Ti6Al4V Alaşımının SLM Yöntemiyle Üretilmesinde Taguchi Metodu Kullanılarak Proses Parametrelerinin Optimizasyonu

Yıl 2022, , 230 - 236, 30.12.2022

Dilara Selma Aydın , Arif Lütfi Özsoy , Çağrı Vakkas Yıldırım

https://doi.org/10.46460/ijiea.1099019

Öz

Eklemeli imalat yöntemi, geleneksel imalat yöntemleriyle üretimi zor ya da mümkün olmayan, karmaşık geometriye sahip parçaların üretiminde önemli iyileştirmeler sunmaktadır. Ancak, çıktı kalitesinin istenilen seviyede olup olmadığı sorusu güncelliğini korumaktadır. Dolayısıyla, optimum üretim parametrelerinin elde edilmesi çıktı kalitesini artırmak adına oldukça önemlidir. Bu çalışmada, Seçici Lazer Ergitme (SLM) yöntemiyle üretilmiş Ti6Al4V alaşımının farklı proses parametreleri kullanılarak bir dizi deney gerçekleştirilmiştir. Böylece, dört farklı parametre ve seviyelerinin yüzey kalitesi üzerindeki etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Yüzey kalitesinin analizi sırasında ortalama yüzey pürüzlülüğü (Ra) çıktı parametresi olarak belirlenmiştir. Deney tasarımı, Taguchi L16 dikey dizini kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Proses parametrelerinin sonuç üzerindeki etkisini göstermek için ANOVA analizi yapılmıştır. Deney sonuçlarının analiziyle birlikte en iyi yüzey pürüzlülüğü değerinin 75 µm lazer odak çapı, 60 µm tarama mesafesi, 150 mm/s tarama hızı ve 250 W lazer gücü kombinasyonundan elde edildiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Eklemeli imalat, Seçici lazer ergitme, Ti6Al4V, Taguchi metodu, Yüzey kalitesi, Eklemeli imalat, Seçici lazer ergitme, Ti6Al4V, Taguchi metodu, Yüzey kalitesi

Destekleyen Kurum

Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri

Proje Numarası

FYL-2021-11339

Optimization of Process Parameters Using Taguchi Method in Production of Ti6Al4V Alloy by SLM Method

Öz

Eklemeli imalat yöntemi, geleneksel imalat yöntemleriyle üretimi zor ya da mümkün olmayan, karmaşık geometriye sahip parçaların üretiminde önemli iyileştirmeler sunmaktadır. Ancak, çıktı kalitesinin istenilen seviyede olup olmadığı sorusu güncelliğini korumaktadır. Dolayısıyla, optimum üretim parametrelerinin elde edilmesi çıktı kalitesini artırmak adına oldukça önemlidir. Bu çalışmada, Seçici Lazer Ergitme (SLM) yöntemiyle üretilmiş Ti6Al4V alaşımının farklı proses parametreleri kullanılarak bir dizi deney gerçekleştirilmiştir. Böylece, dört farklı parametre ve seviyelerinin yüzey kalitesi üzerindeki etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Yüzey kalitesinin analizi sırasında ortalama yüzey pürüzlülüğü (Ra) çıktı parametresi olarak belirlenmiştir. Deney tasarımı, Taguchi L16 dikey dizini kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Proses parametrelerinin sonuç üzerindeki etkisini göstermek için ANOVA analizi yapılmıştır. Deney sonuçlarının analiziyle birlikte en iyi yüzey pürüzlülüğü değerinin 75 µm lazer odak çapı, 60 µm tarama mesafesi, 150 mm/s tarama hızı ve 250 W lazer gücü kombinasyonundan elde edildiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Eklemeli imalat, Seçici lazer ergitme, Ti6Al4V, Taguchi metodu, Yüzey kalitesi

Proje Numarası

FYL-2021-11339

Kaynakça

• [1] Bayrak, Ö. (2013). Plazma oksitleme işleminin Ti6Al7Nb ve Ti45Nb alaşimlarinin tribolojik, elektrokimyasal ve biyouyumluluk özelliklerine etkisi. Doktora tezi, Makine Mühendisliği Bölümü, Atatürk Üniversitesi, Erzurum.
• [2] Bean, G. E., Witkin, D. B., McLouth, T. D., Patel, D. N., & Zaldivar, R. J. (2018). Effect of laser focus shift on surface quality and density of Inconel 718 parts produced via selective laser melting. Additive Manufacturing, 22, 207–215. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.04.024
• [3] Çeli̇k, K., & Özkan, A. (2017). Eklemeli imalat yöntemleri ile üretim ve onarım uygulamaları. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5(1), 107–121.
• [4] Çelik, Y. H., & Kılıçkap, E. (2018). Titanyum ve alaşımlarının işlenmesinde karşılaşılan zorlukların araştırılması: Derleme. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6(1), 163–175. https://doi.org/10.29109/http-gujsc-gazi-edu-tr.333494
• [5] Eyzat, Y., Chemkhi, M., Portella, Q., Gardan, J., Remond, J., & Retraint, D. (2019). Characterization and mechanical properties of as-built SLM Ti-6Al-4V subjected to surface mechanical post-treatment. Procedia CIRP, 81, 1225–1229. https://doi.org/10.1016/j.procir.2019.03.298
• [6] Güner, Ç. (2019). Ti-6Al-4V Sacların mikroyapı değişimi ve geri yaylanma davranışının incelenmesi. Yüksek lisans tezi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü, Bursa Uludağ Üniversitesi, Bursa.
• [7] Günther, J., Leuders, S., Koppa, P., Tröster, T., Henkel, S., Biermann, H., & Niendorf, T. (2018). On the effect of internal channels and surface roughness on the high-cycle fatigue performance of Ti-6Al-4V processed by SLM. Materials & Design, 143, 1–11. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.01.042
• [8] Huang, R., Riddle, M., Graziano, D., Warren, J., Das, S., Nimbalkar, S., Cresko, J., & Masanet, E. (2016). Energy and emissions saving potential of additive manufacturing: the case of lightweight aircraft components. Journal of Cleaner Production, 135, 1559–1570. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.04.109
• [9] İşler, Ö. (2017). Titanyum ve alaşımlarının elektrokimyasal davranişları. Yüksek lisans tezi, Kimya Bölümü, Çukurova Üniversitesi, Adana.
• [10] Kaya, M. (2021). Eklemeli imalat ile üretilen inconel 718 parçalarinin ezerek parlatma yöntemiyle yüzey iyileştirme sürecinin modellenmesi ve deneysel doğrulanmasi. Yüksek lisans tezi, Makine Mühendisliği Bölümü, Marmara Üniversitesi, İstanbul.
• [11] Kıvak, T. (2014). Optimization of surface roughness and flank wear using the Taguchi method in milling of Hadfield steel with PVD and CVD coated inserts. Measurement, 50(1), 19–28. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2013.12.017
• [12] Koç, O. O. (2021). Eklemeli üretim yöntemiyle üretilen parçalarin farkli yazdirma parametrelerinin akustik özelliklere etkisinin incelenmesi. Yüksek lisans tesi, Makine Mühendisliği Bölümü Necmettin Erbakan Üniversitesi, Konya.
• [13] Kong, C.-J., Tuck, C. J., Ashcroft, I. A., Wildman, R. D., & Hague, R. (2011). High density Ti6Al4V via slim processing: microstructure and mechanical properties. 2011 International Solid Freeform Fabrication Symposium. https://repositories.lib.utexas.edu/handle/2152/88370
• [14] Koutiri, I., Pessard, E., Peyre, P., Amlou, O., & De Terris, T. (2018). Influence of SLM process parameters on the surface finish, porosity rate and fatigue behavior of as-built Inconel 625 parts. Journal of Materials Processing Technology, 255, 536–546. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.12.043
• [15] Król, M., & Tański, T. (2016). Surface quality research for selective Laser melting of Ti-6Al-4V alloy. Archives of Metallurgy and Materials, 61(3), 1291–1296. https://doi.org/10.1515/amm-2016-0213
• [16] Li, Y., Yang, H., Lin, X., Huang, W., Li, J., & Zhou, Y. (2003). The influences of processing parameters on forming characterizations during laser rapid forming. Materials Science and Engineering: A, 360(1–2), 18–25. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00435-0
• [17] Liu, S., & Shin, Y. C. (2019). Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: A review. Materials & Design, 164, 107552. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.107552
• [18] Maamoun, A., Xue, Y., Elbestawi, M., & Veldhuis, S. (2018). Effect of selective laser melting process parameters on the quality of Al alloy parts: powder characterization, density, surface roughness, and dimensional accuracy. Materials, 11(12), 2343. https://doi.org/10.3390/ma11122343
• [19] Memu, F. (2019). Katmanli imalat yöntemiyle üretilmiş Ti-6Al-4V alaşiminin mekanik özelliklerinin incelenmesi. Yüksek lisans tezi, Makine mühendisliği Bölümü, TOBB Ekonomi Ve Teknoloji Üniversitesi, Ankara.
• [20] Mumtaz, K. A., & Hopkinson, N. (2010). Selective laser melting of thin wall parts using pulse shaping. Journal of Materials Processing Technology, 210(2), 279–287. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.09.011
• [21] Özer, G. (2020). Eklemeli üretim teknolojileri üzerine bir derleme. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 9(1), 606–621. https://doi.org/10.28948/ngumuh.626011
• [22] Pişken, B. (2007). Titanyum ve alaşimlarinin termal oksdasyon özelliklerine tin kaplamanin etklerinin incelenmesi. Yüksek lisans tezi, Meteoroloji Mühendisliği Bölümü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.
• [23] Popovich, A., Sufiiarov, V., Borisov, E., & Polozov, I. (2015). Microstructure and Mechanical Properties of Ti-6Al-4V Manufactured by SLM. Key Engineering Materials, 651–653, 677–682. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.651-653.677
• [24] Poyraz, Ö. (2018). Metallerin lazer katmanlı imalatında kullanılan proses parametrelerinin etkisinin, modelleme ve simülasyon yöntemleri kullanılarak incelenmesi. Doktota tezi, Makine Mühendisliği Bölümü, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir.
• [25] Prasad, A. V. S. R., Ramji, K., & Datta, G. L. (2014). An experimental study of wire EDM on Ti-6Al-4V Alloy. Procedia Materials Science, 5, 2567–2576. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.517
• [26] Rafi, H. K., Karthik, N. V., Gong, H., Starr, T. L., & Stucker, B. E. (2013). Microstructures and mechanical properties of Ti6Al4V parts fabricated by selective laser melting and electron beam melting. Journal of Materials Engineering and Performance, 22(12), 3872–3883. https://doi.org/10.1007/s11665-013-0658-0
• [27] Roudnicka, M., Bigas, J., & Vojtech, D. (2020). Tuning porosity and mechanical properties of Ti6Al4V alloy additively manufactured by SLM. Key Engineering Materials, 865, 1–5. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.865.1
• [28] Sadali, M. F., Hassan, M. Z., Ahmad, F., Yahaya, H., & Rasid, Z. A. (2020). Influence of selective laser melting scanning speed parameter on the surface morphology, surface roughness, and micropores for manufactured Ti6Al4V parts. Journal of Materials Research, 35(15), 2025–2035. https://doi.org/10.1557/jmr.2020.84
• [29] Sangwan, K. S., Saxena, S., & Kant, G. (2015). Optimization of Machining Parameters to Minimize Surface Roughness using Integrated ANN-GA Approach. Procedia CIRP, 29, 305–310. https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.02.002
• [30] Shi, X., Ma, S., Liu, C., Chen, C., Wu, Q., Chen, X., & Lu, J. (2016). Performance of high layer thickness in selective laser melting of Ti6Al4V. Materials, 9(12), 975. https://doi.org/10.3390/ma9120975
• [31] Simonelli, M., Tse, Y. Y., & Tuck, C. (2012). Microstructure of Ti-6Al-4V produced by selective laser melting. Journal of Physics: Conference Series, 371, 1–5. https://doi.org/10.1088/1742-6596/371/1/012084
• [32] Simonelli, M., Tse, Y. Y., & Tuck, C. (2014). Effect of the build orientation on the mechanical properties and fracture modes of SLM Ti–6Al–4V. Materials Science and Engineering: A, 616, 1–11. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.07.086
• [33] Solakoğlu, E. U. (2018). Lazerle metal toz ergitme (SLM) prosesi sonrası proses parametrelerinin yüzey kalitesine olan etkisinin incelenmesi. Yüksek lisans tezi, Makine Mühendisliği Bölümü, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir.
• [34] Song, B., Dong, S., Liao, H., & Coddet, C. (2012). Process parameter selection for selective laser melting of Ti6Al4V based on temperature distribution simulation and experimental sintering. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 61(9–12), 967–974. https://doi.org/10.1007/s00170-011-3776-6
• [35] Taftalı, M. (2018). Seçici lazer ergitme (SLM) yöntemi kullanilarak farkli yüzey geometrilerinde üretilmiş metal destekli dental seramik alt yapilarin statik ve dinamik davranişlarinin belirlenmesi. Yüksek lisans tezi, Makine Mühendisliği Bölümü, Erzurum Teknik Üniversitesi, Erzurum.
• [36] Toptan, F., Alves, A. C., Carvalho, Ó., Bartolomeu, F., Pinto, A. M. P., Silva, F., & Miranda, G. (2019). Corrosion and tribocorrosion behaviour of Ti6Al4V produced by selective laser melting and hot pressing in comparison with the commercial alloy. Journal of Materials Processing Technology, 266, 239–245. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.11.008
• [37] Wang, Z., Xiao, Z., Tse, Y., Huang, C., & Zhang, W. (2019). Optimization of processing parameters and establishment of a relationship between microstructure and mechanical properties of SLM titanium alloy. Optics & Laser Technology, 112, 159–167. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.11.014
• [38] Yadroitsev, I., & Smurov, I. (2011). Surface morphology in selective laser melting of metal powders. Physics Procedia, 12(1), 264–270. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.034