Geçişli gözenekli yapılar için seçici lazerle ergitme yöntemine yönelik geometri tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of geometry design for selective laser melting method graded porous structures
Yazar: MUSTAFA KAŞ
Danışman: PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Gözenekli yapılar kafes elemanların düzenli veya düzensiz halde yapı içerisinde tekrar etmesiyle oluşurlar. Bu yapılar atomik seviyeden makro boyutlara kadar iskelet, ağaç, mantar, mercan dâhil birçok alanda doğanın en güzel tasarımlarını oluştururlar. Bulundukları yapının başta mekanik olmak üzere, termal ve akustik özelliklerini iyileştirirler. Günümüzde artık birçok alanda yapay olarak üretilip kullanılan gözenekli yapılar, gözeneği oluşturan kafeslerin şekli, oryantasyonu, boyutu ve ayrıca yapı içerisindeki dağılımının değiştirilmesiyle yapıya geçiş kazandırılarak geçişli gözenekli yapılara dönüştürülebilir. Bu yapılar uzay ve havacılık gibi alanlarda büyük önem arz eden daha hafif ve dayanıklı yapıların oluşturulması, medikal alanda ise implant ve protez üretiminde vücut anatomisine uygun yapıların oluşturulmasında çokça kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, gözenekli yapılar geleneksel üretimlerin kısıtlarını ortadan kaldıran eklemeli imalat yöntemiyle üretilmiştir. Gözeneklere doğadan ve nümerik analizlerden esinlenerek geçiş kazandırılmıştır. Gözenekli yapı tasarımda içten dışa artan ve azalan strut çapları kullanarak geçişli yapılar hazırlanmıştır. Tasarımlar Seçici Lazer Ergitme (SLE)  teknolojisi ile üretilmiş ve üretilen numunelerin fiziksel ve mekanik özellikleri boyutsal olarak, hassas terazi, SEM-EDS ve çekme-basma cihazlarında yapılan testlerle karakterize edilmiştir. Elde edilen sonuçlar üretilebilirlik, gözeneklilik, maksimum basma gerilmesi ve elastik modül bakımından değerlendirilmiştir. Tasarımların mekanik özellikleri yoğunluklarına göre hesaplanmış ve strut çapını 0,3 mm den 0.4 mm e arttırmanın basma mukavemetinde %23 lük artış sağlandığı gözlenmiştir.

Abstract:
Porous structures are formed by the repetition of the lattice elements in regular and/or stochastic structure. These structures can be examples of the most beautiful designs of nature from atomic to macro dimensions in many areas like skeletons, trees, mushrooms and corals.
They improve the thermal, acoustic and especially mechanical properties of the structure. Nowadays, porous structures, which are artificially produced and used in many areas, can be turned into functionally graded porous structures by providing transition to the structure with changing the shape, orientation and size of the lattices forming the pores and also their distribution within the structure. These structures are commonly used in production of lighter and more durable structures which have great importance in areas such as space and aerospace and in medical field, they are used in production of implants and prostheses for creating suitable structures for body anatomy. In this thesis, porous structures are produced by additive manufacturing method which eliminates the constraints of traditional production. Pores became functionally graded by designs which were inspired by the nature and numerical analyses. Functionally graded structures were designed by using strut diameters increasing and decreasing from inside to outside in porous structure. The designs were characterized by the tests performed with calipers, precision scales, SEM-EDS and uniaxial compressive devices for physical and mechanical properties of the samples produced with selective laser melting (SLM) technology. The obtained results were evaluated in the scope of producibility, porosity, maximum compression stress and elastic modulus. The mechanical properties of the designs were calculated according to their densities and it was observed that increasing the strut diameter from 0.3 mm to 0.4 mm increased the compressive strength by 23%.