Katmanlı imalat yöntemi ile üretilen Tı6AL4V esaslı desenli yapılarda toz metalurjisi ile seramik katkısının mekanik performansa etkisi
The effect of ceramic reinforcement processed by powder metallurgy on mechanical performance in Ti6AL4V based patterned structures produced by additive manufacturing method
Yazar: HASAN YALÇIN
Danışman: PROF. GÖKHAN KÜÇÜKTÜRK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde Eklemeli İmalat başlangıçta hızlı prototipleme amacıyla kullanılmaya başlamış bir teknolojidir. Ancak son zamanlarda geleneksel imalat yöntemlerine alternatif olan bir teknoloji olmaya başlamıştır. Özellikle metal eklemeli imalat teknolojileri ile üretilen parçalar medikal, uzay ve havacılık gibi önemli sektörlerde kullanılmaktadır. Metal eklemeli imalat yöntemlerinden elektron ışını ile ergitme metodunda metal tozları elektron ışını ile ergitilerek katman katman üretim yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında elektron ışını ergitmeli sistemlerde üretilen numunelerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi üzerine bir çalışma yapılmıştır. Bu amaçla biyouyumlu Ti6Al4V malzemeden, eklemeli imalat ile boşluklu geometrik desenlere sahip kompakt matris yapılar içerisine toz metalurjisi tekniği ile seramik partiküller takviye edilerek kompozit yapılar elde edilmiştir. Elde edilen bu kompozit yapılar üzerinde sertlik ölçümü ve eğme mukavemeti testleri yapılmıştır. Üretilmiş olan kompozit yapıların, mikro yapısal analizleri SEM ve optik görüntüleme ve EDX elementel analiz yöntemleri ile birlikte değerlendirilmiştir. Kompozit malzeme üretimleri sonucunda matris ile seramik takviye arasındaki ara yüzeylere bakıldığında iyi bir sinterlemenin gerçekleştiği gözlenmiştir. Eklemeli imalat ile farklı geometrik desenlerin matris metali içerisinde yapısı içerisinde oluşturulan farklı geometrideki desenler içerisinde yer alan takviye elemanı seramiğin kompozit yapının performansına etkisi yapılan test ve görüntülemeler ile incelenmiştir. Sonuç olarak altı farklı geometrik desenlerde, genelde yuvarlak formlarda mekanik dayanımın daha yüksek elde edildiği görülmüştür. Geometrik desen yapısı içerisinde iyi bir sinterleme elde edilerek homojen bir sinterleme bandı elde edildiği mikro fotoğraflardan görülmüştür. Referans numuneye göre mekanik dayanımda en iyi iyileşme dairesel formlu B2 numunelerinde %21 artış ile gerçekleşmiştir.

Abstract:
Nowadays, Additive Manufacturing is a technology that was initially used for rapid prototyping. However, it has recently started to be a technology that is an alternative to traditional manufacturing methods. Especially the parts produced with metal additive manufacturing technologies are used in important sectors such as medicine, aerospace and aviation. In the electron beam melting method, the metal powders are melted with the electron beam and the production is made layer by layer. In this thesis, a study was conducted on the improvement of the mechanical properties of the samples produced in electron beam melting systems. For this purpose, composite structures were obtained by reinforcing ceramic particles from biocompatible Ti6Al4V material with powder metallurgy technique into compact matrix structures with hollow geometrical patterns by additive manufacturing. Hardness measurement and bending strength tests were carried out on these composite structures. Microstructural analyses of the produced composite structures were evaluated with SEM and optical imaging, and EDX elemental analysis methods. As a result of the production of composite materials, when the interfaces between the matrix and the ceramic reinforcement were examined, good sintering was observed. The effect of the reinforcement element ceramic, which is included in the patterns in different geometries created in the structure of different geometric patterns in the matrix metal with additive manufacturing, on the performance of the composite structure has been examined with tests and visualizations. As a result, it was observed that the mechanical strength was higher in six different geometric patterns, generally in round forms. It has been seen from the microphotographs that a homogeneous sintering band was obtained by obtaining good sintering in the geometric pattern structure. Compared to the reference sample, the best improvement in mechanical strength was achieved in circular form B2 samples with an increase of 21%.