FDM baskılı plastik malzemelerin asınma, sürtünme ve sertlik özellikleri

Sanal ortamda tasarlanmış 3 boyutlu nesneleri katı formda somut nesnelere dönüştüren makinelere 3 boyutlu yazıcı denir. İlk 3D yazıcı teknolojisi Charless Hull tarafından 1984 yılında ortaya çıkmıştır. 1986 yılında 3D Systems adlı ilk 3D yazıcı şirketinin kurulmasıyla yeni bir sektör doğmuştur. 90'lı yıllarda bu teknoloji hızla ilerlemiş, Amerika'da ilk renkli baskı alınmıştır. 2005 yılında başlayan ve 2007 yılında ilk açık kaynak kodlu, kendi parçalarını dahil prototipleyebilen yazıcıları çıkaran RepRap projesi ile 3D yazıcılar evlerimize kadar ulaşmıştır. Bu girişimin amacı maliyeti azaltarak kullanımı yaygınlaştırmaktı ve günümüzde ne kadar büyük bir başarıya ulaştığını görebiliyoruz. 3D yazıcıların çalışabilmeleri için 3boyutlu modele, tasarıma ihtiyacı vardır. Bilgisayar ortamında AutoCAD, Solidworks, 3DsMax gibi bir CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) programı ile tasarlanmış çizimler veya 3 boyutlu tarayıcı ile taranmış olan nesneler '.stl' uzantısında dışa aktarılırlar. 3D yazıcı '.stl' uzantısındaki dosyayı algılar ve baskı işlemini gerçekleştirir. 3D Printer teknolojilerinin tamamı katmanları üst üste yığma prensibi ile çalışır. Ancak katmanları nasıl oluşturdukları oldukça farklılaşabilmektedir. Katman yığma teknikleri günümüzde geçerli olan bir çok farklı teknolojiden faydalanabilmektedir. Örneğin lazerler, elektron ışın kaynakları, UV kürleme vb. FDM (Birleştirmeli Yığma ile Modelleme) masaüstü 3D baskıda en yaygın kullanıma sahip tekniktir. İşleme başlamadan önce yazıcıya bir 3D model verisi girilir. Bilgisayar destekli bu tasarım verisini yazıcı okur ve işlem başlar. Termo plastik malzeme yazıcının extruder diye adlandırılan bölgesinde ısıtılarak erimiş plastik olarak X ve Y koordinatlarında basılır. Tabanın en altından başlayarak Z koordinatı boyunca katmanlar serilir. Serilen katmanlar birleşerek katı formda bir model elde edilir. Akrilonitril bütadien stiren ve Polilaktik Asit 3B yazicilarda en popüler ve sık kullanılan malzemelerdir. Karbon fiber takviyeli akrilonitril bütadien stiren, sürtünme özelliklerinin karbondan dolayı iyileştirildiği yeni malzemedir. Çoğu termoplastik polimer, yenilenemeyen petrol rezervlerinin polimerizasyonundan elde edilmesine rağmen, polilaktik asit yenilenebilir kaynaklardan elde edilir. Şeker kamışı ve mısır nişastası bu kaynaklardan sadece birkaçıdır. Birçok mühendislik talebinde yapısal malzemelerin kullanımı, karbon fiber takviyeli polimerik malzemelerin endüstriye girmesine neden olmaktadır. İşleme kolaylığı, daha yüksek mukavemet, karmaşık şekiller elde etme ve geri dönüştürme olasılığı, karbon fiber takviyeli termoplastikleri bilimsel ilgiyi sağlar. Sertlik, sürtünme ve aşınma testleri ASTM standartlarına göre yapılmıştır. Test numunesi özellikleri, laboratuvar ortamı, test örneği koşulları vb. Belirlenir. İlk adımda, numunelerin sertliği, Shore D sertlik cihazı ile test edilir. Bu testin sonuçları malzemelerin temel özellikleri ile karşılaştırılmıştır. İkinci adımda sürtünme ve aşınmanın ölçülmesi için pin-on-disk metodu kullanılır. Her bir numuneye iki farklı yük ve üç farklı hız uygulanır ve bu işlem beş kez tekrarlanır. Ek olarak kritik hız değeri testlerle belirlenir. ABS, CFABS ve PLA malzemeleri için sertlik değerleri kalıplanmış olanlarla karşılaştırıldı. Genellikle yatay (horizontal) yönelimli örneklerde daha iyi sonuçlar elde edilmektedir. Katman kalınlığı, mekanik özellikler üzerinde farklı etkilere sahiptir. Aşınma ve sürtünme testlerinde karbon fıber katkılı ABS'de, ABS'ye kıyas daha iyi ve stabil değerler elde edilmiştir. Testlerde kullanılan karbon fıber katkılı ABS'nin karbon oranı %10 olarak belırlenmiştir. Daha önceki araştırmalara istinaden bu oran önemli ve kritik bir orandır. Bu orandan daha düşük ve daha yüksek karbon katkı olduğu halde kompozit tamamen farklı ve birbirine zıt davranışlar göstermektedir.