Powder bed selective laser melting/sintering of high-technical ceramic materials
Teknik seramik malzemelerin toz yatağında seçici lazer ergitme/sinterlemesi
- Tez No: 747774
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÖKHAN KÜÇÜKTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical 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: 278
Özet
Doğrudan Toz Yataklı Seçici Lazer İşleme (D-PBSLP), seramik malzemelerin Eklemeli İmalatı için gelecek vadeden bir teknik olarak kabul edilir. Seramik malzemelerin D-PBSLP'sinde başarılı olmak için proses parametrelerine uygun değerlerin kullanılması gerekmektedir. Seramik malzemelerin başarılı D-PBSLP'si için uygun proses parametrelerini elde etmek ve deneysel araştırma boyunca bir kılavuz olarak kullanılmak üzere sayısal bir model geliştirilmiştir. Bu çalışmada model malzeme olarak alümina ve SiC kullanılmıştır. Farklı yapı yönelimleri ile çok katmanlı taramanın PBSLP araştırmasında geliştirilen sayısal modelin kullanılması, yapı yönelimi ve tarama stratejilerinin, basılı numunelerin gelişmiş termal stresini ve çatlamasını kontrol etmek için gerekli olduğunu ortaya koymaktadır. D-PBSLP alümina için, doğrusal 45° tarama stratejisi, araştırılan diğer tarama stratejilerine kıyasla en umut verici sonuçları vermiştir. Ayrıca, 400 mm/s'lik yüksek bir tarama hızı kullanıldığında, 100, 200 ve 300 mm/s'ye kıyasla %85'lik yüksek bir bağıl yoğunluk ölçülmesiyle yüksek kalitede alümina numuneleri basmak mümkün olduğu kanaatine varılmıştır. Sayısal modelin öngördüğü optimal tarama stratejileri, tarama hızı ve diğer parametre değerleri belirlendikten sonra, süreç parametreleri Taguchi optimizasyon yöntemi ve Paetro ANOVA analizi kullanılarak optimize edildi. 210 W lazer gücü, 400 mm/sn tarama hızı ve 30 µm tarama alanı %94,5 yüksek yoğunluklu alümina numunelerinin yazdırılması için en uygun proses parametresi olduğu anlaşılmıştır. Bası testi ve mikrosertlik ölçümü kullanılarak mekanik performans değerlendirildi. Test edilen numuneler, literatürde bildirilen değerle aynı olan 2180 HV'lik bir mikrosertlik değeri vermiştir. Buna karşılık, elde edilen bası dayanımı, literatürde bildirilen değerlerle karşılaştırıldığında en düşük olan yaklaşık 140 MPa'dır. Tarama stratejileri araştırıldığında ve incelenen diğer tarama stratejilerinin kıyaslandığında SiC'nin D-PBSLP'si için eğimli zikzak tarama stratejisinin önerildiği sonucuna varıldı. Daha sonra farklı katman kalınlıkları 22, 30 ve 40 µm ile 100, 250 ve 500 mm/s gibi farklı değerler dikkate alınarak tarama hızı incelenmiştir. Düşük tarama hızları ve 22 ve 30 µm gibi düşük katman kalınlıkları kullanılarak, sonuçların gösterdiği gibi, SiC numunelerini %85 kısmi yoğunluğa sahip başarılı bir şekilde basmak mümkün olmuştur. Numunlerde %87'lik bir nispi yoğunluğa ulaşmak, 45W'lık bir lazer gücü, 100 mm/sn'lik bir tarama hızı ve 40 µm'lik bir tarama alanı ile sonuçlanan proses parametrelerinin optimizasyonunu ile elde edilmiştir. Mekanik performans, 1,4 MPa'lık düşük bir bası dayanımına sahip olduğu değerlendirildi. Sonuç olarak, mekanik performansı artırmak için ikincil işlemler kullanılması önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
Direct-Powder Bed Selective Laser Processing (D-PBSLP) is considered a promising technique for Additive Manufacturing (AM) of Ceramic materials. To be successful in the D-PBSLP of ceramic materials, it is necessary to use the proper values for the process parameters. A numerical model has been developed to obtain the proper process parameters for successful D-PBSLP of ceramic materials to be used as a guide through the experimental investigation. Alumina and SiC were used as model materials in this study. Using the developed numerical model in the PBSLP investigation of multi-layer scanning with different build orientations reveals that the build orientation and scanning strategies are essential for controlling the printed samples' developed thermal stress and cracking. For D-PBSLP alumina, the Linear 45° scanning strategy produced the most promising results compared to other investigated scanning strategies. In addition, by using a high scanning speed of 400 mm/s, it was possible to print alumina samples of high quality, as measured by a high relative density of 85 %, compared to 100, 200, and 300 mm/s. After determining the optimal scanning strategies, scanning speed, and other parameter values as predicted by the numerical mode, the process parameters were optimized using the Taguchi optimization method and Paetro ANOVA analysis. Laser power of 210 W, scanning speed of 400 mm/s, and hatching space of 30 µm were the optimal process parameter settings for printing alumina samples with a high density of 94.5 %. Utilizing the compressive test and microhardness measurement, the mechanical performance was evaluated. The tested samples yielded a microhardness value of 2180 HV, identical to the value reported in the literature. In contrast, the obtained compressive strength was approximately 140 MPa, which is low compared to the values reported in the literature. The same procedure was followed while investigating D-PBSLP of SiC. The scanning strategies investigation concluded that the inclined zigzag scanning strategy is recommended for D-PBSLP of SiC, as it overcomes nearly all of the obstacles encountered by the other investigated scanning strategies. Then the scanning speed considering different values such as 100, 250, and 500 mm/s with different layer thicknesses of 22, 30, and 40 µm. Using low scanning speeds and low layer thicknesses, such as 22 and 30 µm, it was possible to successfully print SiC samples with a relative density of 85 %, as demonstrated by the results. Attaining a relative density of 87 % required optimization of the process parameters, resulting in a laser power of 45W, a scanning speed of 100 mm/s, and a hatching space of 40 µm. The mechanical performance was evaluated using a compressive test, which revealed a low compressive strength of 1.4 MPa; consequently, postprocessing should be considered to enhance the mechanical performance.
Benzer Tezler
- 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
- Filament beslemeli 3D yazıcının nozul bölgesinin sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi ve analizi
Finite element modeling and analysis of nozzle area of filament feed 3D printer
OĞUZHAN EMRE AKBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ATAKAN ALTINKAYNAK
- Indoor air quality in changing workplace dynamics: The case of additive manufacturing
Değişen çalışma yeri dinamiklerinde iç hava kalitesi: Eklemeli imalat örneği
EMEL UÇAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
MimarlıkOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET KORAY PEKERİÇLİ
- Effect of Particle Size and Shape Distribution on Flowability of Metal Powders To Be Processed on Selective Laser Melting Machine And Importance of MetalPowder Selection
Başlık çevirisi yok
FAZLI BURAK KURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiPolitecnico di MilanoPROF. QUİRİCO SEMERARO
DR. STEFANİA CACACE
- Filament eritme yöntemiyle üretilen PA12 ile ticari PA12'nin morfolojik, termal ve mekanik özelliklerinin karşılaştırılması
Comparison of the morphological, thermal and mechanical properties of PA12 produced by filament melting method and commercial PA12
SERBAY BEKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Polimer Bilim ve TeknolojisiMarmara ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜNİR TAŞDEMİR