Seçici lazer ergitme metodu ile alüminyumdan mamul parça üretiminde en küçük unsur geometrisinin deneysel olarak belirlenmesi
Experimental study of defining minimum element geometry in the production of aluminum parts by selective laser melting method
Yazar: BİLAL YURDAKUL
Danışman: PROF. DR. YUSUF USTA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde git gide daha fazla sektörde kullanımına rastladığımız eklemeli imalat yöntemlerinin en fazla tercih edileni olan seçici lazer ergitme metodu karmaşık tasarımları alüminyum, titanyum, paslanmaz çelik gibi malzemelerden üretebilme kabiliyeti nedeniyle biyomedikal, elektronik, otomotiv, savunma ve havacılık sektörlerinde kullanım alanına sahiptir. Yöntemin farklı sektörler için daha ilgi çekici hale gelmesi adına sınırlarının daha iyi belirlenmesi gereklidir. Bu çalışma alüminyum tozu kullanılarak en küçük unsur geometrisini deneysel yollarla belirlemek amacını taşımaktadır. Belirlenecek olan alt limitler sonucunda; biyomedikal sektöründe kullanılan implantlarda bulunan çıkıntı unsurlar, havacılık ve otomotiv sektörleri başta olmak üzere farklı alanlarda kullanılan kafes yapıların birim hücre boyutları, ısıtma/soğutma sektörleri için ısı transferini artıracak mikro kanal ve kanatçık yapılar daha sağlıklı tasarlanıp üretilebilecektir. Çalışmada literatür incelenerek üretilebilmiş ve üretilememiş unsurlar dikkate alınarak tasarlanan kıyaslama model tasarlanmıştır. Kıyaslama için iki ayrı model tasarlanmış olup, 0,05 mm'den 1 mm'ye kadar sıralanmış çıkıntı ve delik unsurlar bulunan birinci model ve 15°'den 90°'ye kadar sıralanmış desteksiz açılı unsurları barındıran ikinci model, üretici firmanın tecrübeleri sonucu oluşmuş optimum değerleri ışığında üretilmeye çalışılmıştır. Üretilen modellerin ölçüm analizleri, mikroskopta alınan görüntülerin piksel sayma programı vasıtası ile ölçme mantığına dayanmaktadır. Sonuçlara bakıldığında, ilk modelde saptanmaya çalışılan ekseni imal yönünde çıkıntı unsur için 0,5 mm'lik bir çap üretilebildiği görülmüştür. Ekseni imal yönünde delik unsur için ise 0,4 mm çapında; ancak imalat sonrası işleme ihtiyaç duyan unsurlar üretilebilmişken, ekseni imal yönüne dik delik ise sarkıntı oluşumu görülerek 0,6 mm çapında üretim yapılabilmiştir. Desteksiz üretilebilen açılı unsurun araştırıldığı ikinci modelde ise 30° ve daha büyük açılı unsurlar üretilebilmişken 15° açılı unsurun alt yüzeyinde ciddi bir deformasyon görülmüştür.

Abstract:
Selective laser melting is the most preferred method of additive manufacturing, which is widely used more and more in various sectors recently. This method is used in the biomedical, electronics, automotive, defense and aerospace industries due to its ability to produce complex designs from materials such as aluminum, titanium, stainless steel. In order to make the method more interesting for different areas, it is necessary to define its enhanced limits. This study aims to determine the smallest feature geometry experimentally using aluminum powder. As a result of the lower limits to be determined, it will be able to be designed and produced more accurately. The protruding elements found in the implants used in the biomedical sector, the unit cell dimensions of the lattice structures used in different fields, especially in the aviation and automotive, the micro-channel and fin structures that will increase the heat transfer for the heating/cooling applications will be better understood at the end of the study. In the study, a comparison model was designed by examining the literature and taking into account the features that could and could not be produced. Two different models were designed for comparison. The first model with protruding and hole features arranged from 0.05 mm to 1 mm, and the second model with unsupported angled elements arranged from 15° to 90°. The production was carried out according to the optimum values formed by experience of the manufacturer. Measurements and analyzes of the produced models are based on the measurement logic of the images taken under an optical microscope through the pixel counting software. Results have stated that a 0.5 mm diameter can be produced for the protruding features in the direction of building. 0.4 mm in diameter for the hole feature with its build direction; however, elements that need a post-production process could be produced. If the axis is perpendicular to the build direction, overhang formation can be seen and production with a diameter of 0.6 mm could be formed. In the second model, in which the angled element that can be produced without support was investigated, 30° and larger angled elements could be produced, while a serious deformation was observed on the bottom surface of the 15° angled element.