3D metal eklemeli imalat yöntemi ile yeni nesil pasif ısı emici tasarımı, analizi ve üretimi
Design, analysis and production of new generation passive heat sink with 3D metal additive manufacturing
Yazar: İBRAHİM ŞEKER
Danışman: PROF. DR. HÜDAYİM BAŞAK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Fen Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Endüstri Ürünleri Tasarımı = Industrial Design ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Bilgisayar destekli tasarım = Computer aided design ; Endüstriyel tasarım = Industrial design

Özet:
Bu çalışmada, çeşitli kafes yapılarının pasif soğutma amaçlı ısı emici olarak kullanılması tartışılarak performansları değerlendirilmiştir. Rhinoceros 3D ve Grasshopper yazılımında parametrik olarak eşit hacme sahip kafes yapıda farklı ısı emici tasarımları geliştirilmiştir. Tasarımlar oluşturulurken doğal hava akışı dikkate alınarak yüzey alanı ile toplam hacim arasındaki oran değerlendirilmiştir. Böylece aynı hacimde daha fazla yüzey alanı elde edilerek daha etkili bir ısı transferi sağlanması hedeflenmiştir. Tasarım aşamasında kafes yapıların hacimleri sabit tutularak birim kafes hücrelerin boyutu, kafes çapı ve toplam hücre sayısı parametrelerinin değiştirilmesi ile modellerde daha fazla yüzey alanı hedeflenmiştir. SIMSOLID yazılımında gerçekleştirilen termal analizlerin sonucunda, aynı miktarda malzeme kullanılarak yüzey alanının hacme oranının artırılması ile daha iyi bir soğutma performansı elde edildiği gözlemlenmiştir. Ayrıca oluşturulan kafes yapılarda gradyan düşüş yöntemi uygulanarak daha düşük hacimlerde ısı emicilerin performansları değerlendirilmiştir. Yüzey alanının hacme oranı birim hücreler arasında farklılık göstermesi, ısı emicilerin toplam yüzey alanında da farklılık yaratmıştır. Eşit hacimlere sahip farklı kafes yapıda ısı emiciler arasından en iyi performans gösteren ısı emici seçildi. Bu ısı emicinin kafes yapısında, birim hücre boyutu ve kafes çapı küçültüldü, toplam hücre sayısı artırıldı. Böylece, hacmi artırılmadan yüzey alanı artırıldı ve yüzey alanının hacme oranı yükseltildi. Sonuç olarak, bu değişiklikler sayesinde yüzey alanının hacme oranının yükseltilmesi ile daha iyi bir soğutma performansı elde edildi.

Abstract:
In this study, the use of various lattice structures as heat sinks for passive cooling purposes is discussed and their performances are evaluated. In Rhinoceros 3D and Grasshopper software, different heat sink designs were developed parametrically in lattice structure with equal volume. While creating the designs, the ratio between surface area and total volume was evaluated by considering the natural air flow. Thus, it is aimed to provide a more effective heat transfer by obtaining more surface area in the same volume. In the design phase, the volumes of the lattice structures were kept constant and the size of the unit lattice cells, the lattice diameter and the total number of cells were changed to achieve more surface area in the models. As a result of the thermal analysis performed in SIMSOLID software, it was observed that a better cooling performance was obtained by increasing the ratio of surface area to volume using the same amount of material. In addition, the performance of heat sinks at lower volumes was evaluated by applying the gradient decrease method in lattice structures. The difference in the ratio of surface area to volume between the unit cells caused a difference in the total surface area of the heat sinks. The best performing heat sink was selected among the heat sinks of different lattice structures with equal volumes. In the lattice structure of this heat sink, the unit cell size and lattice diameter were reduced and the total number of cells was increased. Thus, the surface area was increased without increasing the volume and the surface area to volume ratio was increased. As a result, thanks to these changes, a better cooling performance was achieved by increasing the surface area to volume ratio.