Seçici lazer ergitme yöntemiyle mekanik performansı yüksek biyomimetik hiyerarşik yapıların üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of biomimetic hierarchial structures with high mechanical performance by selective laser melting
- Tez No: 936305
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HALİM KOVACI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Bioengineering, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 162
Özet
Bu tez çalışmasında, artan mühendislik uygulamalarının gerektirdiği yüksek mekanik performansa sahip malzeme ve yapıların geliştirilmesine yönelik olarak, biyomimetik hiyerarşik yapılar kullanılarak tek malzeme ile çoklu mekanik özelliklerin bir arada sağlanması hedeflenmiştir. Bu kapsamda, doğadan esinlenilerek geliştirilen tabakalı ve gradyen biyomimetik hiyerarşik yapıların, AISI 316L paslanmaz çeliği kullanılarak Seçici Lazer Ergitme (SLM) yöntemi ile üretimi gerçekleştirilmiştir. Tabakalı yapılarda deniz kabuğunun çok katmanlı yapısı, gradyen yapılarda ise yengeç pençesindeki geçişli yapıdan ilham alınmıştır. Yapılar, 800–1200 mm/s aralığında değişen lazer tarama hızları ve düz ile chessboard olmak üzere iki farklı tarama stratejisi kullanılarak üretilmiş, bu parametrelerin mikro yapı ve mekanik özellikler üzerindeki etkileri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Elde edilen numuneler üzerinde çekme, üç nokta eğme ve mikrosertlik testleri gerçekleştirilmiş; ayrıca sabit ve değişken genlikli yükleme koşulları altında yorulma çatlak ilerlemesi deneyleri uygulanmıştır. Deneyler esnasında çatlak ilerleme davranışı, dijital görüntü işleme (DIC) yöntemi ile in situ olarak izlenmiş ve çatlak ucundaki deformasyonlar analiz edilmiştir. Yapılan testler sonucunda, artan tarama hızı ile birlikte mikro yapıda gözenek oranı ve sertlik değerlerinde artış gözlemlenirken, katmanlar arası bağlanmanın zayıfladığı ve yüzey pürüzlülüğünün arttığı belirlenmiştir. Chessboard tarama stratejisinin ise daha homojen bir ısı dağılımı sağlayarak iç gerilmeleri azalttığı ve malzeme dayanımını artırdığı ortaya konmuştur. Özellikle biyomimetik tabakalı yapılarda, yumuşak ve sert fazların ardışık dağılımı sayesinde çatlak ilerleme hızında belirgin bir azalma elde edilmiş ve bu yapıların tek fazlı yapılara kıyasla üstün yorulma dayanımı sergilediği belirlenmiştir. Elde edilen bulgular doğrultusunda, SLM yöntemi ile üretilen biyomimetik hiyerarşik yapıların, dayanım ve süneklik arasında denge kurarak çatlak ilerlemesini sınırlandırdığı ve bu yönüyle yüksek performanslı mühendislik uygulamalarında kullanılabilecek özgün ve fonksiyonel malzemelerin geliştirilmesine olanak sunduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, it was aimed to achieve the simultaneous optimization of multiple mechanical properties within a single material by utilizing biomimetic hierarchical structures, addressing the increasing demand for high-performance materials and structures in engineering applications. In this context, layered and gradient biomimetic hierarchical structures inspired by nature were fabricated using AISI 316L stainless steel through Selective Laser Melting (SLM) technology. The multilayered structure of seashells was taken as a model for the layered design, while the gradient structure of crab claws inspired the gradient design. The structures were produced using varying laser scanning speeds (800–1200 mm/s) and two different scanning strategies (linear and chessboard), and the effects of these parameters on microstructure and mechanical performance were comprehensively investigated. Tensile, three-point bending, and microhardness tests were conducted on the fabricated samples, and fatigue crack growth behavior under both constant and variable amplitude loading conditions was examined. During testing, the progression of cracks was monitored in situ using Digital Image Correlation (DIC) techniques, allowing detailed analysis of deformation fields around the crack tip. The results revealed that increasing scan speed led to a higher porosity and hardness in the microstructure, while reducing interlayer bonding quality and increasing surface roughness. The chessboard scanning strategy provided a more uniform heat distribution, reducing residual stresses and enhancing overall material strength. Particularly, in biomimetic layered structures, the alternating distribution of soft and hard phases significantly slowed down crack propagation and exhibited superior fatigue resistance compared to monolithic structures. Based on the findings, it was concluded that SLM-produced biomimetic hierarchical structures effectively balance strength and ductility, limit crack growth, and offer a promising pathway for the development of novel, functional materials suitable for high-performance engineering applications.
Benzer Tezler
- Advancing creep performance and oxidation resistance of inconel 939 alloy fabricated by selective laser melting
Seçici lazer ergitme yöntemi ile üretilen ınconel 939 alaşımının sürünme performansı ve oksidasyon direncinin geliştirilmesi
FATİH GÜLER
Doktora
İngilizce
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
DR. HÜSEYİN AYDIN
- Seçici lazer ergitme (SLE) yöntemi ile üretilen metalik biyomalzemeler üzerine biriktirilen Ti-Cu ve Ti-Ag ince film kaplamaların tribolojik ve biyouyumluluk özelliklerinin araştırılması
Investigation of the tribological and biocompatibility properties of Ti-Cu and Ti-Ag thin film coatings deposited on metallic biomaterials produced by selective laser melting (SLM)
ÇETİN ÇİMEN
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KARAKAN
- Ürün tasarım süreçlerinde yenilikçi yapıların dinamik ve mekanik davranışlarının incelenmesi
Investigation of the mechanical and dynamic behavior of innovative structures in product design process
MEHMET MERT KOTAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ RIZA YILDIZ
- Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen Hastelloy-X'de mikroyapı ile hata oluşumu arasındaki ilişkinin incelenmesi
Investigation of the relationship between microstructure and defect formation in Hastelloy X produces by additive manufacturing method
FATMANUR AYTEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN YILMAZER
DOÇ. DR. ASLI GÜNAY BULUTSUZ
- Eklemeli imalat ile üretilen kafes yapılı bir uydu panelinin ısıl iletkenliğinin vakum ortamında incelenmesi
An investigation of the thermal conductivity of a satellite panel with lattice core fabricated by additive manufacturing
ATA SARIÇOBAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN