Giriş
Metal eklemeli imalat, özellikle havacılık ve biyomedikal sektöründe yaygın olarak kullanılan titanyum alaşımlarıyla üretim söz konusu olduğunda, heyecan verici olduğu kadar zorlu bir üretim süreci de sunuyor. İthal edilen titanyum tozu pahalı, süreç karmaşık ve parçalar da zaman zaman termal çatlaklar, çarpılmalar ya da boşa harcanan tozlarla sonuçlanabiliyor. Peki bunların hiçbiri olmadan, neredeyse sıfır kayıpla üretim yapmak mümkün mü?
Tozun Geri Kazanım Parametreleri ve Kalite Takibi
SLM sürecinde kullanılan Ti6Al4V tozu, hem yüksek maliyeti hem de sınırlı sayıda döngüde güvenli kullanımı nedeniyle özel bir kalite yönetimi gerektirir. Her üretim sonrası artık tozlar tekrar kullanılabilir, ancak bu süreç yalnızca doğru kontrollerle sürdürülebilir hale gelir. Bu cycle değerini etkileyen parametreleri imalat öncesinde, imalat sırasında ve imalat sonrasında olmak üzere 3 başlıkta değerlendirebiliriz. Örneğin imalat sırasında ısıl etkilenme süresi, tozun maruz kaldığı atmosfer; imalat sonrasında ise tozun elenmesi, vakumlanması gibi süreci etkileyen parametreler mevcuttur. Ancak bu iki durumda da tozun çoğu belirlenmiş yollarla kullanılmakta veya etkilenmiş halde olur. Dolayısıyla bu aşamalarda yapılacaklar: sadece hasar kontrolü, kayıpları azaltma, temizleme işlevi görür. Bu nedenle yeni bir verim kazancı değil, kaybı engelleme sağlar. Toz verimliliğini büyük oranda artırmak için en başta doğru kararları vermek önemlidir. Peki bu kararları nasıl alabiliriz?
İmalat Öncesi Etkin Parametreler
İmalat öncesindeki etkin parametreleri iki başlık altında inceleyebiliriz. Bunlardan ilki, geometrik ve stratejik parametreler; ikincisi ise, proses ve operasyonel parametrelerdir. Peki bu parametreler nelerdir ve verimli toz kullanımını sağlayacak şekilde değişikliğe nasıl gidilir?
Geometrik ve stratejik parametreler içinde parçanın üretim tablasına hangi açıyla yerleştirileceği, ne tür destek yapılarıyla sabitleneceği ve iç yapısının nasıl tasarlanacağı, üretimin ne kadar verimli ve hatasız olacağını belirler. Bu kritik kararlar, gelişmiş imalat hazırlık yazılımları sayesinde parça yüzey kalitesine zarar vermeyecek açılarda yerleştirme yapılmasına, gereksiz destek yapıların en aza indirilmesine ve üretim süresinin optimize edilmesine olanak tanır.
Bir adım daha ileri giderek parçanın iç malzeme dağılımını kontrol altına almak isteyenler için, geleneksel sınır temelli modellemeden farklı olarak, geometrileri matematiksel ifadelerle tanımlayan yeni nesil tasarım yaklaşımları devreye girer. Bu yöntemlerle parça içinde sürekli değişen yoğunlukta kafes yapılar, kalınlaştırılmış dış kabuklar ya da stres ve termal yüke bağlı fonksiyonel doluluk geçişleri oluşturmak mümkün hale gelir.
Son olarak, mevcut üretim koşullarında tozun zarar görmemesini sağlamak ve parçanın çarpılma miktarını, kalıntı gerilmelerini ve termal etkilerini önceden öngörmek amacıyla proses ve operasyonel parametreler simüle edilir. Bu amaçla kullanılan mühendislik yazılımları, lazer toz yatağı füzyon (LPBF) yöntemi için iki farklı analiz yaklaşımı sunar: ilki, lazerin bıraktığı detaylı ısı izlerini çözümlemeksizin ortalama plastik gerinim değerlerini esas alarak hızlı bir çarpılma analizi yapılmasını sağlar. Bu yöntem, özellikle tasarımın ilk aşamalarında veya destek yapılarının optimize edilmesinde zaman kazandırır. Diğer yaklaşım ise lazer gücü, tarama hızı ve katman kalınlığı gibi parametreleri doğrudan modele entegre ederek, zamanla değişen sıcaklık dağılımını ve gerilme gelişimini katman katman simüle eder. Bu sayede çok daha hassas sonuçlar elde edilir; ancak çözüm süresi daha uzundur. Bu iki analiz yaklaşımı birlikte kullanıldığında, hem hızlı kararlar almak hem de üretim öncesi son doğrulamaları gerçekleştirmek mümkün hale gelir.
Sonuç
Yapılan bu çalışmada, metal eklemeli imalatta toz verimliliği, termal gerilmeler ve optimum üretim stratejileri üzerine odaklanılmıştır. Parça yerleşimi ve destek yapılarının optimize edilmesiyle birlikte iç doluluk yapıları ve kafes tasarımları değerlendirilmiş, ayrıca üretim öncesinde çarpılma ve sıcaklık dağılımı gibi kritik analizler gerçekleştirilmiştir. Kullanılan bu dijital araçlar sayesinde üretimden önce doğru kararlar alınarak maliyetli hataların önüne geçmek mümkün olmuştur. Sonuç olarak, akıllı tasarım ve gerçekçi simülasyon yöntemleriyle daha az kayıp ve daha yüksek kalite elde edilebileceği görülmüştür.
Artuk Aviation
2024-2025 Yaz Dönemi Skybound Staj Programı
Stajyer: Göktürk Miraç Önal