Eklemeli imalat yönteminde polilaktik asit (PLA)/peroksit kompozitinin in-situ olarak çapraz bağlama tekniği ile üretilebilirliğinin araştırılması

Investigation of Manufacturability of in-situ crosslinked Polylactic Acid (PLA) and Peroxide composite in additive manufacturing method

Özet

Eklemeli imalat, endüstriyel sektörde kullanımı günden güne hızla artan bir üretim teknolojisidir. Eriyik yığma modelleme (FDM) düşük maliyet ve tasarım avantajı ile karmaşık geometrilere sahip ürünlerin üretilmesinde yaygın olarak kullanılan bir eklemeli imalat yöntemidir. Bununla birlikte, FDM ile üretilmiş polimer ürünlerin ara yüzey yapışma mukavemetlerinin düşük olması bu yöntemin zayıf yönünü oluşturmaktadır. Bu çalışmada, FDM teknolojisi ile çalışan 3B yazıcıda polilaktik asit (PLA) filamentinin serilmesi esnasında peroksit takviye edilerek yeni bir kompozit malzeme üretimi gerçekleştirilmiştir. PLA katmanları arasına ince film olarak serilmiş olan peroksit ile polimerin çapraz bağlanmasını sağlayarak katmanlar arasındaki ara yüzey mukavemetinin artırılması amaçlanmıştır. Peroksit ile PLA polimerleri arasında kimyasal bir etkileşim olup olmadığını gözlemlemek için Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) cihazında analizler gerçekleştirilmiştir. Üretilen kompozit örneklerin mekanik özelliklerindeki değişimin gözlemlenebilmesi için çekme dayanım özellikleri araştırılmıştır. Ayrıca, çekme testi sonrasında kompozit numunelerin kopma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, 3B yazıcıda üretilmiş kompozit numunelerde peroksit ile PLA polimerlerinin çapraz bağlanması ile kompozit bir malzemenin üretilebileceğini göstermiştir. Ayrıca çapraz bağlama sayesinde kompozit numunelerin fiberleri arasında ara yüzey mukavemetinin artırıldığı ve buna bağlı olarak mekanik özelliklerinin geliştiği gözlemlenmiştir.

Abstract

Additive manufacturing is a production technology whose use in the industry is increasing day by day. Fused deposition modeling (FDM) is an additive manufacturing method that is widely used in the production of complex geometrical parts due to its low cost and design advantage. However, this method has a significant weakness such as the poor interfacial adhesion strength of polymer products. In this study, a new composite material was produced by peroxide reinforcing during the deposition of the polylactic acid (PLA) filament in a 3D printer working with FDM technology. The aim of this study is to increase the interfacial strength between the layers by providing crosslinking of PLA/peroxide composite. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis was performed to observe whether there is a chemical interaction between peroxide and PLA polymers. In order to observe the change in the mechanical properties of the 3D printed composite samples, the tensile strength properties were investigated. In addition, the fracture surfaces of the composite samples after the tensile test were examined by scanning electron microscopy (SEM). Experimental results showed that a composite material can be produced by in-situ crosslinking of PLA and peroxide polymers in 3D printer. In addition, it was observed that the interfacial strength between the fibers of the composite samples was increased by cross-linking, and the mechanical properties were improved accordingly.