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
- Tez No: 894889
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 183
Özet
Bu çalışmada, tel ark ergitmeli eklemeli imalat (WAAM) yöntemi ile üretilen parçaların kalıntı gerilme ve çarpılma kontrolü ele alınmıştır. WAAM, yüksek üretim hızına sahip olup büyük ve yoğun parçalar üretme kapasitesi sunan bir katmanlı imalat teknolojisidir. Bununla birlikte, WAAM sürecinde, ergitme sırasında oluşan yüksek ısı girdisi, termal şoklara neden olmakta ve bu durum çarpılmalar, kalıntı gerilmeler, yüzey morfolojisi kusurları ile düzensiz makro ve mikro yapılar gibi çeşitli sorunlara yol açabilmektedir. Bu çalışma, harici ısıtıcıların WAAM üretiminde kullanımını önermekte ve bu yöntemi uygulamaktadır. Harici ısıtıcıların kullanımı, termal davranışın daha etkin kontrolünü sağlayarak üretilen parçaların kalitesini artırmayı amaçlayan yenilikçi bir yaklaşımdır. Bu bağlamda, harici ısıtıcıların parça kalitesi üzerindeki etkilerini değerlendirmek için deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deneylerde ER70S-6 kaynak teli kullanılarak beş farklı geometri üretilmiş ve geleneksel WAAM ile harici ısıtıcılı WAAM yöntemleri karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışmalara paralel olarak sayısal analizler de referans amaçlı yapılmıştır. Sonuçlar, harici ısıtıcılı WAAM ile üretilen parçaların daha düzenli geometrilere, rafine edilmiş iç yapılara ve daha kararlı mekanik özelliklere sahip olduğunu göstermiştir. Optik ve SEM görüntüleri, harici ısıtıcılı WAAM yönteminin asiküler ve poligonal ferrit yapılarını azalttığını, beynit oluşumunu ise engellediğini ortaya koymuştur. Ayrıca, gözenekler, füzyon eksikliği ve katmanlar arası süreksizlikler gibi kusurların oluşumunda azalma tespit edilmiştir. Geleneksel WAAM yönteminde mikrosertlik değişimi %30 seviyesindeyken, harici ısıtıcılı WAAM yönteminde bu değişim %12'ye düşmüştür. Bu bulgu, harici ısıtıcıların mikroyapısal homojenliği artırarak malzemenin sertlik dağılımını daha tutarlı hale getirdiğini göstermektedir. Bununla birlikte, harici ısıtıcı kullanılan numuneler, standart WAAM numunelerine kıyasla yaklaşık %17 daha yüksek çekme mukavemeti sergilemiştir. Harici ısıtıcı kullanımının, kalıntı gerilme ölçümlerinde belirgin bir azalma sağladığı ve üretilen parçaların CAD verisi ile uyumunun ortalama %20 oranında arttığını göstermiştir. Bu bulgular, harici ısıtıcıların WAAM süreçlerinde termal kontrolü sağlayarak malzeme kalitesini ve mekanik performansı artırmada etkili bir yöntem olduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study addresses the control of residual stress and distortion in parts produced using the Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) method. Due to the high heat input during the melting process in WAAM, the produced parts are subjected to thermal shocks, which can lead to various issues such as distortions, residual stresses, surface morphology defects, and irregular macro and microstructures. This research proposes and applies the use of external heaters in WAAM production as an innovative approach aimed at improving the quality of the produced parts by controlling thermal behavior more effectively. In this context, experimental studies were conducted to evaluate the effects of external heaters on part quality. Five different geometries were fabricated using ER70S-6 welding wire, and conventional WAAM and externally heated WAAM methods were compared. In parallel, numerical simulations were performed to provide reference data for the experimental studies. The results demonstrated that parts produced with externally heated WAAM exhibited more regular geometries, refined internal structures, and more stable mechanical properties. Optical and SEM images revealed that the externally heated WAAM method reduced the formation of acicular and polygonal ferrite structures and inhibited bainite formation. Additionally, a decrease in defects such as pores, lack of fusion, and interlayer discontinuities was observed. In the conventional WAAM process, the variation in microhardness was around 30%, while this variation decreased to 12% in the externally heated WAAM process. This finding indicates that the use of external heaters enhances microstructural homogeneity, resulting in a more consistent hardness distribution within the material. Furthermore, samples produced with external heaters exhibited approximately 17% higher tensile strength compared to standard WAAM samples. The use of external heaters also resulted in a significant reduction in residual stress measurements, and the alignment of the produced parts with CAD data improved by an average of 20%. These findings highlight the effectiveness of external heaters in controlling thermal behavior in WAAM processes, thereby improving material quality and mechanical performance.
Benzer Tezler
- Elektrik – ark ergitme yöntemiyle 3B metal yazıcı geliştirilmesi ve eklemeli üretim baskı parametrelerinin incelenmesi
Developing 3D metal printer with electric – arc melting method and examination of addtive manufatruing printing parameters
MUSTAFA SEFA KARAKIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT YAZICI
- Tel beslemeli ark ergitmeli eklemeli imalat yöntemiyle üretilen parçaların ısıl davranış, geometrik, mekanik ve metalürjik özelliklerinin araştırılması
Investigation of thermal behavior, geometrical, mechanical and metallurgical properties of wire arc additive manufactured parts
AHMET SUAT YILDIZ
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
- Tel beslemeli eklemeli imalat yöntemleri için kapalı devre yığma yolu planlaması
Off-line deposition path planning for wire fed additive manufacturing processes
MOHAMMAD MAZEN ALHAKEEM
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
- Çentik yönünün tel ark eklemeli imalat yöntemi (WAAM) ile üretilen C-Mn çeliklerinin kırılma tokluğuna etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of notch orientation on fracture toughness of C-Mn steels produced by wire arc additive manufacturing (WAAM)
KADİR DAĞYIKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Gedik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA KOÇAK
DR. ÖĞR. ÜYESİ UĞUR GÜROL
- Investigation of the microstructural and mechanical properties of Al/TiB2 composites produced by cold spray additive manufacturing
Soğuk sprey eklemeli imalat yöntemi ile üretilen Al/TiB2 kompozitlerinin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
NERGİZ İLHAMİ MERT
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN