TR202100461A2 - Poli̇mer matri̇sli̇ kompozi̇tler i̇çi̇n bi̇r düzenek i̇çeren üç boyutlu bi̇r yazici ve bu yazicinin çalişma yöntemi̇ - Google Patents

Abstract

Buluş, katmanlar (3) arasında dikey yönde mukavemeti artırılmış kırpık fiber katkılı polimer kompozitin üretimi için üç boyutlu yazıcıya monte edilebilen bir düzeneğe ilişkindir. Söz konusu düzeneği içeren üç boyutlu yazıcının çalışma yöntemi de buluşun kapsamındadır. Söz konusu yöntem en genel haliyle a. ekstrüzyon nozülü (2) aracılığıyla en az iki katmanın (3) ekstrüde edilmesi, b. ekstrüde edilen son katmanın (3) kalınlığından uzun en az bir iğne (1a) ve bir düzeltici kısım (1b) içeren bir modülün (1) katmana (3) doğru bir veya daha fazla eksende hareket etmesi suretiyle bahsedilen iğne (1a) ya da iğnelerin (1a) ekstrüde edilen katman (3) içerisine en az bir kere girip çıkarılması ve bahsedilen katmanın (3) kalınlığından daha derine daldırılması, c. b basamağından sonra modülde (1) bulunan düzeltici kısım (1b) aracılığıyla, bahsedilen katmanın (3) düzeltilmesi işlem basamaklarını içermektedir.

Description

TARIFNAME POLIMER MATRISLI KOMPOZITLER IÇIN BIR DÜZENEK IÇEREN Üç BOYUTLU BIR YAZICI VE BU YAZICININ ÇALISMA YÖNTEMI Bulusun Konusu Bulus, polimer matrisli kompozitlerin katmanlar arasi yapismasinin artirilmasi için üç boyutlu yazicilara monte edilebilen, ekstrüzyon nozülünün etrafina yerlestirilen bir düzenege, söz konusu düzenegi içeren üç boyutlu yaziciya ve bu yazicinin çalisma yöntemine iliskindir. Teknigin Bilinen Durumu Matris malzeme içerisine yapilan lif takviyesi ile yapilarin güçlendirilmesi kompozit yapisinin temelini olusturmaktadir. Liflerin orani, dagilimi, düzeni, ve matris malzemesi ile liflerin arayüzünün yapisi, kompozit malzemenin mekanik özelliklerini etkilemektedir. Eklemeli imalat ile kompozit üretimi, özellikle karmasik geometrili (bazi sekiller için üretimi imkansiz olan) parçalarin üretimini mümkün kilmaktadir. Ancak eklemeli imalatin katmanlar halinde üretilmesi nedeniyle, üretilen parçalarin mekanik özellikleri yöne bagli olarak degismektedir (anzotropi). Eklemeli imalat yöntemi ile üretilmis karbon fiber katkili ABS (Akrilonitril bütadien stiren) polimer numunelerde yapilan testler, fiberler yönündeki mukavemetin, fiberlere dik yöndeki mukavemetin çok üzerinde (yaklasik iki kati) oldugunu göstermistir. Bu nedenle, takviye liflerin matris içerisindeki düzeni mukavemet açisindan çok önemlidir. Eriyik biriktirme yöntemi ile eklemeli imalat yöntemi kullanilarak polimer tabanli kompozit üretiminde, katmanlarin birbirine yapisma orani, üretilen komponentlerin dikey yöndeki mukavemetini belirleyen faktörlerden biridir. Kirpik lif katkilarinin serilen katman içerisindeki dagilimi ve düzeni de komponentlerin diger yönlerdeki mukavemetini etkilemektedir. Bilinen teknikte eklemeli imalatta (üç boyutlu yazicilarda) katmanlar arasinda yapismanin arttirilmasi için bazi sistemler veya yöntemler mevcuttur. Bunlardan bir kismi, özellikle büyük ölçekli eklemeli imalat sistemlerinde, US serilmesir öncesinde alt katmanin camsir geçis sicakliginin üzerine isitilmasini gerektirmektedir. Baska bir örnek olarak US 9,586,371 sayili dokümanda anlatildigi gibi polimer matris içerisine yerlestirilen ajan partiküllerinin alt katman yüzeyinde gözenekler olusturmasi ile yeni katmanin bu gözeneklere girisimini anlatmaktadir. Baska bir örnek olarak teknikteki bazi sistemler, makarali hadde (Thermwood LSAM) veya titresimli tabla (Cncnnat BAAM) ile serilen katmanin basilmasi gibi yaklasimlari kapsamaktadir. Ancak, teknikte bilinen bu yöntemler ve sistemler, kirpik elyaf takviyesinin katman içerisinde düzenini etkilemekle beraber katmanlar arasinda (dikey yönde) istenilen oranda bir dagilimi gerçeklestirmemektedir. Katmanlar arasinda, dikey yönde, elyaf yönlenmesi (karisim) olusturulmasi halinde, eklemeli imalatla üretilen parçalarin mukavemeti önemli bir oranda artacak ve diger yöntemlerle elde edilen kompOZit parçalarin mukavemetine ulasabilecektir. Bu amaçla, katmanlar' arasinda birakilan bosluklarin dikey yönde doldurulmasi (Z-pining) metodu gelistirilmistir. Ancak, bu yaklasim daha uzun baski süresi ve üretilebilecek parçalar için geometrik kisitlamalar getirmektedir. Teknigin bilinen durumuna baska bir örnek olarakUSZOZO307l47 sayili doküman verilebilir. Söz konusu dokümankompozit bazli eklemeli imalat (üç boyutlu yazici) alaninda kullanilmak üzere gelistirilen, basilan bitisik lifli katmanlar arasinda liflerin karistirilmasi ve dolayisiyla katmanlarin yapistirilmasi ve mukavemetin artirilmasi için bir düzenegi konu alan bir patent dokümanidir.Dokümana konu düzenek en genel haliyle; en az biri lif içermek üzere, istenilen üç boyutlu nesne için sekillendirilen ve hizalama açikligi içeren katmanlarin yerlestirildigi bir taban tabakasi, basilan katmanlarin hizalanmasi için taban tabakasi ile iliskili ve katmanlarda bulunan hizalama açikligindan geçen hizalama pimleri, taban tabakasina göre ileri-geri/asagi- yukari hareket edebilen ve dikey yönde bir dizi açiklik içeren bir rehber' tabaka, liflerin karistirilmasini saglayan ve etrafinda kancalar/çengeller içeren bir dizi igne ve taban tabakasina karsi, rehber tabakaya bitisik olarak konumlandirilan. ve igneleri tutan. bir igne levhasi/panosu içermektedir. Söz konusu doküman lamine levhalarin (kumas, dokunmus fiber katman vb.) katmanlar arasi baglantisinin artirilmasini konu almaktadir. Üç boyutlu yazici ile lamine levha üzerine yatirilan malzemenin bir önceki levhada mevcut fiberleri üst katmana yönlendirilmesini hedeflemektedir. Burada üç boyutlu yazici ile ekstrüde edilen malzemenin hazir bir levha, kumas Vb. üzerine yapismasinin arttirilmasi söz konusudur. Ancak söz konusu dokümana konu sistem, dogrudan eriyik ekstrüde yöntemi ile üç boyutlu eklemeli imalat tekniginde, ekstrüde edilen katmanlar arasindaki fiberlerin yönlendirilmesini saglamamaktadir. Teknigin bilinen durumuna baska bir örnek olarakUSZOl7ZlOO74 Al sayili doküman verilebilir. Söz konusu doküman bir lif içeren nesnenin üretimini saglayan bir üç boyutlu yazici sistemini konu alan bir patent dokümanidir. Bulusun bir amaci üç boyutlu yazici sisteminin kullanilarak lif katkili plastiklerin daha az maliyetle üretilmesi ve daha karmasik sekillerin kaliplanabilmesidir. Söz konusu dokümana konu üç boyutlu yazici sistemi en genel haliyle; birbirinden ayri olarak, reçine içeren birinci sürekli malzemenin ve lif içeren ikinci sürekli malzemenin beslendigi bir nozül içeren bir baslik, nozülden çikan malzemenin üzerine biriktirildigi bir platform, liflerin kesilmesi için bir kesme cihazi ve basligin, platformun ve kesme cihazindan en az biri ile baglantili islem cihazini kontrol eden bir kontrolcü içermektedir. Bahsedilen doküman, sürekli fiber katkili üç boyutlu yazici sistemi ile ilgilidir. Sürekli fiber ve kirpik fiber katkili kompozitler farkli malzeme gruplaridir ve farkli tekniklerle üretilmektedir. Dolayisiyla söz konusu doküman kirpik fiber katili kompozitlere uygulanabilir bir sistem ve yöntem sunmamaktadir. Yukarida bahsedilen teknikteki dokümanlarin dezavantajlarinin giderilmesi için kirpik fiber katkisi içeren polimer matrisli kompozitlerin eklemeli imalat (3B yazici) ile üretiminde ekstrüde edilen katmanlar arasinda kirpik fiberlerin birbirine karismasini saglayarak kompozitlerin mukavemetini artiran bir düzenek gelistirilmistir. Söz konusu düzenek üç boyutlu yazicilara monte edilebilmektedir. Bulusun Detayli Açiklamasi Bulus eklemeli imalat (SB yazici) ile, katmanlar (3) arasinda dikey yönde mukavemeti artirilmis kirpik fiber katkisi içeren polimer matrisli kompozit üretimine iliskindir. Bulus, kompozit üretiminde serilen katmanin (3) üzerine katmanin (3) kalinligindan daha uzun igneler (la) batirilip çikarilarak, alt katmandaki (3b) takviye bazi liflerinin dikey yönde yönlenmesi Ve iki katman (3) arasinda karismasinin saglanmasi esasina dayanmaktadir. Ignelerin bagli oldugu hareketli tablanin düz kismi ise yüzeyde ortaya Çikabilecek pürüzlülükleri düzeltmektedir. Bulus, en genel haliyle üç boyutlu yaziciya monte edilebilen bir düzenek olup, üç boyutlu yazicinin ekstrüzyon nozülünün (2) etrafina yerlestirilmek üzere, - ekstrüde edilen katmana (3) dogru bakan, katmanin (3) kalinligindan uzun en az bir igne (la) ve - bir düzeltici kisim (lb) içeren igne (la) veya ignelerin (la) katmana (3) batirilip çikarilmasini saglayacak sekilde bir veya daha fazla eksende hareketli bir modül (l) içermektedir. Gelistirilen düzenek sayesinde polimer matrisli kompozitlerin katmanlari (3) arasinda yapisma artirilmaktadir. Düzeltici kisim(lb), igne (la) tarafindan olusan yüzey pürüzlügünün giderilmesini saglamaktadir. Bulusun bir yapilandirmasinda katman(3), kirpik fiber katkili polimer kompozittir. Tercihen karbon fiber katkili ABS polimer kompozittir. Bulusun bir yapilandirmasinda igneler (la) serilen katmanin (3) enine bagli olarak farkli düzenlerde yerlestirilebilmektedir. Bulusun bir yapilandirmasinda modül (1), düzlemsel bir tabla veya döner bir makara olmaktadir. Daha detayli olarak bulus mevcut üç boyutlu yazici sistemlere monte edilebilen ve ekstrüzyon nozülünün (2) etrafina yerlestirilerek bir veya daha fazla eksende hareket eden ignelerin (la) bulundugu bir düzenegi kapsamaktadir. Nozül (2) vasitasiyla ekstrüde edilen elyaf katkili polimer katmanin (3) serilmesini takiben (eriyik henüz katilasmadan), igneler (la) katman (3) üzerinde asagi hareket ederek katman (3) kalinligindan daha derine dalmakta, isinmis ve eriyik hale gelmis olan alt katmana (3b) da belirli bir oranda girip tekrar yukariya dogru hareket ederek olusturdugu lokal akis ile iki katman (3) arasindaki liflerin karismasini ve bazilarinin dikey yönde yönlenmesini saglamaktadir. Igneler farkli uç tasarimlarina sahip olabilir. Igneler serilen katmanin (3) enine bagli olarak farkli düzenlerde yerlestirilebilmektedir. Igneler düzlemsel bir tabla veya döner bir makara üzerine de yerlestirilebilir. Ignelerin olusturdugu yüzey pürüzlülügü, takip eden bir düzeltici kisim (lb) ile giderilir. Gelistirilen düzenek mevcut üç boyutlu yazici sistemleriyle beraber çalismaktadir. Üç boyutlu yaziciya göre, düzenegin eksen hareketleri farkli konstrüksiyonlarda olabilir. Is parçasinin biriktirildigi tabla ve nozülü (2) tasiyan kafanin hareket sistemleri degisiklik gösterebilir. Katman (3) serme yöntemi düzlemsel veya düzlemsel olmayan takim yollari izleyecek sekilde farkliliklara sahip olabilir. Tüm bu varyasyonlarda, serilen katmanin (3) bir alt katmanla (3b) girisiminin ignelerle (la) saglanmasi bulusun esasini olusturmaktadir. Bulus, eriyik :biriktirme yöntemi ile eklemeli imalat (üç boyutlu yazici) sisteminde katmanlar (3) arasinda yapismanin (girisimin, bagin) saglanmasi için serilen katmana (3) dalip çikan igneler (la) kullanir. Asagi-yukari hareket eden igneler (la) alt katmana (3b) belirli bir oranda girip Çikarken, bu katmanlardaki (3) katki liflerinin birbirine karismasini ve bazilarinin katman (3) serme yönüne dikey yönlenmesini saglamaktadir. Bu sekilde katmanlar (3) arasinda yapisma (girisim, bag olusumu) artarak, üretilen parçanin mukavemetini artirmaktadir. Söz konusu düzenegi içeren üç boyutlu yazici da bulusun kapsamindadir. Söz konusu düzenegi içeren üç boyutlu yaZiCinin kirpik fiber katkili polimer kompozit için kullanimi da bulusun kapsamindadir. Tercihen karbon fiber katkili ABS polimer kullanilmaktadir. Söz konusu düzenegi içeren üç boyutlu yazicinin çalisma yöntemi de bulusun kapsamindadir. Bahsedilen yöntem, a.ekstrüzyon nozülü (2) araciligiyla en az iki katmanin (3) ekstrüde edilmesi, b.ekstrüde edilen son katmanin (3) kalinligindan uzun en az bir igne (la) ve bir düzeltici kisim (lb) içeren bir modülün (l) katmana (3) dogru bir veya daha fazla eksende hareket etmesi suretiyle bahsedilen igne (la) ya da ignelerin (la) ekstrüde edilen katman (3) içerisine en az bir kere girip çikarilmasi ve bahsedilen katmanin (3) kalinligindan daha derine daldirilmasi, c.b basamagindan sonra modülde (l) bulunan düzeltici kisim (lb) araciligiyla, bahsedilen katmaninr (3) düzeltilmesi islem basamaklarini içermektedir. Bulusun bir yapilandirmasinda katman (3) olarak kirpik fiber katkili polimer kompozit kullanilmasidir. Tercihenr karbon fiber katkili ABS polimer kullanilmasidir. Bulusun bir yapilandirmasinda modül (l), igneler (la) katmana (3) dik yönde olmak üzere asagi-yukari hareket etmektedir. Bulusta ortaya konulan yöntemle, polimer matrisli elyaf katkili kompozitlerin eklemeli imalatinda, katmanlara (3) dik yöndeki mukavemet zayifligi (anzotropik yapi) azaltilarak, daha homojen (izotropik yapi) parça üretimi mümkün olmaktadir. Bulusun bir yapilandirmasi, eklemeli imalat (üç boyutlu yazici) yöntemine ve bu yöntemle elde edilmis kompozite iliskindir. Söz konusu yöntemde, üretilen polimer matrisli kompozitlerin katmanlar (3) arasindaki yapismasi igne (la) ile karistirilarak arttirilmaktadir. Bulusa konu eriyik biriktirme yöntemi ile polimer kompozitlerin eklemeli imalatinda homojen (izotropik) yapida parçalarin üretimi mümkün olmaktadir. Sekil 1'de gösterildigi gibi bulusa konu üç boyutlu yazici hareketli bir modül (l) içeren bir düzenegi haizdir. Söz konusu yazicinin nozulü (2) araciligiyla katmanlar (3) x ekseni dogrultulusunda üst üste serilmektedir. Modülün (l) 2 ekseni dogrultusunda yukari asagi hareketiyle igneler (la) ekstrüde edilen katman (3) içerisine girip çikarilmakta ve katmanin (3) kalinligindan daha derine daldirilmaktadir. Daha sonra modülde (l) bulunan düzeltici kisim (lb) araciligiyla, katman (3) üzerindeki pürüzlükler düzeltilmektedir. Sekil 1'de ayrica katman (3) kalinligi ve uzunlugu gösterilmektedir. Sekil 2'de bulusa konu üç boyutlu yazici ile üretilen bir üst katman(3a) ve alt katmanda (3b) bulunan kirpik liflerin girisimi ve dikey yönlendirilmesi detayli olarak gösterilmektedir. Birçok önemli avantajina ragmen, katmanlarin (3) dikey yönündeki mukavemetinin düsük olmasi, eklemeli imalat yöntemiyle kompozit parçalarinin üretiminde sinirlamalar getirmektedir. Bu önemli dezavantajin ortadan kaldirilmasi, eklemeli imalat ile kompozit imalatinin uygulama alanlarini genisleterek, daha önce üretilemeyen parçalarin üretilebilmesini veya mevcut parçalarin mukavemetinin artirilmasi nedeniyle daha küçük boyutlarda üretilmesine imkan saglayacaktir. Bu durumda daha az malzeme kullanimi, daha düsük maliyet ve enerji tüketimi ile üretim gerçeklestirilecektir. TR TR

Claims (1)

1.ISTEMLER .Üç boyutlu yaziciya. monte edilebilen bir düzenek olup, özelligi; üç boyutlur yazicinin ekstrüzyon nozülünün (2) etrafina yerlestirilmek üzere, - ekstrüde edilen katmana (3) dogru bakan, katman (3) kalinligindan uzun en az bir igne (la) ve - bir düzeltici kisim (lb) içeren, igne (la) veya ignelerin (la) katmana (3) batirilip Çikarilmasini saglayacak sekilde bir veya daha fazla eksende hareketli bir modül (l) içermesi ile karakterize edilmesidir. . Istem l'e uygun bir düzenek olup, özelligi; katmanin kirpik fiber katkili polimer kompozit olmasidir. .Istem Z'ye uygun bir düzenek olup, özelligi; katmanin (3) karbon fiber katkili ABS polimer kompOzit olmasidir. .Istem l'e uygun bir düzenek olup, özelligi; modülün (l) düzlemsel bir tabla veya döner bir makara olmasidir. .Yukaridaki istemlerden herhangi birine uygun bir düzenegi içeren bir üç boyutlu yazici. . Istem› 5'e uygunr bir üç boyutlur yazicininr kirpikr fiber katkili polimer kompozit üretiminde kullanimi. .Istem 5'e uygun bir üç boyutlu yazicinin çalisma yöntemi olup, özelligi; .ekstrüzyon nozülü (2) araciligiyla en az iki katmanin (3) ekstrüde edilmesi, .ekstrüde edilen son katmanin (3) kalinligindan uzun en az bir igne (la) Ve bir düzeltici kisim (lb) içeren bir modülün (l) katmana (3) dogru bir veya daha fazla eksende hareket etmesi suretiyle bahsedilen igne (la) ya da ignelerin (la) ekstrüde edilen katman (3) içerisine en az bir kere girip çikarilmasi ve bahsedilen katmanin (3) kalinligindan daha derine daldirilmasi, . b basamagindan sonra modülde (l) bulunan düzeltici kisim (lb) araciligiyla, bahsedilen katmanin (3) düzeltilmesi islem basamaklarini içermesidir. .Istem 7'ye uygun bir yöntem olup, özelligi; modülün (l), igneler (la) katmana (3) dik yönde olmak üzere asagi-yukari hareket ettirilmesidir. .Istem 7 veya 8'e uygun bir yöntem olup, özelligi; katmanin (3) kirpik fiber katkili polimer kompozit olmasidir. Istem 9'a uygun bir yöntem olup, özelligi; katmanin karbon fiber katkili ABS polimer kompOZit olmasidir. . Isteni 9 veya lO'a uygun bir yöntemle elde edilen bir kompozit. TR TR