Modeling and additive manufacturing of multi-material structures
Cok malzemeli yapıların modellemesi ve katma imalatı
- Tez No: 478642
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAHATTİN KOÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Çok malzemeli nesneler, tekli malzeme kullanılarak elde edilemeyen özellik veya işlevlere sahip parçaları üretmek için bir araya getirilen iki veya daha fazla malzemeden oluşur. Geleneksel imalat yöntemleri bu tür çok malzemeli veya çok fonksiyonlu parçaları üretmek için yeterli olmayabilir. Son yıllarda, eklemeli imalat prosesleri kullanılarak karmaşık geometriye sahip parçaların üretilmesi mümkün olmuştur. Fakat, eklemeli imalat prosesleri ile üretilen parçaların çoğu, tek materyalden oluşur ve sonuç olarak sınırlı veya tek fonksiyonelliğe sahiptirler. Bu nedenle, son yıllarda eklemeli imalat proseslerinde yapılan gelişmeler daha karmaşık geometri ve iç yapıya sahip ve çok fonksiyonlu parçaların üretilmesi üzerinedir. Bu tezde, çok malzemeli malzemelerin geliştirilmesi konusunun farklı alanlarındaki araştırmaları üzerindedir. Bu çalışma iki ana bölüme ayrılmıştır. Bu tezin sayısal çalışmaları, Sonlu Elemanlar yöntemi kullanılarak farklı çok-malzemeli sistemlerinin mekanik analizi ve uygulamaları üzerinedir. Bu bölümde, özellikle polimer/karbon nanokompozitlerinin ve üç boyutlu (3B) koaksiyal basım yöntemi ile imal edilmiş sürekliformda fiber destekli kompozit yapıların elastik analizi uygulamaları verilmiştir. Temsili Hacim Öğesi (THÖ) temelli sonlu elemanlar analizi kullanılarak, her sistemin gereklerine bağlı olan parametreler kullanılarak, çok-malzemeli yapıların izotropik ve izotropik olmayan mekanik özelliklerini incelemek amacıyla kullanılmıştır. Bu çalışmalarda, takviye işleminin en önemli parametresinin nano-dolgu maddelerinin geometrisi olduğu bulunmuştur. Ayrıca, koaksiyel basım konusunda katman kalınlığı ve desen geometrileri gibi proses parametrelerinin önemli olduğu gösterilmiştir. Bu tezin ikinci bölümünde, çok malzemeli yapıların eklemeli imalat yöntemi ile üretilmesi için geliştirilen yöntemler verilmiştir. Bu çok-fonksiyonlu yapıları üretmek için, özel olarak geliştirilmiş eklemeli imalat platformu (SU3D) tasarlanmış ve üretilmiştir. Geliştirilen bu imalat tekniği ile, her biri hedeflenen malzemenin fiziksel özelliklerine bağlı olarak birbirinden bağımsız çalışan ve yeniden konfigüre edilebilen basım kafaları içermektedir. Konvansiyonel eklemeli imalat sistemlerinden farklı olarak, kullanılan kafaların fonksiyonları yenilikçi bir şekilde kullanılan malzemelerin özelliklerine uygun olacak şekilde tanımlanabilir olarak geliştirilmiş ve sisteme belirgin bir esneklik kazandırmıştır. Geliştirilen donanımın işlevleri ile uyumlu, tam otomatik bir proses planlama ve basım yolları hesaplayan yazılım süreci de geliştirilmiştir. Geliştirilen bu sistem kullanılarak, heterojen hidrojel yapılarının basımı ve hibrit biyobasım işlemleri için yenilikçi 3B basım yöntemleri geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Multi-material objects are composed of two or more materials put together to produce specific properties or functionality which cannot be achieved using a single material. Traditional manufacturing processes may not be used for manufacturing multi-material products. Recently, Additive Manufacturing processes have been developed for manufacturing of complex geometries. However, most of the parts made by Additive Manufacturing processes consist of single materials and thus they have limited or single functionality. Progress in Additive Manufacturing demands substantial improvements in deposition techniques and multi-material developments while addressing current challenges in controlling structural features in macro as well as micro scales. This thesis is dedicated to research in different domains of multi-material development. This work is divided into two main sections. The computational part of this work is on the application of Finite Element Method (FEM) to study the mechanical properties of different multi-material systems, including the elastic analysis of bulk composites of polymer/carbon nanostructures and continuous fiber reinforced composites. Representative Volume Element (RVE) based FEM analysis was applied to study the isotropic and anisotropic mechanical properties of such structures to determine process parameters based on the requirements of each material system. It was found out that the most important parameters in the reinforcement are the geometry of fillers in nanocomposites while in case of coaxial printing the process parameters like layer thickness and pattern geometries are very critical. The second section is related to the Additive Manufacturing of multi-material structures. To manufacture multifunctional structures, a custom-made additive manufacturing platform (SU3D) have been designed and developed. The developed hardware includes reconfigurable multi-nozzle deposition units; each can be operated independently based on the physical properties of the targeted materials. The functions of different hardware elements in conventional platforms were innovatively redefined in SU3D resulted in significant flexibility of the system in adoption with the properties of the processed materials. A fully automated process plans were also developed to completely integrate with the hardware functionalities. Two novel multi-material additive manufacturing methods have also been developed for printing of heterogeneous hydrogel and hybrid structures.
Benzer Tezler
- Mechanical behavior of additively manufactured polymer composite structures and interfaces
Eklemeli imalat ile üretilen polimer kompozit yapıların ve arayüzeylerin mekanik özellikleri
MEHMET KEPENEKCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEZER ÖZERİNÇ
- Computational design and fabrication of material-efficient multi-morphological structures
Malzeme-verimli çoklu-morfolojik yapıların hesaplamalı tasarımı ve üretimi
ALİM BATTAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEVİL YAZICI
- Thermochemical modelling and directed energy deposition of copper-nickel functionally gradient materials
Yönlendirilmiş enerji birikimi ile bakır-nikel fonksiyonel gradyan malzeme üretimi ve termokimyasal modellemesi
MUHAMMED ENES BALKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- Bağlayıcı püskürtme eklemeli imalat parametrelerinin CoCr-Mo (F75) alaşım için çok amaçlı optimizasyonu
Multi objective optimization of binder jetting additive manufacturing process parameters for CoCr-Mo (F75) alloy
AHMET SELİM KOCA
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRECAN SÖYLEMEZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP ÖNLER
- Modeling of temperature field, residual stresses and distortions in direct laser metal sintering
Direkt metal sinterleme yöntemlerindeki sıcaklık alanlarının, artık gerilmelerin ve çarpılmaların modellenmesi
ERDEM KUNDAKCIOĞLU
Doktora
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU