Simulation and experimental studies of melting process in additive manufacturing
Eklemeli imalatta ergitme prosesinin simülasyonu ve deneysel çalışmaları
- Tez No: 728950
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN UYMAZ SALAMCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Seçici Lazer Ergitmede (SLE) nihai ürünün kalitesinde önemli rol oynayan faktör, üretimde kullanılan proses parametre setidir. Genel olarak, bu fabrikasyon parametre setleri, malzemenin enerji yoğunluğu gereksinimleri kullanılarak deneysel olarak elde edilir. Deneysel araştırma, kısmen zaman ve maliyet tüketen bir süreç olan deneme yanılma yaklaşımıdır. Öte yandan, ergiyik havuzunun sıcaklığının izin verilen aralıkta tutulması, uygulanan proses parametre setlerinin hakim olduğu ve sıcaklık dalgalanmalarının önlenmesi, üretimin stabilitesini ve dolayısıyla nihai ürünün kalitesini etkiler. Bu tez, malzeme ortamı olarak Paslanmaz Çelik 316L, AlSi10Mg ve Ti6Al4V metal alaşım tozlarını kullanarak bir SLE işleminde parametrelerin elde edilmesi için çok fizikli bir sayısal model yaklaşımı sunmaktadır. Önerilen yaklaşım, proses parametreleri ve oluşturdukları sıcaklık arasındaki matematiksel ilişkiler sağlar. Farklı tarama hızlarında lazer gücü ve lazer nokta çapının sıcaklık üzerindeki etkisi araştırılarak her iki metal alaşım tozları için geniş proses parametre setleri elde edilmiştir. Ayrıca, ergiyik havuzu sıcaklığını anlık olarak kontrol edecek bir kontrolör tasarlamak için temel sistem transfer fonksiyonu yapısını oluşturacak farklı tarama hızlarında lazer gücü-sıcaklığı ve lazer nokta çapı-sıcaklığı arasındaki matematiksel ilişkiler geliştirilmiştir. Simülasyonlardan elde edilen parametre setleri kullanılarak, modeli doğrulamak için mikroyapı inceleme ve mekanik test çalışmaları yapılmıştır. Bunun için test numuneleri üretilerek deneysel doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Yetersiz sıcaklıktan kaynaklanan ergimemiş tozlar ve bağlantısız ergiyik havuzu kusurları, aşırı sıcaklıktan kaynaklanan buharlaşma kusurları ve simülasyonlarla tahmin edilen uygun ve homojen mikroyapılar sonucunda mikroyapı ve mekanik özellikleri etkileyen model doğrulanmıştır. Deneysel çalışma, üretilen test numunelerinin mikroyapı ve çekme özellikleri incelenerek gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
The most important factors that play vital role in the quality of the final product in selective laser melting (SLM) are the process parameter sets used in production. In general, these fabrication parameter sets are obtained experimentally by using the energy density requirements of the material. The experimental investigation is partly a trial and error approach, which is a time and cost-consuming process. On the other hand, keeping the temperature of the melt pool in an allowable range, which is dominated by the applied process parameters sets, and preventing temperature fluctuations impress the stability of the production and therefore the quality of the final product. The thesis presents a multiphysics numerical model approach to obtain process parameters in an SLM additive manufacturing by using Stainless Steel 316L, AlSi10Mg and Ti6Al4V metal alloy powders as the material medium. The proposed approach provides mathematical relationships between the process parameters and the temperature they form. By investigating the effect of laser power and laser spot diameter on the temperature at different scanning velocities, wide process parameter sets were obtained for the powders. In addition, mathematical relationships between laser power-temperature and laser spot diameter-temperature at different scanning velocities, which could be considered as Transfer Functions to design a controller to control the melt pool temperature instantly, were developed. Using the parameter sets obtained from the simulations, microstructure investigation and mechanical testing studies were carried out to validate the model. Then, experimental validation studies were carried out by fabricating test samples. The un-melted powders and nonconnected melt pool defects due to insufficient temperature, evaporation defects caused by extreme temperature, and appropriate and homogeneous microstructures as a result of suitable parameters that were predicted through simulations, affecting microstructure and mechanical properties; validated the proposed model. The experimental study was carried out by examining the microstructure and tensile properties of the fabricated test samples.
Benzer Tezler
- A study on the effect of varying selective laser melting process parameters by build process simulation
Proses simülasyonu ile lazerle metal toz ergitme proses parametrelerinin etkisi üzerine bir çalışma
PETER RUGU MAINA
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiHavacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİH CEMAL KUŞHAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ EVREN YASA
- Metallerin lazer katmanlı imalatında kullanılan proses parametrelerinin etkisinin, modelleme ve simülasyon yöntemleri kullanılarak incelenmesi
Investigation of the effects of process parameters for laser additive manufacturing by using modeling and simulation methods
ÖZGÜR POYRAZ
Doktora
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELİH CEMAL KUŞHAN
- Bor karbür-tungsten esaslı kompozitlerin spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Boron carbide-tungsten based composites by spark plasma sintering (SPS)
SALİH ÇAĞRI ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Seramik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ÇINAR ŞAHİN
PROF. DR. SERVET TURAN
- Seçici lazer ergitme (SLM) prosesinin termal davranışını simüle ederek ınconel-625 alaşımı için proses parametrelerinin geliştirilmesi
Development of process parameters for inconel-625 alloy by simulating thermal behavior of selective laser melting (SLM) process
EMRE KIVANÇ SADAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR BİLEN
DR. PEYMAN ANSARİ
- Tel ark ergitmeli eklemeli imalatta harici ısıtıcı kullanımının mekanik ve metalurjik özelliklere etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of external heater use on mechanical and metallurgical properties in wire arc additive manufacturing
EBUBEKİR DOĞAN
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ