Üç boyutlu yazıcılar için ekstrüder tasarımı ve filament üretimi: Dinamik ve mekanik özelliklerin incelenmesi ve karşılaştırılması

Üç boyutlu baskı, bilgisayar aracılığıyla oluşturulan karmaşık üç boyutlu tasarımları, katman katman üst üste eklenmesi prensibi ile fiziki objelere dönüştüren bir imalat metodudur. Bu metotta, ham madde olarak ısı ile ergiyerek kalıplanabilir hale gelen ve soğuduktan sonra ise katılaşan termoplastik özelliğe sahip üç boyutlu filament kullanılmaktadır. Üç boyutlu baskının ham maddesi olan filamentler ekstrüzyon adı verilen işlem ile üretilmektedir. Filament ekstrüzyonu genel olarak kovan içerisinde dönen vida ve ısıtıcılar yardımı ile eriyik hale gelen polimerin, kalıbın şeklini almasını sağlayan sistemlerdir. Bu tez kapsamında üç boyutlu yazıcılarda kullanılmak üzere düşük maliyetli ve ticari olarak kolay temin edilebilir malzemeler ile özgün bir tasarıma sahip tek vidalı ekstrüderin imalatı gerçekleştirilmiştir. Tasarımı ve imalatı yapılan filament ekstrüder ile Polilaktik asit (PLA) polimeri kullanılarak farklı ekstrüzyon sıcaklığı ve vida dönüş hızlarında filamentler üretilmiş ve üretilen filamentlerin boyut analizlerinin yanı sıra viskoelastik, termal ve morfolojik özelliklerinin incelenmesi için Dinamik-Mekanik, Diferansiyel Taramalı Kalorimetre ve Taramalı Elektron Mikroskopi analizleri gerçekleştirilmiştir ve tüm bu analiz sonuçlarının, işletme parametreleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. PLA polimeri için 20-30-40 RPM vida dönüş hızlarında ve 170-180-190 °C ekstrüzyon sıcaklıklarında üretilen PLA filamentlerinin boyut analizi sonucunda 1.75 mm olan ticari filament çapına en yakın değer 1.68 mm ile 170 °C ekstrüzyon sıcaklığı ve 40 RPM vida dönüş hızında elde edilmiştir. Filamentlerin SEM görüntülerine göre tüm vida dönüş hızlarında ve tüm ekstrüzyon sıcaklıklarında üretilen filamentlerin yüzeyleri düzgün ve pürüzsüzdür. En iyi viskoelastik özellik gösteren filamentler, 170°C 40 RPM, 190°C 30 RPM ve 190°C 40 RPM işletim parametrelerinde üretilen filamentlerdir. DSC analizi sonucunda elde edilen camsı geçiş sıcaklığı, sabit ekstrüzyon sıcaklığında vida dönüş hızı arttıkça azalırken, erime sıcaklığı ise sabit vida dönüş hızında ekstrüzyon sıcaklığı arttıkça azalmıştır.