EB-PBF ve LB-PBF metodları ile üretilen kafes yapıların mekanik özelliklerinin karşılaştırılması
Comparison of mechanical properties of lattice structures produced by EB-PBF and LB-PBF methods
Yazar: OĞUZ ACAR
Danışman: PROF. DR. MELİH CEMAL KUŞHAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Eklemeli imalat, tasarım ve tedarik anlamında sektöre sağladığı esneklikler nedeniyle gün geçtikçe hayatımızda daha fazla yer etmektedir. Havacılık sektöründe de ağırlık azaltımı, konsolidasyon çalışmalarına olanak sunması ve karmaşık yapıların üretilebilmesini sağladığı için eklemeli imalata yönelik çalışmalar hız kazanmıştır. Ağırlık azaltımı için yapılan çalışmaların başında topoloji optimizasyonu ve kafes yapıların kullanımı bulunmaktadır.
Kafes yapılar, belirli yükleme koşulları için optimize edilebilen kafes benzeri çerçevelere sahip bir tür hücresel malzemelerdir. Bu çalışmada ise en çok tercih edilen tiplerinden olan, kiriş elemanlı kafes yapılar ve üç yönlü periyodik minimal yüzey (TPMS) tipindeki kafes yapılardan birer örnek olarak Hacim Merkezli Kübik (HMK) ve Gyroid kafes yapıları tercih edilmiştir. Farklı hücresel doluluk oranlarına ve hücre boyutlarına sahip HMK ve Gyroid tipli kafes yapıların çekme ve basma davranışları, hem LB-PBF hem de EB-PBF yöntemlerinde Titanyum alaşımı için karşılaştırılmıştır. Her iki eklemeli imalat yönteminde de çekme ve basma testleri için numune tasarımları yapılmış, tasarımları sabitlenen numunelerin üretimleri gerçekleştirilmiş, ikincil işlemler uygulanmış ve son olarak da ilgili testleri yapılmıştır. Çekme testleri incelendikten sonra her iki kafes yapısında da artan doluluk oranlarıyla birlikte mekanik özelliklerde iyileşmeler görülmüş, ancak aynı hücre boyutu ve doluluk oranına sahip Gyroid numunelerde çekme ve akma dayanımları daha yüksek olarak görülmüştür. Kafes yapı tipi ve doluluk oranları değişmediği durumda ise her iki eklemeli imalat yönteminde de daha düşük hücre boyutuna sahip numunelerde çekme ve akma dayanımları daha yüksek olarak görülmüştür. Basma test sonuçları incelendiğinde ise artan doluluk oranları ile birlikte enerji emilim verimliliklerinin ve ilk maksimum stres değerlerinin arttığı görülmüştür.

Abstract:
Additive manufacturing, taking more and more place in our lives due to the flexibility provided to the sector in terms of design and supply. In aviation industry, AM has gained momentum, as it enables weight reduction, consolidation and enables complex structures to be produced. Topology optimization and the lattice structures are the leaders of the weight reduction.
Lattices are a type of cellular materials with lattice-like frameworks that can be optimized for specific loading conditions. In the thesis, strut and TPMS type lattices were selected. As an example of both lattice types, BCC and Gyroid were preferred. The tensile and compressive behavior of BCC and Gyroid type lattice structures with different cellular fill rates and cell sizes were compared for Titanium alloy in both LB-PBF and EB-PBF. In both AM methods, sample designs were made for tensile and compression tests, the production of the samples were determined, the secondary processes were applied and the tests were carried out.
After examining the tensile tests, mechanical properties were improved with increasing cellular fill rates in both lattices, but Gyroid ones had higher tensile and yield strengths in samples with the same cell size and occupancy rate. In the case that the lattice type and cellular fill rates do not change, tensile and yield strengths of the samples with lower cell-size were higher in both AM methods. When the compression test results were examined, it was observed that the energy absorption and the initial maximum stress values increased with increasing cellular fill rates.