Hibrit hücrelere sahip kafes yapıların eklemeli imalat ile üretilebilirliğinin ve mekanik özelliklerinin araştırılması
Investigation of manufacturability and mechanical properties of additive manufacturing of lattice structure with hybrid unit cell
Yazar: HÜSEYİN KIRATLI
Danışman: DOÇ. DR. ELMAS SALAMCI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Eklemeli imalat (Eİ) günümüzde kafes yapıların üretiminde tercih edilen, tasarlanan modellerin katman katman üretimi esasına dayanan bir üretim yöntemi olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışma kapsamında Ti6Al4V tozu kullanılarak Elektron Işını ile Ergitme (EIE) yöntemiyle HMK (Hacim Merkezli Kübik), YMK (Yüzey Merkezli Kübik) ve bu iki birim hücrenin iç içe geçmesiyle elde edilen HYMK (Hacim Yüzey Merkezli Kübik) hibrit hücresinden oluşan 3 tip kafes yapısına sahip numuneler üretilmiştir. Bu kafes yapıların hacimsel boşluk oranları Arşimet yöntemiyle ölçülmüştür. Ölçüm sonucunda kolonlardaki kalınlaşmalardan ve yapılar içerisindeki ergimemiş sinterlenmiş tozlardan kaynaklı olarak hacimsel boşluk oranının tasarımdakine oranla düşük olduğu görülmüştür. Tasarımla gerçek numune arasındaki sapmalar sırasıyla büyükten küçüğe HYMK hibrit, YMK ve HMK hücrelerinde görülmüştür. Kafes yapılara 3 nokta eğme ve basma testleri uygulanmıştır. Basma testi sonucunda akma dayanımı değerleri sırasıyla büyükten küçüğe HYMK hibrit, YMK ve HMK hücrelerinde görülmüştür. Ayrıca YMK hücre yapısının gevrek, HMK ve HYMK hibrit hücre yapılarının ise sünek davranış gösterdiği görülmüştür. 3 nokta eğme testi sonucunda maksimum eğilme dayanımı değerleri sırasıyla büyükten küçüğe HYMK hibrit, YMK ve HMK hücrelerinde görülmüştür. Bu testlerden sonra numunelerin kırılma yüzeyleri ile kolonları taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiştir. İncelemeler sonucunda tasarıma göre üretim sonrasında kolonlarda kalınlaşmaların oluştuğu, kırılmaların kolonların düğüm noktalarına yakın bölgelerde gerçekleştiği görülmüştür. Basma ve 3 nokta eğme testleri sonrasında numunelerin kırılma yüzeylerinde hem çukurcuklu yapı hem de düz (klivaj) alanlar gözlemlendiği için kafes yapı kırılma yüzeylerinin hem sünek hem de gevrek bir davranış sergilediği söylenebilir.

Abstract:
Additive manufacturing (AM) emerges as a manufacturing method based on the layer-by-layer manufacturing of designed models, which is preferred in the manufacturing of lattice structures today. Within the scope of this study, 3 types of lattice samples consisting of BCC (Body Centered Cubic), FCC (Face Centered Cubic) and BFCC (Body Face Centered Cubic) hybrid unit cells obtained by composition of these two unit cells by Electron Beam Melting (EBM) method using Ti6Al4V powder were manufactured. The porosities of these lattice structures were measured by the Archimedes method. As a result of the measurement, it has been observed that the porosity is lower than that in the design, due to the thickening in the struts and the unmelted sintered powders in the structures. Deviations between design and the real sample method were seen in BFCC hybrid, FCC and BCC cells, from large to small, respectively. Three point bending and compression tests were applied to the lattice structures. As a result of the compression test, yield strength values were observed in BFCC hybrid, FCC and BCC cells, from large to small, respectively. In addition, it was observed that FCC cell structure behaved as brittle, while BCC and BFCC hybrid cell structures behaved as ductile. As a result of the 3 point bending test, the maximum bending strength values were observed in BFCC hybrid, FCC and BCC cells, from large to small, respectively. Also, the fracture surfaces of the samples and the struts were examined by scanning electron microscope. As a result of the examinations, it was observed that thickening occurred in the columns after the manufacturing in comparison with the designed models, and the fractures occurred in the regions close to the nodal areas of the columns. Since there were both dimpled and flat (cleavage) areas on the fracture surfaces of the samples after the compression and 3-point bending tests, it can be said that the fracture surfaces of the lattice structures exhibited both ductile and brittle behavior.