Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen havacılık uygulamalarında kullanılan bir parçada ağırlık azaltımı ve malzeme karakterizasyonu

Havacılık sektöründe yapılan analizlerde yük yollarını değiştirmeyecek şekilde optimum tasarım optimizasyonları yapmak, ağırlık azaltımı ile yakıt tasarrufu sağlamak, karbon ayakizinin azaltılması, ve tüm bu güncellemeler sayesinde hava araçlarına yüksek manevra kabiliyeti kazanılması bu alanda sürekli geliştirilmeye açık, önemli konuların başında gelmektedir. Bunu sağlayabilmek için her geçen gün yeni teknolojiler geliştirilmektedir. Fakat bunun için tasarım ve üretimin birbiriyle uyumlu olması gerekmektedir. Geleneksel üretim methodları çoğu zaman tasarımı, üretilebilirlik yönünden kısıtlamakadır. Bunu aşmak adına son zamanlarda eklemeli imalata ek olarak topoloji optimizasyonu ön plana çıkmaktadır. Belirli kısıtlar ve hedef değerler parçayı hafifletmek ve ilk parçanın gerilim değerinde iyileştirme yapabilmek için parçaya atanmıştır. Öte yandan parçanın esnekliğinin kontrolü sağlanarak belirli bir sertlik değeri içinde kalması göz önünde bulundurulmaktadır. Bu tezde helikopterde halihazırda bulunan bir yapısal parçanın optimizasyonu yapılmıştır. Mevcut malzeme Al 6061 T62 ve kaynak ile bağlantı yapılan bir komponentir. Topoloji optimizasyonu uygulanarak öncelikle yük yolları belirlenmiş ve yüksek gerilim olmayan yerlerde malzeme boşaltılmasına gidilerek totalde %15.7'lik ağırlık azaltımı da sağlanmıştır. Ayrıca parçada hafiflik sağlanırken titreşim değerlerinde artış olup olmadığına dair modal analiz yapılmıştır. İlk titreşim değeri 60 iken, topoloji optimizasyonu uygulanmış ve malzeme değişikliği yapılmış parçanın titreşim değeri 67 Hz'e yükselmiştir. Bu titreşim analizi , parçanın ömrünü etkilediği için önem arz etmektedir. Eş zamanlı olarak eklemeli imalat için SLM üretim methoduna en uygun malzemelerden biri olan ve dayanım açısından Al 6061 malzemesinden daha üstün olan AlSi10Mg malzemesi seçilmiş ve kupon çekme testlerine tabi tutulmuştur. Fakat bu malzeme anizotropik olduğu için farklı yönlerde değişik mekanik özellik göstermektedir. Bu yüzden, deneyler malzemenin farklı yönlerde ve farklı geometrilerde SLM methodu kullanılarak üretilmesi ile tekrar edilmiştir. Kupon numuneleri gerginlik azaltma, tahribatlı ve tahribatsız muayenelere tabi tutulmuştur ve AlSi10Mg malzemesinin karakterizasyon incelemesi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, optimize edilmiş parçaların ağırlığını daha da azaltmayı amaçlayan boyut ve topoloji optimizasyonları için girdi görevi görmüştür. Optimize edilen bu tasarımlar daha sonra modal analize tabi tutulmuş ve ortaya çıkan doğal frekans değerleri, helikopterin doğal frekansları ile karşılaştırılmıştır. Statik ve modal analiz sonuçlarına göre, optimize edilmiş kısımda daha düşük gerilmelerin gözlendiği ve daha hafif bir ağırlığa sahip olduğu açıktır.