Seçici Lazer Ergitme (SLE) Yöntemi İle Değişken Üretim Parametreleri Kullanılarak Ti6Al4V Alaşımından Üretilen Bulk/Kafes Sistemlerinin Yapısal ve Mekanik Özelliklerinin Teorik ve Deneysel Olarak İncelenmesi Projesi

Proje Yürütücüsü: Prof. Dr. İrfan KAYMAZ

Sorumlu APYK:      

Proje Genel Bilgisi

Havacılık uygulamalarında kullanılan parçalarda, tamamen dolu (bulk), rijit ve ağırlığı yüksek olan malzemelerin yerine, hücresel kafes yapılarından oluşan hafif ve dayanıklı yapıların kullanılmasına yönelik bir eğilim oluşmuştur. Karmaşık geometriye sahip parçaların tasarım aşamasında sıklıkla kullanılan yaklaşımlardan birisi topoloji optimizasyonudur ve kafes örgü yapılarının üretilebilmesi için en uygun ve hızlı yöntemlerden birisi ise eklemeli/katmanlı üretim teknolojileridir. Bir eklemeli üretim yöntemi olan Seçici Lazer Ergitme (SLE) yöntemi, lazer ile sağlanan ısı girdisi ortamında vakuma ihtiyaç duymayarak bakım maliyetlerinin nispeten düşüklüğü ve proses kolaylığı sebebiyle fonksiyonel metalik parçaların üretiminde tercih edilen bir yöntemdir. Bu yöntemle üretilen parçaların mekanik özellikleri, üretimde kullanılan parametre/stratejilerden ve üretim sonrası uygulanacak ısıl işlemlerden büyük oranda etkilenmektedir. Bu etki optimizasyon probleminin tanımlanmasında genelde parçanın maruz kaldığı yüklerdeki varyasyonlar ile malzemedeki belirsizliklerin dikkate alınmasını gerektirir. Dolayısı ile üretimde ve üretim sonrası ısıl işlemlerde kullanılacak parametrelerin, malzemenin mekanik özellikleri üzerindeki etkisinin bilinmesi/kontrol edilmesi ve optimum üretim şartlarının belirlenmesi son derece önemlidir.

Literatürde Ti6Al4V alaşımından üretilmiş kafes yapıların mekanik özellikleri incelendiğinde, genellikle lazer üretim parametreleri sabit tutularak tek bir enerji yoğunluğunda farklı kafes türlerinin ve doluluk oranlarının etkileri incelenmiştir. Halbuki kafes yapıyı oluşturan çubuk elemanların mikro yapısını ve yoğunluğunu önemli oranda etkileyen proses parametrelerinin optimize edilmesi son derece önemlidir. Literatürdeki bir diğer önemli eksiklik, SLE yöntemindeki üretim stratejilerinin parametrik olarak değiştirilmesi ve üretimden sonra mikro yapı ve kalıntı gerilmeleri büyük oranda etkileyecek olan ısıl işlemlerin dinamik özellikler üzerindeki etkilerinin henüz incelenmemiş olmasıdır. Ayrıca literatürdeki testler genellikle standart deney numuneleri üzerinden yapılmış olup, elde edilen sonuçlar somut bir ürün üzerinde denenerek, konvansiyonel üretim yöntemleri ile üretilmiş parçalar ile bir karşılaştırma yapılmamıştır. Bu sebeple önerilen projede, ilk olarak eklemeli üretim cihazının optimum proses parametre değerlerini tahmin eden bir matematiksel model kurmak ve bu çalışmalar kapsamında elde edilen üretim parametrelerindeki varyasyonları/belirsizlikleri, nihai ürünün istenilen özelliklere sahip olacak şekilde tasarlanabilmesi için güvenirlik-esaslı topoloji optimizasyon problem tanımında kullanacak bir yaklaşım geliştirilmesi hedeflenmektedir. Sonraki adımlarda ise SLE metodu kullanılarak farklı kafes yapıları, doluluk oranları ve değişken lazer üretim parametreleri ile üretilmiş Ti6Al4V alaşımının mikro yapısal ve mekanik özelliklerinin incelenmesi ve optimum üretim parametrelerinin saptanması hedeflenmektedir. Belirlenen optimum üretim ve ısıl işlem parametreleri kullanılarak kafes örgü yapısına sahip numuneler üretilerek farklı sıcaklıklarda statik ve dinamik özellikleri test edilecektir. Projenin teorik kısmında ise kafes örgü yapısına sahip deney numunelerinin ve nihai ürünün statik ve dinamik özellikleri sonlu elemanlar yöntemi ile incelenerek konvansiyonel bir ürünle karşılaştırılacaktır.

Amaç ve Kapsam

Önerilen proje, SLE metodu ile değişken üretim parametreleri kullanılarak, farklı kafes yapıları ve doluluk oranları ile üretilmiş Ti-6Al-4V alaşımının mikro yapısal ve değişken sıcaklıklarda mekanik özelliklerinin deneysel ve teorik olarak incelenmesini hedeflemektedir. Proje kapsamında gözenekli yapılı metalik malzemeyi oluşturacak birim hücreler için Elmas ve Gyroid formundaki kafes yapılar tercih edilmiştir.

Önerilen proje kapsamında numunelerin üretimi aşamasında değişken inşa oryantasyonu ve farklı lazer proses parametreleri dolayısı ile farklı enerji yoğunluğu değerleri kullanılarak bu parametrelerin mikro yapı, yüzey durumu ve mekanik özellikler üzerindeki etkileri irdelenecektir. Gözeneklilik, yüzey pürüzlülüğü, çekme mukavemeti ve toplam birim şekil değiştirme değerleri performans kriteri olarak alınacaktır. Değişken parametrelere göre gerçekleştirilen üretim işlemlerinden sonra numunelere ikincil ısıl işlemler uygulanarak bu işlemlerin numunelerin statik ve dinamik özellikleri üzerindeki etkileri incelenecektir. Sonrasında belirlenen optimum üretim ve ısıl işlem parametreleri kullanılarak kafes örgü yapısına sahip parçalar üretilerek statik ve dinamik özellikleri test edilecektir.

Optimum proses parametre değerlerini tahmin eden bir matematiksel model kurarak, bulk/kafes yapıların tasarımlarında varyasyonlar/belirsizliklerin de dikkate alındığı  yapısal, farklı sıcaklıklarda statik ve dinamik özelliklerin deneysel ve teorik olarak elde edilmesi ve güvenilirlik-esaslı topoloji optimizasyon yönteminde kullanılması amaçlanmaktadır.