Seçici lazer ergitme yöntemi ile Ti-6Al-4V ELI alaşımından üretilen farklı kafes yapıların yapısal-mekanik özelliklerinin deneysel ve teorik olarak incelenmesi
An experimental and theoretical investigation of the structural-mechanical properties of different lattice structures produced by selective laser melting method from Ti-6Al-4V ELI alloy
Yazar: İLYAS HACISALİHOĞLU
Danışman: PROF. DR. AYHAN ÇELİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, eklemeli imalat (Eİ) tekniklerinden seçici lazer ergitme (SLE) yöntemi
ile Ti-6Al-4V ELI alaşımı kullanılarak, havacılık ve medikal alanlarda ihtiyaç duyulan ağırlığı
azaltılmış, kontrollü poroziteye sahip, periyodik tekrarlı kafes yapıların üretimi için gereken
lazer parametrelerinin belirlenmesi ve farklı kafes yapıların planlanan porozite değerleri için
elde edilecek mekanik özelliklerinin deneysel ve numerik olarak incelenmesi amaçlanmaktadır.
Yöntem: SLE yönteminde üretim parametrelerinin iç yapıdaki etkilerinin deneysel olarak
belirlenmesi, optimum üretim parametreleri ile üretilen numunelerin mekanik özelliklerinin
geleneksel yöntemlerle üretilmiş numunelerle karşılaştırılması ve kafes yapılarına ait mekanik
özelliklerin statik şartlar altında belirlenerek numerik sonuçlarla karşılaştırılması olmak üzere
üç temel yöntem aşaması takip edilmiştir.
Bulgular: Çalışmada, eriyik havuzları arasında temasın engellenmesine sebep olan aşırı yana
kayma değerlerinin yapı içerisinde ergimemiş bölgeler oluşturarak doluluk oranında ve buna
bağlı olarak mekanik özelliklerde düşüşe sebep olduğu belirlenmiştir. Numerik çözümlerden
elde edilen sonuçların en fazla % 7,7 hata ile optimum üretim parametreleri kullanılarak üretimi
gerçekleştirilen kafes yapılara ait deneysel mekanik özellik sonuçlarına yakınsadığı tespit
edilmiştir.
Sonuç: Tez kapsamında yapılan çalışmalarla, SLE yöntemi kullanılarak toz formundaki
Ti-6Al-4V ELI alaşımı malzemeden elde edilecek kafes yapısına sahip nihai bir ürünün
optimum üretim parametrelerinin belirlenebilmesi için deneysel ve numerik bir metodoloji
oluşturulmuştur. Gözenekli kafes sistemlerinde numerik çözümler için model kurulumu
gerçekleştirilmiş ve bu model deneysel olarak doğrulanmıştır. Deneysel sonuçlardan elde edilen
malzeme özelliklerinin, numerik modellerde uygulanması ile gerçek test sonuçlarına oldukça
yakın değerlerin elde edildiği tespit edilmiştir. Kafes sistemleri arasında ELMAS sistemin
uygulanan yük altında tümü ile deformasyona katılarak kayma kırılması ile hasara uyradığı
belirlenmiştir.

Abstract:
Objective: Reduced weight and periodic repetitive lattice structures with controlled porosity
are required in the fields of aviation and medicine. In this study, it was aimed to determine the
optimum parameters required for the production of such structures, when Ti-6Al-4V ELI alloy
is the choice of powder material in selective Laser Melting (SLM), one of the additive
manufacturing (AM) technology. Besides, it was aimed to investigate and compare the
mechanical properties of various lattice structures to be obtained for the planned porosity
values, both experimentally and numerically.
Method: Three basic steps were followed throughout the study. First, the effects of SLM
production parameters on the internal structure were determined experimentally, and then the
mechanical properties of the samples obtained with optimum SLM parameters were compared
with the samples produced by conventional methods. Finally, the mechanical properties of the
lattice structures were determined under static conditions and compared with the numerical
results.
Results: It was observed that excessive hatch distance values between the melt pools caused
inhibition of contact. It was determined that these regions did not melt in the structure and
caused an increase in porosity rate and a significant decrease in mechanical properties
accordingly. Numerical solutions converged with a maximum of 7,7% error with the
experimental results obtained from the lattice structures produced using optimum parameters.
Conclusion: An experimental and numerical methodology was successfully created and the
optimum production parameters for a final product with a lattice structure to be obtained from
the Ti-6Al-4V ELI alloy powder by using the SLM method were determined. Furthermore, a
model has been established for the numerical solutions of porous lattice structures and this
model has been experimentally verified. Values extremely close to the real test results were
achieved when the material properties obtained from the experimental results were applied in
numerical models. Among the investigated lattice structures, it was determined that the
diamond lattice was damaged by shear fracture failure incorporating whole structure into
deformation under the applied load.