Değişken gözenekli hücresel yapıların metal eklemeli imalat için tasarımı ve üretilen yapıların tasarım ile uyumluluğunun araştırılması
Design for metal additive manufacturing of graded porous cellular structures and the i̇nvestigation of compatibility manufactured structures with design
Yazar: AHMET MURAT DURSUN
Danışman: PROF. DR. RAHMİ ÜNAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Metal eklemeli imalat teknolojisi ile geleneksel yöntemlerle işlenmesi zor ve maliyetli olan parçaların üretimi kolaylaşmış ve aynı zamanda karmaşık geometriye sahip açık gözenekli parçaların üretimi mümkün hale gelmiştir. Açık ve değişken gözenekli yapıların bu yöntemle üretilebilir olması çeşitli uygulamalarda üstünlükler sunmaktadır. Bu çalışmada, çeşitli değişken gözenekli hücresel yapıların tasarlanması, metal eklemeli imalat cihazında üretilmesi, tasarım ve üretim arasındaki farklılıkların tespit edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, bu yapıların değişkenleri olan birim hücre yapısı, birim hücre boyutu, kolon kalınlığı ve hacimsel boşluk oranının etkisinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu kapsamda, öncelikle kübik, octahedroid ve diamond olmak üzere üç farklı   birim hücre yapısı seçilmiştir. Bu hücresel yapılar iç içe geçmiş üç katmandan oluşan silindirik numunelere uygulanmıştır. Oluşturulan değişken gözenekli hücresel yapıların her birine 0,3, 0,5 ve 0,7 mm'lik kolon kalınlıkları verilmiştir. Üretilen bu yapılar bilgisayarlı mikro tomografide taranmış, Arşimet ve kuru tartım yöntemi kullanılarak yapıların hacimsel boşluk değerleri belirlenmiş ve tasarım değerleri ile ayrı ayrı karşılaştırılmıştır. Ayrıca hücresel yapılarda hacimsel boşluk değerinin hesaplanabilmesine yönelik her bir birim hücre yapısı için matematiksel analitik yaklaşım geliştirilmiş ve tasarım yazılımında elde edilen değerler ile karşılaştırılmıştır. Bilgisayarlı mikro tomografiden elde edilen sonuçlara göre tüm değişken gözenekli hücresel yapıların kolon kalınlığı değerlerinde 150-300 µm'lik artışlar gözlemlenmiştir. Geliştirilen analitik yaklaşım ile elde edilen hacimsel boşluk değerleri, tasarım yazılımındaki değerler ile karşılaştırılmış ve değerlerin birbirine çok yakın olduğu görülmüştür. Bilgisayarlı mikro tomografi analizi sonucunda kübik ve octahedroid yapıların kolonlarında ergimiş metalin oluşturduğu sarkmalar gözlemlenmiştir. Bu sarkmaların üretilen numunelerin hacimsel boşluk oranının tasarıma göre daha düşük olmasına neden olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:  Değişken Gözenekli Hücresel Yapılar, Hacimsel Boşluk, Birim Hücre   	Yapısı, Birim Hücre Boyutu, Kolon Kalınlığı, Eklemeli İmalat

Abstract:
With the metal additive manufacturing technology, the production of parts that are difficult and costly to process by conventional methods has been simplified and also the production of open-pored parts with complex geometry has become possible. Open and graded porous structures can be produced with this method presents advantages in various applications. In this study, it is aimed to design various graded porous cellular structures, produce the design in metal additive manufacturing device and determine the differences between design and production. For this purpose, it is aimed to investigate the effect of unit cell structure, unit cell size, column thickness and porosity which variables of these structures. In this scope firstly three different unit cell structures cubic, octahedroid and diamond were selected. Then these cellular structures were applied to three layer interlocked cylindrical samples. Column thicknesses of 0.3, 0.5 and 0.7 mm were given to each of the graded porous cellular structures. These structures were scanned at computer micro tomography, Archimedes and dry weighing methods were used to determine the porosity values of the structures and compare them separately with the design values. In addition, a mathematical analytical approach was developed for each unit cell structure to calculate the porosity value in cellular structures and compared with the values obtained in the design software. According to the results obtained from computerized micro tomography, 150-300 µm increments were observed in the column thickness values of all graded porous cellular structures. The porosity values obtained with the developed analytical approach were compared with the values in the design software and the values were very close to each other. As a result of computerized micro tomography analysis, sagging of molten metal was observed in the columns of cubic and octahedroid structures. It has been determined that the manufactured samples porosity is lower than the design due to these saggings.

Key Words : Graded Porous Cellular Structures, Porosity, Unit Cell Structure, Unit 	Cell Size, Strut Size, Additive Manufacturing