TERMOELEKTRİK MODÜLLER İÇİN DOĞRUDAN METAL LAZER SİNTERLEME EKLEMELİ İMALAT YÖNTEMİ KULLANILARAK ALÜMİNYUM ALAŞIMI SOĞUTUCU TASARIMI VE ÜRETİMİ

Öz

Doğru akım ile ısı kontrolüne olanak tanıyan yarı-iletken yapıdaki termoelektrik malzemeler, termoelektrik modül yüzeyleri arasında bir ısı farkı oluşturur. Termoelektrik modüllerde teknolojik imkânlar arttıkça değişik malzemelerin birleştirilmesiyle verimlilikleri artmaktadır. Termoelektrik modüllerde farklı yöntemlerle verimlilik artışı sağlanabilmesine rağmen üretildiği malzemelerin yapılarından kaynaklı verimliliklerini sınırlayan önemli faktörler bulunmaktadır. Farklı geometrilerde soğutucuların temel amacı termoelektrik parça yüzeyinde oluşan ısının en hızlı şekilde ve malzemeye zarar vermeyecek şekilde soğutulmasını sağlamaktır. Soğutucu geometrisinde yapılacak değişikliklerle her bir yüzeyin ısı dengesini ayarlayarak, ısının eşit dağılımıyla sistemden hızlı ve güvenilir bir şekilde aktarılması sağlanmalıdır. Doğrudan (direkt) Metal Lazer Sinterleme (DMLS) eklemeli imalat yöntemi üç boyutlu model verilerinden belirlenen farklı geometrilerde komponentler üretmek için katmanlar halinde birleştirilme sürecidir. Soğutucu model ölçütlerine uygun üretim parametrelerinin seçilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada üç farklı geometrik yapıda tasarlanan soğutucu parçalar, eklemeli imalat yöntemlerinden biri olan doğrudan metal lazer sinterleme eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiştir. Her soğutma parçasının lazer ışınları ile gerçekleştirilen doğrudan metal lazer sinterleme eklemeli imalat yöntemi ile yüksek hassasiyetle üretimi gerçekleştirilmiştir. Eklemeli imalatı gerçekleştirilen soğutma parçaları termoelektrik modüllere termal macunla yapıştırılarak ilk ısıl testleri gerçekleştirilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Termoelektrik modül
• Peltier
• Alüminyum soğutucu
• Eklemeli imalat

DESIGN AND PRODUCTION OF ALUMINUM ALLOY HEAT SINKS USING THE DIRECT METAL LASER SINTERING MANUFACTURING METHOD FOR THERMOELECTRIC MODULES

Öz

Semi-conductive thermoelectric materials allow heat control with the direct current to create a temperature difference between the surfaces of the thermoelectric module. As technological developments accelerate in thermoelectric modules, their efficiency increases by combining different materials. Although increased efficiency can be achieved by different methodologies in thermoelectric modules, there are significant factors that limit their efficiencies caused by the material structures. The main purpose of the heat sinks in different geometries is to ensure that the heat generated on the surface of the thermoelectric module is cooled in the fastest way without damaging the component. Direct Metal Laser Sintering (DMLS)-based additive manufacturing method is the process of joining layers to produce components with different geometries extracted from three-dimensional model data. Production parameters must be selected in accordance with the thermoelectric module criteria. In this study, heat sinks designed in three different geometric structures with equal fill ratio were produced by direct metal laser sintering additive manufacturing method, which is one of the additive manufacturing methods. Each designed heat sink has been produced with high precision using the direct metal laser sintering additive manufacturing method. 

Anahtar Kelimeler

• Thermoelectric module
• Peltier
• Aluminum heat sink
• Additive manufacturing

Kaynakça

1. Peduk, G., Dilibal, S., Harrysson, O., Ozbek, S., West, H., “Characterization of Ni–Ti alloy powders for use in additive manufacturing”, Russian Journal of Non-Ferrous Metals, Cilt 59, Sayı 4, Sayfa 433-439, 2018.
2. Dilibal, S., Sahin, H., Çelik Y., “Experimental and numerical analysis on the bending response of the geometrically gradient soft robotics actuator”, Archives of Mechanics, Cilt 70, Sayı 5, Sayfa 391-404, 2018.
3. Peduk, G., Dilibal, S., Harrysson, O., Ozbek, S., “Comparison of the production processes of nickel-titanium shape memory alloy through additive manufacturing”, International Symposium on 3D Printing (Additive Manufacturing), Vol. 2, Issue 1, Pages 391-399, 2017.
4. Peduk, G., Dilibal, S., Harrysson, O., Ozbek, S., “Investigation of microstructural behavior of nickel-titanium alloy produced via additive manufacturing”, 4th International Congress on 3D Printing Technologies and Digital Industry, Sayfa 1139-1143, Antalya 2019.
5. Köktay, Ş., “Termoelektrik malzemelerin yenilikçi yaklaşımlarla üretilmesi geliştirilmesi yapay sinir ağları ile tahmin modeli kullanılması”, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi, Karabük, 2018.
6. Berber, F. S., “Kendinden termal elektrik kaynaklı mikroişlemci soğutma sistemi”, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, 2008.
7. Bozkurt, B., “Termoelektrik modül içi ileri mühendislik malzemelerinin termoelektrik modülün termal davranışına etkisinin deneysel ve sayısal analizi”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Gedik Üniversitesi, İstanbul, 2020.
8. Bozkurt, B., Dilibal S., Sahin M.Y. “Investigation of the cooling performance of the thermoelectric modules for mobile cooling system”, International Conference on Energy and Sustainable Built Environment, Sayfa 1, İstanbul 2019.

9. Atzeni, E., Salmi A., “Study on unsupported overhangs of AlSi10Mg parts processed by Direct Metal Laser Sintering (DMLS)”, Journal of Material Processing, Cilt 20, Sayı 3, Sayfa 500-506, 2015.
10. Bulduk, M., “Doğrudan Metal Lazer Sinterleme Yöntemi ile Üretilen Latis Yapıların Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerin İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, 2020.
11. O'Brien, M. J., "Development and qualification of additively manufactured parts for space", Optical Engineering, Cilt 58, Sayı 1, Sayfa 010801, 2019.
12. Dongliang, Z., Gang, T. “A review of thermoelectric cooling: Materials, modeling and applications”, Applied Thermal Engineering, Cilt 46, Sayı 9, Sayfa 15-24, 2014.
13. ALUTEAM Fatih Sultan Mehmet Vakıf Üniversitesi “Alüminyum Metal Malzeme Sinterleme Özellikleri AlSi10Mg.”, http://aluteam.fsm.edu.tr/ Temmuz 16, 2020.
14. New method of manufacturing using powder bed: Additive Manufacturing with Selective Laser Melting, https://www.youtube.com/watch?v=te9OaSZ0kf8&list=RDCMUCz 35fFb-aMFu5f-V6D-065w&start_radio=1&t=107.html , Temmuz 16, 2020.