Eklemeli imalat ile imal edilmiş Ti-6Al-4V malzemesinin yüzey kalitesinin iyileştirilmesinde lazer parlatma parametrelerinin etkisinin incelenmesi
Investigation of the effects of laser polishing parameters on the surface quality improvement of additively manufactured Ti-6Al-4V material
Yazar: TOLGAHAN ERMERGEN
Danışman: DOÇ. DR. FATİH TAYLAN
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Eklemeli imalat yöntemleri, günümüz geleneksel yöntemleri ile imalatı çok zor olan ya da mümkün olmayan karmaşık geometrili parçaların imalatına olanak sağlamaktadır. Fakat, eklemeli imalat ile imal edilmiş parçaların yüzey kaliteleri geleneksel yöntemlerle imal edilmiş parçalara kıyasla daha düşük olmaktadır. Bu sebeple, yüksek yüzey kalitesi istenen parçalar imalat sonrası bazı süreçlere tabi tutulmaktadır. Bu hususta lazer parlatma, yüzey kalitesini iyileştirme noktasında günümüzde en yaygın kullanılan yöntemlerden birisidir.

Bu tezde eklemeli imalat ile imal edilmiş Ti-6Al-4V numuneler atmosfere açık bir ortamda lazer parlatma işlemine tabi tutularak yüzey pürüzlülük değerleri ile deney sırasında kullanılan parametreler arasındaki ilişki deney tasarımı yöntemleri ile araştırılmıştır. Başlangıç yüzey kaliteleri Ra=8.1 μm olan 120 adet Ti-6Al-4V numunesi 6 farklı lazer gücü, 5 farklı tarama hızı ve 4 farklı ışın örtüşme oranı kullanılarak işlenmiş, yüzey kalitesinde %50.37'lik bir iyileşme elde edilerek Ra=4.02 μm değerine ulaşılmıştır. Lazer parlatma işlemindeki parametrelerin sonuç üzerindeki etkilerinin incelenmesi için deney tasarımı yöntemleri kullanılarak ANOVA analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizler neticesinde sonuca en çok etki eden parametrelerin lazer gücü ve ışın örtüşme oranı olduğu görülmüştür. Son adımda regresyon tahmin denklemleri oluşturulmuştur. %90'ın üzerinde tutarlılık oranlarına sahip bu denklemler sayesinde deney dışı parametreler ile deneye gerek duymadan tahmini sonuçlar elde edilebilmektedir.

Abstract:
Additive manufacturing methods provide the possibility of producing complex geometric parts that are challenging or even impossible to manufacture using traditional methods. However, parts produced using additive manufacturing often have lower surface qualities compared to those made using traditional methods. Therefore, parts requiring high surface quality undergo additional processes after manufacturing. Laser polishing is one of the most commonly used methods today to improve the surface quality.

In this thesis, additively manufactured Ti-6Al-4V samples were subjected to laser polishing in an open-air environment, and the relationship between surface roughness values and the parameters used during the experiments was investigated using design of experiments methods. Starting with an initial surface quality of Ra=8.1 μm, 120 Ti-6Al-4V samples were processed using 6 different laser powers, 5 different scanning speeds, and 4 different scan overlap ratios, achieving a 50.37% improvement in surface quality with a final Ra value of 4.02 μm. ANOVA analyses using design of experiments methods were conducted to examine the effects of process parameters on the results. These analyses revealed that the parameters with the most significant impact on the outcome were laser power and scan overlap ratio. In the final step, regression prediction equations were established. These equations, with consistency rates above 90%, allow for obtaining estimated results without the need for experimentation for out-of-sample parameters.