Modeling of temperature field, residual stresses and distortions in direct laser metal sintering

Bu çalışmada, lazerli eklemeli imalat süreci parametrelerinin parça üzerindeki termal ve mekanik etkileri araştırılmıştır. Eklemeli imalat üzerine detaylı bir literatür araştırması yapılmıştır. Süreç parametrelerinin parça üzerindeki etkilerini (mekanik özellikler, artık gerilme, çarpılma vb.) belirlemede ilk adım olarak termal modelleme çalışması yapılmıştır. Termal modelde, hareketli lazer matematik modeli, toz yatağı malzeme modeli, erime mekanizması ve indeksleme yöntemi geliştirilmiştir. Termal model sonuçları literatürdeki örnek deneysel çalışmalarla karşılaştırılmış ve yakın sonuçlar alınmıştır. İkinci aşama olarak hem analitik hem sonlu elemanlar metodu kullanılarak, termomekanik ve termal-mekanik model çalışması yapılmıştır. Geliştirilen termal model ile beraber ya da ayrı çalışan, zamana bağlı ya da bağımsız dört farklı sonlu eleman tabanlı mekanik model geliştirilmiştir. Geliştirilen bu sonlu eleman tabanlı modellerden hem çözüm süresi hem de tahmin doğruluğu açısından en hızlı ve doğru çözüm yapanı seçilmiştir. Deney doğrulamasında, geliştirilen analitik ve sonlu eleman tabanlı modelleri kullanılmıştır. Deneyler sonucunda, basit geometriler için analitik modelin kullanılabildiği ancak daha karmaşık geometrilerde kullanılamadığı görülmüştür. Öte yandan, sonlu eleman tabanlı model gerek basit gerekse karışık geometriler için deneylere yakın sonuçlar vermiştir. Son olarak, geliştirilmiş termomekanik model serbest yüzeyli geometriler ve ince cidarlı geometriler üzerinde denenmiştir. Dört adet serbest yüzeyli ve yedi adet ince cidarlı parça için eklemeli imalat modeli koşturulmuş ve üretilmiştir. Endüstriyel parçalar üzerinde yapılan bu deneyler, geliştirilen artık gerilme ve çarpılma modelini doğrulamak için yapılmıştır. Geliştirilen modelden alınan sonuçların, deneysel ölçümlere yakın olduğu görülmüştür. Şu nokta belirtilmelidir ki, geliştirilmiş olan bu model sayesinde, çok kısa çözümleme süresiyle endüstriyel parçaların eklemeli imalat modellemesi literatürde ilk defa başarılmıştır. Bu tez kapsamında geliştirilen özgün model, bu açıdan bir ilki gerçekleştirmiş ve insansız hava araçlarının motor parçalarının eklemeli imalat yönteminde ortaya çıkan sıcaklık, artık gerilme ve çarpılma modellemesinde kullanılmıştır.