Geri Dön

Eklemeli imalat ile üretilen kafes yapılarda tasarım ve üretim parametrelerinin mekanik özelliklere etkisi

Effect of design and process parameters on mechanical properties of additively manufactured lattice structures

PDF İndir

  1. Tez No: 809386
  2. Yazar: OĞULCAN EREN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. HÜSEYİN KÜRŞAD SEZER, PROF. DR. OLCAY ERSEL CANYURT
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Gazi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 255

Özet

Bu doktora tezi, kafes yapılarının tasarımı ve üretiminde eklemeli imalat teknolojilerinin kullanımı üzerine metodolojik bir yaklaşım sunmaktadır. Havacılık, otomotiv ve biyomedikal endüstriyel uygulamalar için gelişmiş mekanik özelliklere ve mukavemet/ağırlık oranına sahip kafes yapıların imalatı son yıllarda giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Her ne kadar Eİ teknolojisi, karmaşık kafes yapılarının üretiminde kullanılmaya başlanmış olsa da, birim hücre tasarımı, işlem parametreleri, baskı oryantasyonu gibi önemli etkileşimli faktörlerin kafes yapıların boyutsal doğruluğu ve mekanik özelliklerine etkileri sistematik bir şekilde irdelenmemiştir. Bu araştırmanın birincil amacı, tasarım ve imalat parametrelerini optimize ederek bu yapıların mekanik performanslarının iyileştirilmesidir. Çalışma metallik kafes yapılar üzerine yoğunlaşmış olsa da, farklı kafes yapı tasarımlarının mekanik özelliklere etkisinin ön çalışması için nispeten daha esnek çalışma prensibi sunan ve proses parametre optimizasyonu gerektirmeyen fotopolimer esaslı MutiJet baskı yöntemi kullanılmıştır. Bu ön çalışmadan edinilen tecrübe ve bilgi birikimi ile metalik kafes elemanlarının, Seçici Lazer ile Ergitme (SLM) Eİ yöntemiyle optimum üretimini sağlamak amacıyla farklı işlem parametreleri ve baskı oryantasyonları kullanılarak AlSi10Mg çubuk elemanları üretilmiştir. SLM işlem parametrelerinin eriyik havuz geometrisi ve dolayısıyla mekanik özellikler üzerindeki rolünü araştırmak için nümerik modelleme tekniği kullanılmıştır. Model gauss ışın dağılımına sahip lazer enerjisinin dairesel bir yol üzerinde hacimsel ısı kaynağı olarak ilerlemesi ile ısı dağılımı ve anlık faz değişimini ortaya koymaktadır. Optimum tasarımlar baz alınarak makine öğrenmesi temelli kafes tasarımları geliştirilmiş olup, basma ve darbe testleri ile mekanik özellikleri değerlendirilmiştir. Ayrıca, baskı parametrelerinin ve yapı yönelimlerinin SLM ile üretilen AlSi10Mg çubuk elemanların boyutsal doğruluğu, mikro yapısı ve mekanik performansı üzerindeki etkileri de incelenmiştir. Bu araştırmanın bulguları, kafes yapıların eklemeli imalat süreçlerinin anlaşılmasını ilerletmeye, kafes yapı performansını artırmaya ve makine öğrenmesi ile yenilikçi tasarım yaklaşımları geliştirmeye katkıda bulunmaktadır.

Özet (Çeviri)

This doctoral thesis presents a methodological approach on the use of additive manufacturing (AM) technologies in the design and production of lattice structures. Manufacturing of lattice structures with advanced mechanical properties and strength to weight ratio for aerospace, automotive and bio-medical industrial application has been increasingly important in recent years. Although AM technology has been used in the production of complex lattice structures, the effects of significant interactive factors such as unit cell design, process parameters, print orientation, on the dimensional accuracy and mechanical properties of lattice structures have not been systematically studied. The primary aim of this research is to improve the mechanical performance of these structures by optimizing the design and fabrication parameters. Although the study focused on metallic lattice structures, the photopolymer-based MutiJet printing method, which offers a relatively more flexible working principle and does not require process parameter optimization, was used for the preliminary study of the effect of different lattice structure designs on mechanical properties. With the experience and knowledge gained from this preliminary study, AlSi10Mg strut elements were produced using different process parameters and print orientations to achieve optimal production of metallic lattice elements with the Selective Laser Melting (SLM) AM method. A numerical modeling technique was used to investigate the role of SLM process parameters on the melt pool geometry and subsequent mechanical properties. The model reveals the heat distribution and instant phase change with the progression of gaussian profile laser beam energy as a volumetric heat source on a circular path, resembling SLM circular strut element manufacturing process. Machine learning-based lattice designs were developed based on optimum designs, and their mechanical properties were evaluated by compression and impact tests. In addition, the effects of printing parameters and structure orientations on the dimensional accuracy, microstructure and mechanical performance of AlSi10Mg struts produced with SLM were also examined. The findings of this research contribute to the wider understanding of additive manufacturing of complex lattice structures with significant performance improvement and machine learning based innovative lattice designs.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    879053

    Design of multifunctional architected cellular structures under dynamic loads

    Dinamik yükler altında çok fonksiyonlu mimarilendirilmiş hücreli yapıların tasarımı

    ZANA EREN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU

  2. Tez No

    761058

    Negatif Poisson oranına sahip kafes yapılarda geometrik parametrelerin titreşim yalıtımına etkisinin numerik ve deneysel incelenmesi

    Analysis of the effect of geomtrical parameters to vibration isolation in lattice structures with negative Poisson's ratio

    ALİ MERİH KARADEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN

  3. Tez No

    673129

    Erimiş filament fabrikasyonu süreç parametrelerinin, üretilen latis yapıların etkin elastik malzeme özelliklerine etkisinin deneysel incelenmesi

    Experimental investigation of the effect of process parameters of fused filament fabrication on the efficient elastic material properties of the lattice structures produced

    SATI CANSIN ERSOY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN

  4. Tez No

    744274

    Seçici lazer ergitme yöntemi ile üretilen CoCr alaşımlıgözenekli yapıların sol-jel yöntemi kullanarak HAp ile kaplanması ve karakterizasyonu

    HAp coating and characterization of CoCr alloyed lattice structures manufactured by selective laser melting using the sol-gel method

    GÖZDE ERENER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine Mühendisliğiİnönü Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM GEZER

  5. Tez No

    866216

    Design of additively manufactured hybrid structural brackets via topology optimization

    Topoloji optimizasyonu ile eklemeli imalata uygun hibrit yapısal braketlerin tasarımı

    CENGİZ KÖSEOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MESUT KIRCA

Geri Dön