Seçici lazer ergitme (SLE) ile imalatta geometrik parametrelerin sıcaklık dağılımı, kalıntı gerilme ve deformasyona etkisinin araştırılması
Investigation of the effects of geometric parameters on temperature distribution, residual stress and deformation in selective laser melting (SLM)
Yazar: MEVLÜT YUNUS KAYACAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NİHAT YILMAZ
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Artık gerilme =   ; İleri imalat teknolojisi =

Özet:
Kalıntı gerilmeler eklemeli imalatın temel sorunlarından biri olarak bilinmekte, çatlak ve boyutsal deformasyonlar gibi sorunlara neden olabilmektedir. Kalıntı gerilmeler, imalat parametreleri, sıcaklık, parça geometrileri ve parçaların platforma yerleşiminden etkilenmektedir. Bu çalışmada, imalat parametreleri sabit tutularak sıcaklıklar, parça geometrileri ve platform yerleşiminin, kalıntı gerilmeler ve boyutsal sapmaya etkileri incelenmiştir. SLE yönteminde meydana gelen kalıntı gerilme ve boyutsal sapmanın nedenleri geometriye bağlı olarak belirlenmiş ve bu sorunların azaltılması hedeflenmiştir. Geometri tipleri, yükseklikler ve numunelerin soğuma modülleri gibi parametreler ele alınarak parça üzerindeki değişimler ilişkilendirilmiştir. İlk olarak, platform üzerinde çok sayıda parça üretilmesi durumu 1, 5 ve 13 adet kübik numune üretilerek değerlendirilmiştir. Ardından farklı geometrilerdeki parçalarda meydana gelen farklılıklar 5, 10 ve 15 mm yüksekliklerdeki kübik, silindirik ve boşluklu prizmatik geometriler üzerinde gözlenmiştir. Son olarak da kritik geometrik özelliklere sahip karmaşık yapılı ve bir kenarına soğutucu özellikteki kanatçıkların yerleştirildiği doğrulama numunesi, geometrik parametreler ışığında araştırılmıştır. Sıcaklık, kalıntı gerilme ve boyutsal sapmalar, deneysel çalışmalar ve sonlu elemanlar yaklaşımlarıyla elde edilip, genetik ifadelerle programlamayla modellenmiştir. Bunların yanında, eklemeli imalatta istenen hassasiyette sonuç veremeyen mevcut kalıntı gerilme ölçüm yöntemleri yerine özgün bir hibrit kalıntı gerilme ölçüm yöntemi geliştirilmiştir. Kalıntı gerilmelere etkiyen kritik parametreler, geometrik özelliklere bağlı olarak tespit edilmiştir. Geliştirilen kalıntı gerilme ölçüm metodunda ölçüm doğruluğunun %94,7'nin üzerinde olduğu belirlenmiştir. Çalışma kapsamında ölçülen kalıntı gerilmeler %83, sıcaklıklar ise %96 doğrulukla modellenebilmiştir. Kalıntı gerilmeler ve boyutsal sapmaların en krtik olduğu parametreler, ani kesit değişimleri, yüksek soğuma modülü ve parça yüksekliği olarak bulunmuştur. Ayrıca, ilave soğutucu elemanlar yardımıyla parçada oluşan sorunlar %70 oranında azaltılabilmiştir.

Abstract:
Residual stresses are known as one of the main problems of additive manufacturing and can cause problems such as cracks and dimensional distortions. Residual stresses are affected by manufacturing parameters, temperature, part geometries, and placement of parts on the platform. In this study, the effects of temperatures, part geometries and orientation on the platform, residual stresses and dimensional deflection were investigated by keeping the manufacturing parameters constant. Parameters such as geometry types, heights and cooling modulus of the samples were considered and the changes on the part were correlated. First, the situation of producing a large number of parts on the platform was evaluated by producing 1, 5 and 13 cubic samples. Then, the differences occurring in parts with different geometries were observed on cubic, cylindrical and hollow prismatic geometries at heights of 5, 10 and 15 mm. Finally, the verification sample, in which the fins with a complex structure with critical geometric properties and cooling features were placed on one side, was investigated in the scope of geometric parameters. Temperature, residual stress and dimensional deviations are obtained by experimental studies, finite element approaches and modeled by programming with genetic expressions. In addition, a unique hybrid residual stress measurement method has been developed instead of the existing residual stress measurement methods that do not give results in additive manufacturing with the desired precision. Critical parameters affecting the residual stresses were determined depending on the geometric properties. It has been determined that the measurement accuracy in the developed residual stress measurement method is over 94.7%. The residual stresses measured within the scope of the study were modeled with an accuracy of 83% and temperatures with an accuracy of 96%. The most critical parameters for residual stresses and dimensional deviations were sudden cross-sectional changes, high cooling modulus and part height. In addition, with the help of additional cooling elements, the problems in the part could be reduced by 70%.