Eklemeli imalat için tasarlanan fonksiyonel olarak derecelendirilmiş ökzetik kafes yapıların mekanik davranışı üzerine deneysel bir inceleme
An experimental investigation on mechanical behaviour of functionally graded auxetic lattice structures designed for additive manufacturing
Yazar: NESLİHAN TOP
Danışman: PROF. DR. İSMAİL ŞAHİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mühendislik Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Bilgisayar destekli tasarım = Computer aided design ; İleri üretim teknolojisi = Advanced production technology

Özet:
Kafes yapılar, yüksek mukavemetli ve hafif yapılar sunması sebebiyle birçok sektörde uygulama alanı bulmaktadır. Farklı sektörlerde çok yönlü uygulanabilirlikleri göz önüne alındığında, tek tip kafesler istenen kriterleri karşılamakta yetersiz kalmaktadır. Yapıların bölgesel olarak farklı mekanik özelliklere sahip olması gerekliliği, Fonksiyonel Olarak Derecelendirilmiş Kafes Yapıların (Functionally Graded Lattice Structure - FGLS) oluşturulmasını zorunlu kılmıştır. Özelleştirilmiş bileşenlerin üretimi ile ön plana çıkan Additive Manufacturing (AM) teknolojileri, bileşenlerdeki malzeme organizasyonunu kademeli olarak değiştirmeyi amaçlayan FGLS'ların kontrollü bir gözeneklilikte üretimini mümkün kılmaktadır. Bu tez çalışmasının amacı, FGLS'lerin mekanik özelliklerini araştırarak AM teknolojileri aracılığıyla endüstriyel uygulama olanaklarıni belirlemektir. Çalışmada, kişiselleştirilmiş hücresel birimlerini kullanımına izin veren bir Bilgisayar Destekli Tasarım (Computer Aided Design – CAD) yazılım eklentileri kullanılarak farklı konfigürasyonlara sahip FGLS'ler geliştirilmiştir. FGLS'lerin tasarım sürecinde, farklı payanda ve düğüm sayısına sahip ökzetik hücresel birimler kullanılmıştır. Bu birimler ile elde edilen yatay, dikey ve radyal dereceli kafes yapıları; ölçüsel doğruluk, mekanik özellik ve enerji emilimi bakımında tekdüze kafes yapıları ile karşılaştırılmıştır. Tez çalışmasının ilk aşamasında üç farklı ökzetik birimle tasarlanan tekdüze, Yatay Gradyan (YG), Dikey Gradyan (DG) ve Radyal Gradyan (RG) kafes yapıları AM teknolojilerinden malzeme püskürtme tekniği ile RGD720 fotopolimer reçine kullanılarak üretilmiştir. Üretilen kafes yapıların mekanik test sonuçlarına göre bazı hücresel birim tasarımlarının payanda sayısı ve bağlantı noktalarında değişiklikler yapılmıştır. Yeniden tasarlanan kafes yapılarının farklı konfigürasyonları, fotopolimerizasyon tekniği ile fotopolimer reçine kullanılarak üretilmiştir. Üretilen kafes yapıların mekanik özellikleri basma ve darbe testleri ile belirlenerek elde edilen sonuçlar, malzeme püskürtme tekniği ile üretilen numunelerin mekanik test sonuçları ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Lattice structures find application in many sectors as they offer high strength and lightweight structures. Considering its versatile applicability in different sectors, single type lattices are insufficient to meet the desired criteria. The necessity for structures to have regionally different mechanical properties has necessitated the creation of Functionally Graded Lattice Structures (FGLS). Additive Manufacturing (AM) technologies, which stand out with the production of customized components, aim to gradually change the material organization in components by enabling the production of FGLS in controlled porosity. The aim of this thesis study is to investigate the mechanical properties of FGLS and to determine industrial application possibilities through AM technologies. In the study, FGLSs with different configurations were developed using Computer Aided Design (CAD) software plug-ins that allow the use of customized unit cells. Auxetic unit cells with different numbers of struts and nodes were used in the design process of FGLSs. Horizontal, vertical and radial lattice structures obtained with these units; It was compared with uniform lattice structures in terms of dimensional accuracy, mechanical properties and energy absorption. In the first stage of the thesis study, uniform, Horizontally Gradient (YG), Vertically Gradient (DG) and Radially Gradient (RG) lattice structures designed with three different auxetic units were produced using RGD720 photopolymer resin with material jetting technique from AM technologies. According to the mechanical test results of the produced lattice structures, changes were made in the number of struts and connection points of some unit cell designs. Different configurations of the redesigned lattice structures were produced using photopolymer resin with the photopolymerization technique. The mechanical properties of the produced lattice structures were determined by compression and impact tests and the results were compared with the mechanical test results of the samples produced by the material jetting technique.