Eklemeli imalatla üretilen parça yüzeylerinin lazerle parlatılmasının araştırılması
An investigation of laser polishing of additive manufactured part surfaces
Yazar: ŞAFAK NESLİ
Danışman: PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Lazer ışını = Laser beam ; Mikrosertlik = Microhardness ; Mikroyapı = Microstructure ; Üretim yöntemleri = Production methods

Özet:
Eklemeli imalat (Eİ) geleneksel üretim yöntemleriyle üretilmesi mümkün olmayan oldukça karmaşık parçaları, daha az malzeme gideri ile üretilmesini sağlayan ileri imalat yöntemlerinden bir tanesidir. Fakat özellikle toz yataklı Eİ yöntemleri ile üretilmiş numunelerin yüzeylerinin yüksek pürüzlülük değerlerine sahip olması, bu numunelerin üretimden sonra doğrudan kullanılmasının önündeki en büyük engellerden biridir. Lazer parlatma (LP), eklemeli imalat da dâhil olmak üzere farklı üretim yöntemleri ile üretilen parçaların yüzey pürüzlülüğünü azaltmak için kullanılan potansiyel bir son işlem tekniğidir. Bu tez çalışmasında, Eİ yöntemlerinden seçici lazer eritme (SLE) ile üretilen Inconel 718 ve elektron ışını ergitme (EIE) ile üretilen Ti-6Al-4V numunelerinin yüzeylerine LP işlemi uygulanmış ve yüzey bütünlüğü özellikleri, yüzey morfolojisi, mikro yapı, mikro sertlik özelliklerini analiz edilerek ve sayısal modelleme çalışması yapılarak araştırılması amaçlamıştır. Morfolojik analiz sonuçlarına göre, yüzey pürüzlülüğü sırasıyla Inconel 718 numunesi için %90 oranında ve Ti-6Al-4V numunesi için %94 oranında iyileşmiştir. SLE-Inconel 718 numunesinin dendritik ve sütunlu mikro yapısı LP işlemi ile ortadan kaldırılmış ve EIE-Ti-6Al-4V örneğinin (α+β) mikro yapısı LP işlemi ile iğnemsi (α') yapıya dönüştürülmüştür. Buna ek olarak, LP işlemi, sırasıyla Inconel 718 ve Ti-6Al-4V numune yüzeylerinin mikro sertlik değerleri yaklaşık %18 ve %12,5 oranlarında arttırmıştır. LP işlemi sırasında lazer ışını ile malzeme yüzeyi arasında gerçekleşen ısıl davranışı incelemek amacı ile bir sayısal modelleme yapılmıştır. Bu ısıl modelle, LP işleminin etkisiyle oluşan yeniden ergimiş ve ısıdan etkilenmiş alan belirlenmiş ve bu alanlar optik analizler ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, deneysel çalışmalar yeniden ergimiş alan için %95 ve ısıdan etkilenmiş alan için %90 oranında doğrulanmıştır.

Abstract:
Additive manufacturing (AM) is one of the advanced manufacturing methods that enables the production of highly complex parts, which cannot be produced with traditional production methods, with less material expense. However, the high roughness values of the surfaces, especially of the samples produced by powder bed AM methods, is one of the biggest obstacles to the direct use of these samples after production. Laser polishing (LP) is a potential finishing technique used to reduce the surface roughness of parts produced using different manufacturing methods, including additive manufacturing. In this thesis, LP process was applied onto the surfaces of Inconel 718 samples produced by selective laser melting (SLM) and Ti-6Al-4V produced by electron beam melting (EBM ), which are one of the AM methods, and it was aimed to investigate the concept of surface integrity by analyzing the surface morphology, microstructure, microhardness properties and performing numerical modeling. According to the morphological analysis results, the surface roughness improved by 90% for the Inconel 718 sample and 94% for the Ti-6Al-4V sample, respectively. The dendritic and columnar microstructures of the SLE-Inconel 718 sample were removed by the LP process, and the (α+β) microstructure of the EIE-Ti-6Al-4V sample transformed into a needle-like (α) structure with the LP process. In addition, the LP process increased the microhardness values of Inconel 718 and Ti-6Al-4V sample surfaces by approximately 18% and 12.5%, respectively. Numerical modeling was carried out in order to examine the thermal behavior between the laser beam and the material surface during the LP process. With the thermal model, the remelted and heat-affected zone formed by the effect of the LP process was determined and these zones were compared with optical analyses. As a result, the experimental studies were confirmed 95% for the remelted zone and 90% for the heat-affected zone.