Doğrudan enerji biriktirme yönteminde değişken takım yolunun malzeme özelliklerine etkisi
The effect of variable tool path in directed energy deposition method on the material properties
Yazar: RECEP ÖZKÖK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DORUK ERDEM YUNUS
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Üretim süreci = Production process ; Üretim yöntemleri = Production methods

Özet:
Eklemeli imalat (AM), sağladığı tasarım esnekliği, geleneksel yöntemlerle elde edilen parçalara yakın mekanik özelliklerin sağlanması ve tedarik sürelerini kısaltması nedeniyle birçok endüstride tercih sebebi olmaktadır. Doğrudan enerji biriktirme (DED), eklemeli imalatın bir çeşididir ve lazer metal biriktirme (LMD) DED prosesinin bir alt kolu olarak kabul edilmektedir. Bir nozülden beslenen toz malzemeyi ergitmek ve biriktirmek için lazer enerjisini kullanmaktadır. Bu tez çalışması, PH -13-8 Mo paslanmaz çelik tozu kullanılarak S şeklindeki numunelerin üretilerek parametre optimizasyonu ve sonrasında 17-4 PH tozu kullanılarak blok numunelerin üretilerek takım yolu optimizasyonu çalışmalarını sunmaktadır. Enerji yoğunluğu kavramının elde edilen numune geometrisine etkisi, enerji yoğunluğunu doğrudan etkileyen proses parametrelerinin belirlenek S şeklinde tek sıralı numuneler üretilerek yapılmıştır. Sonuç olarak düşük enerji yoğunluğuna sahip parametreler kullanılarak S şeklindeki duvarların istenen yapıda olmadığı ve uygunsuz olduğu söylenebilir. Yüksek enerji yoğunluğuna sahip parametrelerle ise daha uygun yapıda ve hacimsel olarak daha büyük yapıda numuneler elde edilebilmektedir. Ancak numunelerin geometrisi biriktirme boyunca ısıl birikme nedeniyle sabit kalmamaktadır ve değişken yapıya sahiptir. Herhangi bir enerji yoğunluğunda elde edilen numunelerde bu tür geometrik kusurlar görülebilmektedir. Bu türdeki kusurlar, hareket halindeki bir nozülden tozu ergitmek için yeterli ısı enerjisi elde edilemediğinde ortaya çıkmaktadır. Bu kusurun seviyesi enerji yoğunluğuna göre değişiklik göstermektedir. İlk deney tamamlandıktan sonra takım yolu stratejisinin malzeme kesitindeki sertlik ve gözenekliliğine etkisi  PH-13-8 Mo paslanmaz çelik malzemesine benzer bir kompozisyona sahip 17-4 PH paslanmaz çelik malzemesi ile blok numuneler 2 farklı takım yolu strateji uygulanarak üretilmiştir. Değişken takım yolu stratejisi ile üretilen numuneler kesit boyunca daha daha fazla gözenekliliğe sahiptir ve sertlik açısından daha iyi sonuçlar sağlamıştır. Sabit takım yolu stratejisi ile üretilen numuneler ile değişken takım yolu stratejisiyle üretilen numunelere göre daha düşük gözenekliliğe sahip ve sertlik olarak daha düşük sonuçlar vermiştir. Gözeneklilik parça içerisindeki bulunma oranı ve büyüklüğü ile birlikte parçaların mekanik dayanımını düşürmekte ve parça isterlerinin sağlanmasını zorlaştırmaktadır. Bu sebeple eklemeli imalatla üretilen numuneler için minimum düzeyde gözenek oluşumu beklenmektedir. Aksi halde "HIP" gibi basınç altında ısıl işlem gerektiren ek proseslerle gözeneklerin azaltılması gerekmekte ve bu durum yüksek maliyetler yaratmaktadır.

Abstract:
Additive manufacturing (AM) is preferred in many industries due to the design flexibility it provides, providing mechanical properties close to parts obtained by traditional methods and shortening lead times. Direct energy deposition (DED) is a variant of additive manufacturing and laser metal deposition (LMD) is considered a sub-branch of the DED process. It uses laser energy to melt and deposit powder material fed from a nozzle. This thesis presents parameter optimization by producing "S" shaped samples using PH -13-8 Mo stainless steel powder and then tool path optimization studies by producing block samples using 17-4 PH powder.
The effect of the concept of energy density on the obtained sample geometry was made by producing S-shaped single-row samples by determining the process parameters that directly affect the energy density. As a result, using parameters with low energy density, it is clear that S-shaped walls are not in the desired structure and are inappropriate. With parameters with high energy density, samples with a more suitable structure and larger in volume can be obtained. However, the geometry of the samples does not remain constant during deposition due to thermal deposition and has a variable structure. Such geometric defects can be seen in samples obtained at any energy density. Such defects occur when sufficient heat energy cannot be obtained from a moving nozzle to melt the powder. The level of this defect varies according to the energy density. After the first experiment was completed, the effect of the toolpath strategy on the hardness and porosity of the material cross-section, 17-4 PH stainless steel material with a composition used similar to the PH-13-8 Mo stainless steel material, block samples were produced by applying 2 different toolpath strategies. The samples produced with the variable tool path strategy had more porosity across the section and provided better results in terms of hardness. The samples produced with the fixed tool path strategy had lower porosity and lower hardness than the samples produced with the variable tool path strategy. Porosity reduces the mechanical strength of the parts because of volume ratio of porosity and size of the porosity and makes it difficult to meet the part requirements. Therefore, minimal porosity formation is expected for samples produced by additive manufacturing. Otherwise, it is necessary to reduce the porosities with additional processes that require heat treatment under pressure, such as "HIP", and this creates high costs.