Darbe emici gözenekli polimer malzemelerin tasarımı, optimizasyonu ve 3B prototipleme teknolojisiyle üretimi

Abstract

Otomotiv sektörü, günümüzde vazgeçilemez ulaşım unsurlarının başında gelmektedir. Resmi rakamlara göre ülkemizde yirmi bir milyonu aşkın araç trafiğe kayıtlıdır. Sayının artmasıyla birlikte trafik kazalarında da genel çerçevede artış gözlemlenmiştir. Yine resmi rakamlara göre ülkemizde son yıllarda ortalama bir milyon trafik kazası meydana gelmektedir. Trafik kazaları maddi hasarla birlikte beraberinde can kaybı da yaşanabilmektedir.

Yaşanan bu gelişmelerle birlikte taşıtlarda darbe emici özelliğin hayati bir öneme sahip olduğu gözler önüne serilmektedir. Taşıt imalatçılarının da darbe emici malzemeler yoğun çalışma yaptıkları bilinmektedir. Günümüzde darbe emici özelliğe sahip malzemelerin başında da gözenekli malzemeler gelmektedir. Gözenekle malzemelerin başında metalik köpükler gelmektedir. Ancak metalik köpükler çok yüksek enerjili kazalarda ön plana çıkmaktadırlar ve üretim esnasında gözenek boyutları kontrol edilemediğinden random bir üretim söz konusudur. Taşıt-yaya gibi düşük enerjili kazalarda metalik köpüklerden enerji absorbesi beklenmemektedir.

Yapılan bu çalışmada polimer köpüklü malzemeler üretilerek, düşük enerjili kazalarda taşıtlarda kullanılan malzemelerin darbe emici özelliklerinin iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Klasik yöntemlerle yapılan polimerik köpük üretiminde gözenek boyutları kontrol edilemezken bu çalışmada günümüz popüler üretim yöntemlerinden olan 3B yazıcılarla üretim sayesinde gözenek şekilleri ve boyutları kontrol altına alınarak üretilmiştir. Ayrıca üretilen olan farklı boyutlarda ve şekillerde gözenek boyutlarına sahip numunelerin çeşitli mekanik testleri yapılarak darbe emici özellikleri analiz edilmiştir. Analizler sonucu yapılan olan optimizasyon çalışması ile maksimum verim elde edilmeye çalışılmıştır. Gözenek boyutu ve hücre duvar kalınlığının malzemelerin darbe dayanımı etkileyen ana unsurlardan olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca eklemeli imalatla, darbe emici gözenekli yapının kullanılacağı alana uygun olarak, tasarlanıp uygulanabileceği de görülmüştür.

The automotive industry is one of the indispensable transportation elements today. According to official figures, more than twenty-one million vehicles in our country are registered to traffic. With the increase in the number of traffic accidents, an increase has been observed in the general framework. According to official figures, an average of 1 million traffic accidents has occurred in our country in recent years. Traffic accidents can occur along with financial damage, as well as loss of life.

With these developments, it is revealed that the shock absorbing feature of vehicles is of vital importance. Vehicle manufacturers are also known to work hard on shock absorbing materials. Porous materials are one of the most shock absorbing materials today. Metallic foams are the leading materials. However, metallic foams come to the fore in very high energy accidents and there is a random production as the pore sizes cannot be controlled during production. Energy absorption from metallic foams is not expected in low energy accidents such as vehicle-pedestrian.

In this study, it is aimed to improve the shock absorbing properties of the materials used in vehicles in low energy accidents by producing polymer foam materials. While the pore sizes cannot be controlled in the production of polymeric foam made by classical methods, in this study, it will be produced by controlling the pore shapes and sizes thanks to the production with 3D printers, which is one of the popular production methods of today. In addition, the impact absorbing properties of the samples with different sizes and shapes of pore sizes will be analyzed by performing various mechanical tests. Maximum efficiency will be tried to be obtained with the optimization study to be carried out as a result of the analyzes. It is determined that the pore size and cell wall thickness are the main factors affecting the impact resistance of the materials. It has also been found that with the additive manufacturing, the impact absorbing porous structure can be designed and applied in accordance with the area to be used.