Tel beslemeli eklemeli imalat yöntemleri için kapalı devre yığma yolu planlaması
Off-line deposition path planning for wire fed additive manufacturing processes
Yazar: MOHAMMAD MAZEN ALHAKEEM
Danışman: PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Eklemeli imalat teknolojisi, uzay, havacılık, savunma ve otomotiv sektörü gibi önemli alanlarda umut vaat eden yöntemlerden biridir. Bu teknolojinin alt dalı olan tel beslemeli ark ergitmeli eklemeli imalat teknolojisinin (WAAM), büyük şekilli yoğun parçaları hızlı ve nispeten kısa bir sürede üretme yeteneği mevcuttur. Isı kaynağı olarak kaynak arkını ve besleme malzemesi olarak çeşitli kimyasal bileşimdeki kaynak tellerini kullanılır. Metal biriktirmede kullanılan yüksek enerjili ısı kaynağı, sıcaklık farkları ve bunun sonucunda oluşan deformasyonlar; ek olarak ısı birikimi ve neticesinde kaynak dikişinin akması gibi olumsuzluklara neden olur. Isı dağılımı doğrudan yığma yoluna bağlı bir olay olduğu bilinmektedir. Termal birikimin etkisini azaltmak için şu ana kadar sunulan tüm çözümler, önceden tanımlanmış birçok yığma modelinin test edilmesine ve en iyi sonucu veren modelin seçilmesine dayanmaktadır. Çeşitli olasılıkları test etmek maliyetli olduğundan, belirli modellerin sayısal olarak test edilmesi, özellikle üretilecek parçaların boyutları büyükse maliyeti arttırıcı unsur olmaktadır. Bunun nedeni, analiz yapmanın birçok zorluğu beraberinde getirmesidir. Yığma yolu oluşturma ve analiz için iki farklı araç kullanılmaktadır. Bu, kullanıcı için zorluklarla beraber yöntemin etkinliğini azaltır. Bu tez çalışmasında parçadaki ısı dağılımına göre yığma yolu üretebilen bir algoritma geliştirilmiştir. Bu algoritma, geliştirilen atlama stratejisine göre parçadaki sıcaklık varyansının en az değerini temel alarak yığma yolu (paterni veya deseni) vermektedir. Geliştirilen yaklaşımda, yığma yolu üretimi ve termal analiz için bölümler geliştirilmiştir. Böylece kullanıcı, tek adımlı yığma yolunu kolaylıkla oluşturabilecektir. Önerilen algoritma endüstride kullanılan bir parçanın WAAM ile üretilmesi aşamasında kullanılmış ve deneysel olarak doğrulanmıştır. Üretilen parça üzerinde gerçekleştirilen boyutsal ölçümler sonucunda, normal WAAM stratejileriyle üretilen parça geometrilerine oranla parçada oluşan boyutsal deformasyonun %37 ve kaynak dikişi akmasının %21 oranında azalttığı görülmüştür.

Abstract:
Additive manufacturing technology is one of the promising methods in important fields such as aerospace, aviation, defense, and automotive industries. The subfield of this technology, known as wire-arc additive manufacturing (WAAM), has the capability to quickly and relatively easily build large and dense parts. WAAM utilizes a welding arc as the heat source and welding wire with various chemical compositions as the feed material. The high-energy heat source used for metal deposition results in temperature differences, leading to deformations, heat accumulation, and negative effects such as the flow of the bead. The heat distribution is directly dependent on the deposition path. To reduce the impact of thermal accumulation, all the solutions proposed so far rely on testing numerous predefined deposition patterns and selecting the best-performing pattern. Testing various possibilities is costly, so models generally are numerically tested, which can be particularly expensive when dealing with large-sized parts. This is due to the numerous challenges involved in conducting the analysis. Two different tools are used for deposition path generation and analysis, which reduces the effectiveness of the method and presents difficulties for the user. In this thesis, an algorithm is developed to generate a deposition path based on the heat distribution in the part. The algorithm can provide a deposition pattern by considering the minimum value of temperature variance in the part, according to the developed jumping strategy. Codes are written within the algorithm for deposition path generation and thermal analysis. As a result, the user can easily create a single-step deposition path. The algorithm was experimentally evaluated by depositing a part used in aircraft using a deposition path generated by the algorithm. Measurements showed that the algorithm was able to reduce deformation in the part by 37% and weld seam flow by 21%.