Lazerli doğrudan metal parça imalatı sisteminin geliştirilmesi, üretilen parça özelliklerinin incelenmesi ve sistemin optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada lazerli metal yığma yöntemi kullanılarak lazerli doğrudan metal parça imalatı prosesini gerçekleştiren bir sistem tasarlanıp geliştirilmiştir. Lazerli metal yığma prosesini etkileyen çok sayıda değişken mevcuttur. Bu değişkenlerden bazıları kullanılarak proses optimizasyonu yapılmıştır. Bunlar lazer ışını odak uzaklığı, spot çapı, nozul-atlık arası uzaklık, argon gazı debisi, lazer ilerleme hızı, paso genişliği, paso derinliği ve toz besleme miktarıdır. Yapılan deneysel çalışmalarda yığın genişliği, yığın yüksekliği, yığın ağırlığı, toplam yığın yüksekliği, paso genişliği ve derinliği ile ilgili durumlar gibi bazı sonuçlar irdelenmiştir. Toz hızlarını ölçmek ve farklı kombinasyonlarda gösterdiği davranışları gözlemleyebilmek için hızlı kayıt kamerası kullanılmıştır. Oluşturulan parçaların çeşitli kesitleri alınarak mikroyapıları incelenmiş ve mikrosertik testleri gerçekleştirilmiştir.Optimizasyon işleminde lazerli metal yığma yöntemi ile elde edilen yapının minimum boyutlarda olması hedeflenmiştir. Küçük ölçülerde yığın büyüklüğü minimum spot büyüklüğü, büyük nozul-altlık aralığı, yüksek gaz debisi, yüksek ilerleme hızları ile oluşan kombinasyonlar kullanılarak elde edilmiştir.Genelde, yığının mikro yapısında proses yönüne doğru yönlenmiş kolonsal tane büyümesi gözlenmiştir. Yığının altlığa yakın bölgelerinde küçük ve kolonsal tanelerin, altlığa uzak bölgelerinde ise büyük ve eş eksenli tanelerin oluştuğu gözlenmiştir.Mikrosertlik testlerinde yavaş katılaşma hızından dolayı çok katlı oluşturulan yapıların üst kısımlarındaki sertliğin diğer kısımlara nazaran daha düşük olduğu gözlenmiştir.Düşük paso genişliği imal edilen parça yapısında yüksek yoğunluğu sağlamaktadır. Gereğinden büyük paso genişlikleri ise parça içerisinde boşlukların ve çeşitli hataların oluşmasına yol açmaktadır.

In this study, a laser assisted direct metal part fabrication system has been designed and developed by using laser metal deposition method. There are various variables affecting the processing of laser metal deposition process. Process optimization has been done using some of the variables. These are focal distance of laser beam spot, spot diameter, nozzle-substrate distance, argon gas feed rate, laser travel speed, step over, step depth, powder feed rate. Some results have been observed such as clad width, clad height, clad weight, total clad height and situations about step over and step depth while some examinations were processed. High speed camera is used to measure the speed of powder and to observe behavior of powder feed for different combinations. Microstructure examinations and micro-hardness testing of fabricated parts have been processed taking some cross-sections of the samples.It is aimed that costructing the parts that have minimum sized dimensions fabricating by laser metal deposition method in the optimization process. Minimum clad size can be obtained by using minimum size spot diameter, larger nozzle-substrate distance, higher gas feed rate, higher laser travel speed combinations.Generally, columnar grain growth in the direction of the processing has been monitored in the microstructure of the clad. It has been observed that small and columnar grain growth in the region nearest the substrate and large and equiaxed grain growth in the region far from the substrate in the clad.Hardness of the upper region is lower than the other regions of the multi layered structure has been noticed in the examination of micro-hardness testing because of lower solidification speed at the top region of the structure.Lower step over values supply high density of manufactured part structure. Higher step over values cause gaps and various defects of manufactured parts.