Mühendislik seramiklerinin SLS/M eklemeli imalat yöntemi ile üretilebilirliğinin incelenmesi
Investigation of the manufacturability of engineering ceramics with SLS/M additive manufacturing method
Yazar: DURAN KAYA
Danışman: PROF. DR. GÖKHAN KÜÇÜKTÜRK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Teknik seramiklerin eklemeli imalatı özellikle tek adımda prosesin gerçekleşmesi seramik eklemeli imalat alanı için önemli bir hedef olarak görülmektedir. Tez çalışmasında hedef malzeme alümina seçilmiştir. Lazer ışını ile toz yataklı ergitme yönteminde yeni bir yaklaşım uygulanarak iki farklı dalga boyunda lazer çifti ile alüminanın eklemeli imalatı çalışılmıştır. Tez kapsamında, iki farklı dalga boyundaki lazer ışınının ayrı ayrı ısı kaynağı olarak tanımlandığı ve alüminanın sıcaklıkla değişkenlik gösteren özelliklerinin dahil edildiği nümerik bir model geliştirilmiştir. Nümerik model ile parametre belirlemeye yönelik proses penceresi geliştirilmiştir. Deneme üretimleri ile nümerik model doğrulanmıştır. Proses parametrelerinin belirlenmesine yönelik çeşitli parametre kombinasyonları ile numuneler üretilmiştir. Yalnızca karbondioksit lazer ile üretilen numunelerin bağıl yoğunluk sonucu yoğun bir numune üretilememesi çift lazer ışınının etkinliğini göstermiştir. Lazer gücü, tarama hızı, tarama mesafesi, katman kalınlığı ve ağırlıklı olarak zigzag tarama stratejisinin farklı açılarda uygulanmasıyla numuneler üretilmiştir. Zigzag tarama stratejisinin her bir katmanda 0˚, 45˚, 67˚, 90˚ açılarda rotasyonu, konsentrik içten dışa ve dıştan içe olmak üzere stratejiler kullanılmıştır. İki farklı tarama stratejisi geliştirilmiştir ve en yüksek bağıl yoğunluğa sahip numuneler bu stratejiler kullanılarak elde edilmiştir. Gözenek yapısının açık gözenekli olduğu, kapalı gözenek oranının çok düşük olduğu ölçülmüştür. Lazer-toz etkileşim süresinin daha uzun olan tarama hızlarında veya tarama stratejilerinde bölgesel olarak numune iç yapısında daha yoğun bölgelerin elde edildiği görülmüştür. Çalışmada kullanılan parametreler için uygun ön ısıtma lazer gücünün seçilmesi ile başarılı üretimler yapılabildiği, farklı parametre kombinasyonları için deneysel çalışmaların enerji yoğunluğu ile ilişkilendirilmesi önemlidir.

Abstract:
Additive manufacturing of technical ceramics, especially the realization of a single-step process, is an important goal for ceramic additive manufacturing. In this thesis study, the target material was chosen as alumina. By applying a new approach in the powder bed melting method with the laser beam, additive manufacturing of alumina was studied with laser pairs at two different wavelengths. Within the scope of this thesis, a numerical model has been developed in which laser beams of two different wavelengths are separately defined as heat sources and the properties of alumina that vary with temperature are included. A process window for parameter determination was developed with the numerical model. The numerical model was verified with experimental studies. Samples were produced with various parameter combinations to determine the process parameters. The fact that a dense sample could not be produced due to the relative density of samples produced only with carbon dioxide laser demonstrated the effectiveness of the double laser beam. Samples were produced by applying laser power, scanning speed, scanning distance, layer thickness, and a zigzag scanning strategy at different angle rotations in each layer. Strategies such as rotation of the zigzag scanning strategy at 0˚, 45˚, 67˚, and 90˚ angles, concentric inside-out and outside-in, were used. Two different scanning strategies were developed, and samples with the highest relative density were obtained using these strategies. It has been measured that the pore structure is open porous, and the closed pore ratio is meagre. It has been observed that denser regions are obtained locally in the sample's internal structure at scanning speeds or strategies with longer laser-powder interaction time. It is important to correlate experimental studies with energy density for different parameter combinations, as successful production can be achieved by selecting the appropriate preheating laser power for the parameters used in the study.