Düşük erime sıcaklığına sahip metal alaşımları için üç boyutlu yazıcı tasarımı ve imalatı
Designing and manufacturing of a three dimensional printer for low melting temperature metal alloys
Yazar: MUSTAFA KEMAL GÜLSEREN
Danışman: PROF. DR. VOLKAN KOVAN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alaşımlar = Alloys ; Ergiyik yığma modelleme = Melt stack modeling ; Rose alaşımı = Rose’s alloy ; Üretim yöntemleri = Production methods

Özet:
Eklemeli imalat, dijital ortamdaki modeli, katmanlar halinde malzeme biriktiren üç boyutlu yazıcılar ile fiziksel bir ürüne dönüştüren teknolojidir. Eklemeli imalat sistemleri, üretimde sağladığı tasarım özgürlüğü sayesinde, havacılık ve uzay sektöründe oldukça önem arz etmektedir. Sarf malzemeleri genellikle çelik veya titanyum alaşımları olan bu sektörde, yüksek termal enerji üretebilen ve çevre koşullarını kontrol edebilen üç boyutlu yazıcılar gerekmektedir. Dolayısıyla bu sistemler oldukça yüksek maliyetli olmaktadır.
Düşük ergime sıcaklığına sahip alaşımların eklemeli imalatı için daha basit donanımlara sahip ve düşük maliyetli sistemler kullanılabilmektedir. Ergiyik biriktirme tekniği (FDM) ile, düşük ergime sıcaklığına sahip alaşımlardan, iyi mekanik özelliklere sahip ve iletken ürünler elde etmek mümkündür. Bu çalışmada, bir FDM tipi üç boyutlu yazıcı ile tek süreçte tamamen metal ürünlerin imalatı hedeflenmiştir. Kimyasal bileşimi Bi50Pb26.7Sn13.3Cd10 ve Bi50Pb25Sn25 olan alaşımlardan numuneler üretilmiştir. 3B yazıcıda üretilen ve döküm ile üretilen numunelerin fiziksel ve mekanik özellikleri incelenmiştir.
Çalışma sonucu elde edilen verilere göre 3B yazıcıda üretilen metal numunelerin yüzey pürüzlülüğünün yöne bağlı olarak büyük oranda değişiklik gösterdiği saptanmıştır. 3B yazıcıda üretilen numunelerin, döküme oranla daha düşük çekme dayanımına sahip olmasına karşın, kopmadan önce daha fazla uzama gösterdiği gözlenmiştir. Ayrıca Bi50Pb26.7Sn13.3Cd10 alaşımı için, 3B yazıcıda üretilen numunelerin, döküm numunelere göre daha yüksek sertliğe sahip olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Additive manufacturing is the technology that transforms the digital model into a physical product with three-dimensional printers that accumulate material in layers. Additive manufacturing systems are very important in the aerospace industry, thanks to the freedom of design they provide in production. In this sector, where consumables are usually steel or titanium alloys, three-dimensional printers that can produce high thermal energy and control environmental conditions are required. Therefore, these systems are very costly.
For additive manufacturing of low melting temperature alloys, systems with simpler equipment and low cost can be used. With the melt deposition technique (FDM), it is possible to obtain conductive products with good mechanical properties from alloys with low melting temperatures. In this study, it is aimed to manufacture all metal products in a single process with a FDM 3D printer. Samples were produced from alloys with chemical compositions of Bi50Pb26.7Sn13.3Cd10 and Bi50Pb25Sn25. The physical and mechanical properties of the samples produced by 3D printer and casting were examined.
According to the data obtained as a result of the study, it has been determined that the surface roughness of the metal samples produced in the 3D printer varies greatly depending on the direction. It has been observed that although the samples produced in 3D printers have lower tensile strength than casting, they show more elongation before breaking. In addition, for the Bi50Pb26.7Sn13.3Cd10 alloy, it was determined that the samples produced in the 3D printer had higher hardness than the cast samples.