Seçici lazer ergitme (SLM) prosesinin termal davranışını simüle ederek ınconel-625 alaşımı için proses parametrelerinin geliştirilmesi
Development of process parameters for inconel-625 alloy by simulating thermal behavior of selective laser melting (SLM) process
Yazar: EMRE KIVANÇ SADAK
Danışman: PROF. DR. KADİR BİLEN ; DR. PEYMAN ANSARİ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada eklemeli imalat yöntemlerinden biri olan Seçici Lazer Ergitme (SLM) prosesinin termal davranışını simüle ederek Inconel-625 süper alaşımı için optimum proses parametrelerinin tespiti konusunda araştırma yapılmıştır. Deneysel üretimin fazla maliyet oluşturması ve fazla vakit almasından dolayı bir sayısal modelleme inşa edilmiş olup literatürdeki deneysel sonuçlar ile kıyas edildikten sonra optimum proses parametrelerinin tespiti amaçlanmıştır.

Yöntem: Bu çalışma Comsol MultiPhysics yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışma malzeme modellemesi, ısı transferi modellemesi, ısı kaynağı modellemesi ve faz dönüşümü modellemesi bölümlerinden oluşmaktadır. Deneysel çalışmalar hem zaman tüketimi hem de oldukça fazla maliyet doğurmaktadır. Bu tez, malzeme olarak Inconel 625 süper alaşımı kullanılarak SLM yönteminde optimum proses parametrelerinin elde edilmesi için bir sayısal model yaklaşımı sunmaktadır. Sayısal model, Comsol MultiPhysics yazılımı ortamında ısı transferi fiziği kullanılarak inşa edilen bir termal modeldir. Bu yaklaşım, proses esnasında yaşanan faz değişimlerini dikkate alarak oluşan noktasal sıcaklıklar arasında matematiksel ilişkiler sağlamaktadır. Farklı lazer gücü ve tarama hızları kullanılarak Inconel 625 süper alaşımı için proses parametre optimizasyonu yapılmıştır.

Bulgular: Tamamlanan nihai simülasyonlar ile proses parametre setlerinin hacimsel enerji yoğunlukları hesaplanmış ve literatürde yer alan deneysel çalışmalar ile doğrulanmıştır. Tespit edilen büyük ölçüde uygun proses parametre setleri ile üretimi gerçekleşen nihai ürünlerin literatürde yer alan çalışmalardaki hacimsel enerji yoğunluk değerlerine yakın bulunmuş ve bu hacimsel enerji yoğunluklarında eklemeli imalat işlemlerinde imal edilen malzemelerde minimum boşluk ya da bunun tersi maksimum doluluk oranları arzulanmaktadır.

Sonuç: Bu proses parametreleri kullanılan malzemenin hacimsel enerji yoğunluğu ihtiyaçları gözetilerek deneysel yöntemlerle elde edilir.. Bu çalışma sonucunda %98,6 ila %99,9 oranında doluluk oranları elde edilmiştir. Bu sonuçlara göre sayısal modelleme çalışmasında elde edilen optimum proses parametrelerinin kullanılmasında Inconel 625 süper alaşımı için eklemeli imalat SLM teknolojisinde istenilen güvenirlikte imalat yapılabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Purpose: In this study, research has been carried out to determine the optimum process parameters for Inconel-625 super alloy by simulating the thermal behavior of the Selective Laser Melting (SLM) process, one of the additive manufacturing methods. Due to the high cost and time consuming nature of experimental manufacturing, a numerical modeling was constructed and compared with the experimental results in the literature to determine the optimum process parameters.

Method: This study was performed using Comsol MultiPhysics software. The study consists of material modeling, heat transfer modeling, heat source modeling and phase change modeling. Experimental studies are both time consuming and costly. This thesis presents a numerical model approach to obtain the optimum process parameters in the SLM method using Inconel 625 superalloy as the material. The numerical model is a thermal model constructed using heat transfer physics in the Comsol MultiPhysics software platform. This approach provides mathematical relationships between the resulting point temperatures, taking into account the phase changes that occur during the process. Process parameter optimization for Inconel 625 superalloy using different laser power and scanning velocities.

Findings: With the final simulations, the volumetric energy densities of the process parameter sets were calculated and verified with the experimental studies in the literature. The volumetric energy density values of the final parts manufactured with the determined largely appropriate process parameter sets were found to be close to the volumetric energy density values in the studies in the literature, and at these volumetric energy densities, minimum void or vice versa maximum occupancy rates are desired in the parts manufactured in additive manufacturing processes.

Results: These process parameters are obtained by experimental methods, taking into account the volumetric energy density requirements of the material used. As a result of this study, fill rates of 98.6% to 99.9% were obtained. According to these results, it is concluded that using the optimum process parameters obtained in the numerical modeling study, it is possible to manufacture Inconel 625 super alloy with the desired reliability in additive manufacturing SLM technology.