Gündüz nişangâhı oküler gövdesinin ağırlığını azaltmak için tasarımının değiştirilmesi ve AlSi10Mg alaşımı ile eklemeli imalatı

Öz

Bu çalışmada, eklemeli imalat yöntemleri ile alüminyum alaşımlarının savunma sanayiindeki kullanımına odaklanılmış ve ASELSAN envanterindeki bir gündüz nişangâhı oküler gövdesinin tasarımı değiştirilerek ağırlığı azaltılmıştır. Mevcut oküler gövde Al7075-T6 malzemeden geleneksel talaş kaldırma yöntemleri ile imal edilmiştir. Eklemeli imalat yöntemi kullanılarak yeni bir oküler gövde üretmek için oküler gövdenin dış ölçülerini koruyarak tasarımında ve malzemesinde değişiklikler yapılmıştır. Tasarımı değiştirilen ve LPBF yöntemi ile imal edilen yeni oküler gövde için Al7075 malzemeye göre daha iyi kaynak edilebilir özellik gösteren AlSi10Mg malzemesi tercih edilmiştir. Mevcut ve yeni tasarım oküler gövdeler, aynı sınır şartları ve yüklemeler altında sonlu elemanlar yöntemiyle analiz edilmiştir. Ağırlık azaltmaya yönelik çalışmalar sonucunda, yeni oküler gövde mevcut oküler gövdeye göre ∼%16 daha hafiftir. Yeni oküler gövdeye yapılan zamana bağlı sıcaklık analizi sonucunda, pim çevresindeki toplam deformasyon değeri mevcut oküler gövdeye kıyasla ∼%18 artmış; eşdeğer gerilme değeri malzemelerin akma dayanımlarındaki farktan dolayı ∼%62 oranında azalmıştır. Titreşim altında hasar analizi sonuçları incelendiğinde, yeni oküler gövdenin hasar oranı (1.447×10-32), mevcut oküler gövdeninkine (2.061×10-8) kıyasla çok daha düşük olduğu gözlemlenmiştir. Sonuçlar, yeni tasarıma sahip oküler gövdede güvenlik faktörü değerinde iyileşme olduğunu, ancak deformasyon değerinde bir artış görüldüğünü ortaya koymuştur.

Anahtar Kelimeler

• Eklemeli imalat
• alüminyum alaşımları
• sonlu elemanlar analizi
• lazer toz yatak füzyonu

Changing the design of the day sight ocular body to reduce its weight and additive manufacturing with AlSi10Mg alloy

Abstract

In this study focuses on the use of aluminum alloys in the defense industry using additive manufacturing methods, and the design of a day sight ocular body in ASELSAN’s inventory was changed to reduce its weight. The existing ocular body was manufactured from Al7075-T6 material using conventional machining methods. In order to produce a new ocular body using the additive manufacturing method, changes were made to the design and material of the ocular body while preserving its external dimensions. For the new ocular body, which was redesigned, and manufactured using the LPBF method, AlSi10Mg material, which has better weldability than Al7075 material, was preferred. The existing and new design ocular bodies were analyzed using the finite element method under the same boundary conditions and loadings. As a result of weight reduction studies, the new ocular body is ∼16% lighter than the existing ocular body. As a result of the time-dependent temperature analysis performed on the new ocular body, the total deformation value around the pin increased by ∼18% compared to the existing ocular body; The equivalent stress value decreased by ∼62% due to the difference in yield strength of the materials. When the results of the damage analysis under vibration were examined, it was observed that the damage rate of the new ocular body (1.447×10-32) was much lower than that of the existing ocular body (2.061×10-8). The results showed that there was an improvement in the safety factor value in the new designed ocular body, but an increase in the deformation value.

Keywords

• Additive manufacturing
• aluminum alloys
• finite element analysis
• laser powder bed fusion

References

1. [1] Aktürk M. Eklemeli İmalat Yöntemi ile Üretilmiş Alsi10Mg Malzemesinin Malzeme Yapısal Parametrelerinin Belirlenmesi ve Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Doğrulanması. Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye, 2021.
2. [2] Aktürk M, Korkmaz EM. “Eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiş alüminyum alaşımlarının malzeme yapısal parametrelerinin belirlenmesi üzerine bir derleme”. İmalat Teknolojileri ve Uygulamaları, 2(1), 49-60, 2021.
3. [3] Sürmen HK. “Eklemeli imalat (3b Baskı): Teknolojiler ve uygulamalar”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 24(2), 373-392, 2019.
4. [4] Rometsch PA, Zhu Y, Wu X, Huang A. “Review of high-strength aluminium alloys for additive manufacturing by laser powder bed fusion”. Materials& Design, 219, 110779, 2022.
5. [5] Vanzetti M, Pavel MJ, Williamson CJ, Padovano E, Pérez-Andrade, LI, Weaver M, Brewer NL, Bondioli F, Fino P. “Design and characterization of ınnovative gas-atomized Al-Si-Cu-Mg alloys for additive manufacturing”. Metals, 13(11), 1845, 2023.
6. [6] Aboulkhair NT, Simonelli M, Parry L, Ashcrofth I, Tuck C, Hague R. “3D printing of aluminium alloys: additive manufacturing of aluminium alloys using selective laser melting”. Progress in Materials Science, 106, 100578, 2019.
7. [7] Tütük İ, Ural MM, Yılmaz MS, & Özer G. “Development of an alternative heat treatment to the traditional T6 heat treatment of AlSi10Mg alloy produced by additive manufacturing”. Journal of Materials Engineering and Performance, 34(4), 3112-3122, 2025.
8. [8] Jiang Z, Sun J, Berto F, Wang X, Qian G. “Fatigue and fracture behavior of AlSi10Mg manufactured by selective laser melting: a review”. Physical Mesomechanics, 26(4), 367-390, 2023.

9. [9] Peres LS, Gargarella P, Paiva MV, Rodrigues ADG, Adamiak M, Batalha GF. “Influence of moisture on the properties of AlSi10Mg powder for laser powder bed fusion”. Materials Research, 27, e20230490, 2024.
10. [10] Kim I, Park SC, Kim YI, Kim DK, Lee KA, Oh SJ, Lee B. “Surface residual stress analysis of additive manufactured AlSi10Mg alloys”. Journal of Alloys and Compounds, 945, 169315, 2023.
11. [11] Ngo TD, Kashani A, Imbalzano G, Nguyen KTQ, Hui D. “Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges”. Composites Part B: Engineering, 143, 172–196, 2018.
12. [12] Craftcloud. Dughi P. “3D Printing Aluminum-the Ultimate Guide”. https://all3dp.com/1/3d-printing-aluminum/ (19.05.2024).
13. [13] Choe J, Kim KT, HunYu J, Park JM, Yang DY, Jung SH, Jo S, Joo H, Kan M, Ahn SY, Jeong SG, Kim ES, Lee H, Kim HS. “A novel route for predicting the cracking of inoculant-added AA7075 processed via laser powder bed fusion”. Additive Manufacturing, 62, 103370, 2023.
14. [14] Yamada R, Ishizawa S, Itoh G, Kurumada A, Nakai M. “Effects of environment on fatigue crack growth behavior of 2000 and 7000 series aluminum alloys”. Recent Advances in Structural Integrity Analysis-Proceedings of the International Congress, Sydney, Australia, 9-12 December 2014.
15. [15] Gatto A, Cappelletti C, Defanti S, Fabbri F. “The corrosion behaviour of additively manufactured AlSi10Mg parts compared to traditional al alloys”. Metals, 13(5), 913, 2023.
16. [16] Tiwari A, Singh G, Jayaganthan R. “Improved corrosion resistance behaviour of AlSi10Mg alloy due to selective laser melting”. Coatings, 13(2), 225, 2023.
17. [17] Spignoli N, Minak G. “Influence on fatigue strength of post-process treatments on thin-walled AlSi10Mg structures made by additive manufacturing”. Metals, 3(1), 126, 2023.
18. [18] Šutka J, Medvecká D, Koňar R, Bruna M, Matejka M. “Evaluation of selected technological parameters for selective laser melting of AlSi10Mg metal powder”. Manufacturing Technology, 23(1), 110-117, 2023.
19. [19] Pirinu A, Primo T, Del Prete A, Panella FW, De Pascalis F. “Mechanical behaviour of AlSi10Mg lattice structures manufactured by the Selective Laser Melting (SLM)”. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 124(5), 1651-1680, 2023.
20. [20] Bosio F, Shen H, Liu Y, Lombardi M, Rometsch P, Wu X, Zhu Y, Huang A. “Production strategy for manufacturing large-scale AlSi10Mg components by laser powder bed fusion”. Jom, 73(3), 770-780, 2021.
21. [21] Gite RE, Wakchaure VD. “A review on process parameters, microstructure and mechanical properties of additively manufactured AlSi10Mg alloy”. Materials Today: Proceedings, 72(3), 966-986, 2023.
22. [22] Lupi G, Minerva G, Patriarca L, Casati R, Beretta S. “Fracture toughness of AlSi10Mg alloy produced by LPBF: effects of orientation and heat treatment”. International Journal of Fracture, 247(3), 329-344, 2024.
23. [23] Paolino DS, Tridello A, Fiocchi J, Biffi CA, Chiandussi G, Rossetto M, Tuissi A. “VHCF Response up to 109 Cycles of SLM AlSi10Mg specimens built in a vertical direction”. Applied Sciences, 9(15), 2954, 2019.
24. [24] Delva. “Aluminium AlSi10Mg for 3D Printing”. https://delva.fi/en/aluminum/ (21.05.2024).
25. [25] Özsoy AL, Şirin E, Yıldırım ÇV, Sarıkaya M. “AlSi10Mg alaşımının SLM yöntemiyle üretilmesinde proses parametrelerinin yüzey kalitesi üzerindeki etkisi”. Gazi University Journal of Science Part C: Design and Technology, 12(2), 480-493, 2024.
26. [26] Additive 3D Printing. “Features of 3D Printed AlSi10Mg Aluminium”. https://additive-3d.com/aluminium-AlSi10Mg-3d-printing.html (21.05.2024).
27. [27] ASELSAN Hassas Optik A.Ş. “A940 1x-4x Gündüz Nişangâhı”. https://aho.com.tr/tr/urunler/gunduz-gorus/a940-1x-4x-gunduz-nisangahi (09.01.2024).
28. [28] Trenton Systems. “Vibration Test Method MIL-STD-810 Method 514.8 Vibration”. https://www.trentonsystems.com/hubfs/vibration_test_method_milstd810h.pdf (10.01.2024).