplastic polymers are widely used in the manufacturing industry due to their advantages, such as odorless, lightness, and compatibility with living structures. In the study, objects were produced using the additive manufacturing method with polyethylene terephthalate matrix and methyl methacrylate reinforced composites (polyethylene terephthalate/methyl methacrylate). The fused deposition modeling method was used in the production of the objects. The mechanical of the manufactured composites was carried out. For this purpose, mechanical, crystallographic, and morphological properties of the samples were investigated. Mechanical property tests included tensile strength, impact strength, and microhardness measurements. Scanning electron microscope images and X-ray diffraction patterns were used for structural and morphological analyses. The composite containing 12% methyl methacrylate by weight exhibited the highest elongation percentage. Compared to pure polyethylene terephthalate polymer, the elongation at break of this composite increased by 127.5%. Surface hardness analyses showed that surface hardness decreased as methyl methacrylate content increased. The lowest surface hardness value was observed in the composite containing 12% methyl methacrylate, and the surface hardness value was 8.55% lower than that of pure polyethylene terephthalate.

Eklemeli imalat teknolojileri, karmaşık geometrilerin hızlı ve düşük maliyetle üretilebilmesine olanak sağlayarak mühendislik uygulamalarında yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bu teknolojiler arasında yer alan eriyik yığma biriktirme (EBM) yöntemi, özellikle polimer ve polimer esaslı kompozit malzemelerin üretiminde en yaygın kullanılan tekniklerden biridir. Ancak EBM yöntemi ile üretilen parçaların yüzey kalitesi ve boyutsal doğruluğu, üretim parametrelerinden önemli ölçüde etkilenmektedir. Bu çalışmada karbon fiber takviyeli polilaktik asit (PLA-CF) kompozit polimeri kullanılarak EBM yöntemi ile farklı üretim parametrelerinin numunelerin kalitesi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Deneysel çalışmada dört farklı katman kalınlığı (0.1, 0.15, 0.2 ve 0.25 mm) ve dört farklı nozul sıcaklığı (220, 225, 230 ve 235 °C) kullanılarak toplam 16 adet numune üretilmiştir. 30 × 50 × 3 mm boyutlarında üretilen numunelerin yüzey pürüzlülük değerleri farklı yüzey bölgelerinden alınan on ölçümün ortalaması alınarak belirlenmiştir. Boyutsal doğruluk ise numunelerin nominal ölçüleri ile gerçek ölçümleri arasındaki fark hesaplanarak değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar incelendiğinde en düşük yüzey pürüzlülük değerinin 0.1 mm katman kalınlığı ve 225 °C nozul sıcaklığında elde edildiği ve bu değerin 0.78 µm olduğu belirlenmiştir. Katman kalınlığının artması ile yüzey pürüzlülük değerlerinin arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca nozul sıcaklığının 230 °C değerine kadar yüzey kalitesini iyileştirdiği, bu değerin üzerinde ise yüzey kalitesinin olumsuz yönde etkilendiği belirlenmiştir. En yüksek yüzey pürüzlülük değeri ise 0.25 mm katman kalınlığı ve 235 °C nozul sıcaklığında 6.67 µm olarak ölçülmüştür. Elde edilen yüzey pürüzlülüğü ve boyutsal doğruluk verileri ayrıca makine öğrenmesi algoritmalarının performansını değerlendirmek amacıyla veri seti olarak kullanılmıştır. Bu kapsamda farklı makine öğrenmesi algoritmalarının tahmin performansları karşılaştırılarak en uygun algoritmanın belirlenmesi amaçlanmıştır.

In this study, optimization of manufacturing parameters in FDM method with acrylonitrile styrene acrylate (ASA) polymer was carried out in accordance with Taguchi L16 design. For this purpose, four different layer thicknesses (0.12, 0.16, 0.20, 0.24), four different print speeds (80, 90, 100, 110 mm/s), four different nozzle temperatures (250, 255, 260, 265°C), four different table temperatures (60, 65, 70, 75°C) were used. The effects of manufacturing parameters on mechanical and physical properties were investigated. As a result of the analysis of the tensile strength of the samples, it was determined that the most effective parameter was layer thickness with a contribution rate of 38.41%, followed by table temperature with a contribution rate of 33.48%, print speed with a contribution rate of 17.89% and nozzle temperature with a contribution rate of 3.32%. In the impact strength, it was determined by ANOVA analysis that the most effective production parameter was layer thickness and the reliability rate of the analysis was 94.92%. In addition, it was determined that the most effective parameter in the hardness measured on the surface of the samples was layer thickness and this manufacturing parameter was followed by nozzle temperature, table temperature and print temperature, respectively. In the studies carried out to determine the dimensional accuracy value, which is one of the important criteria in determining the physical properties of the produced samples, it was determined that the most effective parameter in this property was layer thickness and the reliability rate of the analysis was 99.04%

Bu çalışmada polilaktik asit (PLA) malzemenin eklemeli imalat ile nesnelere dönüştürülmesinde üretim parametrelerinin etkisi Taguchi L9 prensibine göre optimize edilmiştir. Çalışmada nesnelerin mekanik ve boyutsal doğruluk özellikleri incelenmiştir. Elde edilen bulgulara göre çekme dayanımı üzerinde en etkili parametrenin %71.17 etki oranı ile katman kalınlığı olduğu belirlenmiştir. Numunelerde ölçülen en yüksek çekme dayanımı 64.45 MPa’dır. Numunelerin yüzey sertlik özelliği üzerinde en etkili parametrenin katman kalınlığı olduğu belirlenmiştir ve analizin güvenilirlik oranı %97.46’dır. Ayrıca darbe dayanımı özelliğinde, en etkili parametrenin yazdırma hızı olduğu ve analizin güvenilirlik oranının %82.19 düzeyinde olduğu tespit edilmiştir. Darbe dayanımı testlerinde ölçülen en yüksek değerin 12.56 J olduğu tespit edilmiştir. Yüzey kalitesinin belirlenmesinde önemli verilerden biri olan yüzey pürüzlülüğünün tespit edilmesi amacıyla gerçekleştirilen yüzey pürüzlülüğü analizinde ölçülen en düşük yüzey pürüzlülük değeri 4.51 µm’dir. Ayrıca yüzey pürüzlülük değerinde en etkili parametrenin %81.19 etki oranı ile katman kalınlığı olduğu ve bu özelliği sırasıyla %6.20 etki oranı ile nozul sıcaklığının ve %2.19 etki oranı ile yazdırma hızının takip ettiği belirlenmiştir. Çekme numunesinin çekilen bölgesinin ve tokluk numunesinin çentik kısmının boyutsal doğruluğu üzerinde gerçekleştirilen incelemelerde, çekme numunesinin boyutsal doğruluğu üzerinde en etkili parametrenin % 59.16 değeri ile katman kalınlığı olduğu ve analizin güvenilirlik oranının %95.22 olduğu tespit edilmiştir. Darbe dayanımı numunesinin boyutsal doğruluğunu etkileyen en önemli parametrenin katman kalınlığı olduğu ve analizin güvenilirliğinin %88.09 olduğu belirlenmiştir.

The effect of production inputs on product properties in the production of polyethylene terephthalate (PET) material by additive manufacturing method was investigated and optimum production parameters were tried to be determined. The degradation of PET material in different filling patterns, mechanical and physical properties of the samples produced at different print speeds, layer thicknesses and filling patterns were investigated. In the study, it was determined that the most effective input on the mechanical properties of the samples was the filling pattern, followed by the print speed and the least effective input was the layer thickness. However, it was determined that the most effective inputs on the surface roughness and dimensional accuracy of the produced samples were layer thickness and filling pattern, respectively. Since the degree of influence of the filling pattern on mechanical and physical properties is higher than other production inputs, hydrolytic degradation properties of 9 different filling patterns were investigated.

Polyethylene terephthalate (PET) is an odourless, relatively easy to produce, low cost and biodegradable material. However, its low mechanical and thermal properties limit its use. In this study, silicon carbide (SiC) was reinforced into the PET matrix to improve the mechanical and thermal properties of virgin PET. The manufacture of the objects was carried out at four different reinforcement ratios (3–6–9–12%) by mass. The composites were manufactured into objects using fused deposition moulding (FDM), which is an additive manufacturing process. A thermal annealing process was applied to enhance the properties of the samples. A tensile test, impact strength test, and surface hardness test were applied to investigate the mechanical properties of the produced samples. In addition, thermal characterisation by a thermal conductivity test and internal structure characterisation by XRD and SEM analyses were carried out. It was determined that the tensile strength, impact strength and surface hardness of the samples increased by 8.95%, 24.44% and 7.70%, respectively, with SiC reinforcement. As a result of the thermal annealing process, the mechanical properties of the samples were enhanced. The annealed specimens have 8.57% higher tensile strength, 11.17% higher impact strength and 1.46% higher surface hardness than unannealed specimens. XRD analyses indicated that the annealed samples have higher crystallinity. SEM analysis showed that SiC nanoparticles were homogeneously dispersed in the PET matrix. Also, SEM analysis showed that micro-voids were not formed in virgin PET but micro-voids were formed in SiC reinforced composites and the presence of these voids increased with an increase in SiC reinforcement. Thermal annealing and SiC reinforcement were found to increase the thermal conductivity.

Thermoplastic polymers are widely used materials in the biomedical field due to their biocompatibility, ease of production and chemical stability; however, their mechanical properties are generally low. In this study, a short carbon fiber reinforced composite was produced to improve the mechanical properties of thermoplastic materials. Pre-processing and post-processing were applied to further improve the mechanical properties of the composite. Optimization of process parameters such as infill density and infill pattern and post-processing parameter such as annealing were performed. As a result of the experiments, the highest impact strength for PLA material is 18.98 kJ/m ² and the lowest impact strength is 6.33 kJ/m ² . In addition, the highest tensile strength was 44.68 MPa and the lowest tensile strength was 5.38 MPa. The reliability rates of tensile and impact strength analyses are 98.18% and 96.67%, respectively. SEM and XRD analysis indicated that the parameters affecting the product properties are not only critical for mechanical properties but also affect the internal structure. Mechanical properties and crystal percentage value increased by annealing the reinforced biocomposite at 90°C for 30 min. It has been determined that the build orientation (or printing direction) has a critical importance on the mechanical properties and the mechanical properties of the specimens obtained as a result of on-edge production are higher.