Toz yataklı metal eklemeli imalat yöntemi ile döner yapıların temassız destekli olarak üretilebilirliğinin araştırılması
Investigation of the rotational parts production with contact free support using by metal powder bed additive manufacturing
Yazar: MELİSA ALTINTAŞ
Danışman: PROF. DR. GÖKHAN KÜÇÜKTÜRK ; DR. EVREN TAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Eklemeli imalat (Eİ) yöntemlerinde konvansiyonel yöntemlerin aksine çok parçalı montaj yapıların tek parça halinde üretilmesi mümkündür. Özellikle bazı karmaşık parçaların elektron demeti ile ergime (EDE) gibi metal Eİ yöntemleri ile üretimleri esnasında oluşan ısının atılması için kullanılan destek yapılarının üretim sonrası temizlenmesi mümkün olamamaktadır. Isı parça üzerinden bertaraf edilemediği taktirde, parçada sarkma ile boşluklarda birleşme gibi yüzey kusurları meydana gelmektedir. Bu çalışmada EDE yöntemi kullanılarak destek yapısı kullanımının mümkün olmadığı bütünleşik döner yapıların radyal üretim yönünde minimum boşluk ile üretilebilmesi araştırılmıştır. Farklı hacimlere sahip bölgelerde iç ile dış parçaların arasındaki mesafe değişiminin, kafes yapısı gibi yapıların kullanımının yüzey bozulmasına, sarkmaya ve yüzey pürüzlülüğüne etkisi araştırılmıştır. Elli adet numune üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen numunelerde boşluk, sarkma miktarları ve yüzey pürüzlülükleri ölçülmüştür. Gerçekleştirilen çalışmalar neticesinde 400 μm ile 1.000 μm arasındaki boşluk değerlerinde iç parçanın dış parçaya temassız destek yapısı gibi davrandığı gözlenmiştir. Üretilebilir minimum boşluk değerinin sarkma eğilimli malzeme miktarı, temassız destek yapısı kalınlığı ve yüksekliğine bağlı olduğu görülmüştür. Gerçekleştirilen üretimlere göre dönme fonksiyonunu yerine getirebilen (denenmiş) en küçük boşluklu parça 400 μm olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca boşluk miktarı azaldıkça ısı transferinin sağlanabilmesi sayesinde yüzey pürüzlülüğü değerleri 15 Ra değerlerine kadar düşürülebilmiştir. Öte yandan minimum boşluklu parçalarda üretilebilirliğin yanında toz tahliyesinin çok kritik olduğu görülmüştür. Parçalarda birleşme olmamasına rağmen boşlukta yer alan toz tahliye edilemez ise dönme fonksiyonunun yerine getirilemediği gözlemlenmiştir. Hem ısı transferi hem de toz tahliyesi açısından kafes yapılarının pozitif etki yarattığı görülmüştür. Kafes yapısına sahip parçalarda yüzey sarkması önemli oranda azaldığı görülmüştür. Denenen kafes yapılarından en efektif olanın hacim merkezli kübik kafes yapısı olduğu görülmüştür.

Abstract:
In additive manufacturing (AM) methods, unlike in the conventional methods, the massive production of multi-part assembly is possible. Especially, during production of some complex parts using AM methods such as electron beam melting (EBM), removing supports that are used for dissipation of generated heat, is not possible after production. If generated heat could not be dissipated through parts, parts gaps may be merged with overhang, surface defects could be occurred. In this study, the nonfunctionality of support structure through EBM method and the production of consolidated rotating structures at radial build direction with minimal gap are researched. The effect of the distance between inner and outer parts, using lattice structure on the surface deterioration, overhang behavior and surface roughness were investigated in regions within the different volume of the part. Fifty parts have been produced. The amount of clearance and overhang and surface roughness were measured. As a result of the studies, it was observed that inner part behaves like a contactless support over outer part for consolidated rotational parts that have between 400 μm and 1.000 μm clearance. Producible minimal clearance is related to quantity of material subjected to overhang, thickness of contactless support and its height. The smallest clearance tested that was able to fulfill the rotational function, based on the performed productions, was found to be 400 μm. On the other hand, when clearance decreases, surface roughness could decrease down to 15 Ra. On the other hand, Beside the producible minimal clearance part, powder drain is crucial. Although there is no merge, if powder that occurs on the gap could not drained, rotation could not be functionalized. It has been observed that lattice structures have positive effects both in terms of heat transfer and in powder drainage. It has also been monitored that surface sag has dramatically fallen in the parts with lattice structures. It has been observed that body centered cubic lattice structured parts is the most effective among the tested.