Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU

Aydın, Dilara Selma; ÖZSOY, ARİF LÜTFİ; YILDIRIM, ÇAGRI VAKKAS

doi:10.46460/ijiea.1099019

Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU

Dilara Selma AYDIN, (Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri, Türkiye)

Arif Lütfi ÖZSOY, (Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri, Türkiye)

Çağrı Vakkas YILDIRIM (Erciyes Üniversitesi, Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi, Kayseri, Türkiye)

International Journal of Innovative Engineering Applications

21 8

Yıl: 2022 Cilt: 6 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 230 - 236 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.46460/ijiea.1099019 İndeks Tarihi: 30-03-2023

Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU

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 kombinasyonu kullanılarak 7.773 μm yüzey pürüzlük değeri elde edilmiştir.

Anahtar Kelime: Eklemeli imalat seçici lazer ergitme Ti6Al4V Taguchi metodu yüzey kalitesi

OPTIMIZATION OF PROCESS PARAMETERS USING TAGUCHI METHOD IN PRODUCTION OF Ti6Al4V ALLOY BY SLM METHOD

Öz:

The additive manufacturing method offers significant improvements in the production of parts with complex geometries, which are difficult or impossible to produce with traditional manufacturing methods. However, the question of whether the output quality is at the desired level remains up-to-date. Therefore, obtaining the optimum production parameters is very important in order to increase the output quality. In this study, a series of experiments were carried out using different process parameters of Ti6Al4V alloy produced by Selective Laser Melting (SLM) method. Thus, it is aimed to examine the effect of four different parameters and their levels on the surface quality. During the analysis of the surface quality, the average surface roughness (Ra) was determined as the output parameter. Experimental design was carried out using the Taguchi L16 vertical array. ANOVA analysis was performed to show the effect of process parameters on the result. With the analysis of the test results, a surface roughness value of 7.773 μm was obtained by using the combination of 75 μm laser focal diameter, 60 μm scanning distance, 150 mm/s scanning speed and 250 W laser power for the best surface roughness value.

Anahtar Kelime: Additive manufacturing selective laser melting surface quality Ti6Al4V Taguchi method

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

[1] Bayrak, Ö. (2013). Plazma oksitleme işleminin Ti6Al7Nb ve Ti45Nb alaşimlarinin tribolojik, elektrokimyasal ve biyouyumluluk özelliklerine etkisi. (Doctoral dissertation, Atatürk University).
[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.
[3] Çelı̇k, 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.
[5] Çevik Z. A., Özsoy K., Erçetin A. (2021). The Effect of Machining Process on The Pyhsical and Surface Morphology of Ti6Al4V Specimens Produced Through Powder Bed Fusion Additive Manufacturing” Int. J. of 3D Printing Tech. Dig. Ind., 5(2), 187-194.
[6] 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.
[7] Güner, Ç. (2019). Ti-6Al-4V Sacların mikroyapı değişimi ve geri yaylanma davranışının incelenmesi. (Master's dissertation, Bursa Uludag University).
[8] 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.
[9] 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.
[10] İşler, Ö. (2017). Titanyum ve alaşımlarının elektrokimyasal davranişları. (Master's dissertation, Cukurova University). [11] Kaya, M. (2021). Eklemeli imalat ile üretilen inconel 718 parçalarinin ezerek parlatma yöntemiyle yüzey iyileştirme sürecinin modellenmesi ve deneysel doğrulanmasi. (Master's dissertation, Marmara University).
[12] 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.
[13] Koç, O. O. (2021). Eklemeli üretim yöntemiyle üretilen parçalarin farkli yazdirma parametrelerinin akustik özelliklere etkisinin incelenmesi. (Master's dissertation, Necmettin Erbakan University).
[14] 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.
[15] 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.
[16] 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.
[17] 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.
[18] Liu, S., & Shin, Y. C. (2019). Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: A review. Materials & Design, 164, 107552.
[19] 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.
[20] Memu, F. (2019). Katmanli imalat yöntemiyle üretilmiş Ti- 6Al-4V alaşiminin mekanik özelliklerinin incelenmesi. (Master's dissertation, TOBB Economy and Technology University).
[21] 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.
[22] Özer, G. (2020). Eklemeli üretim teknolojileri üzerine bir derleme. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 9(1), 606–621.
[23] Pişken, B. (2007). Titanyum ve alaşimlarinin termal oksdasyon özelliklerine tin kaplamanin etklerinin incelenmesi. (Master's dissertation, Istanbul Technical University).
[24] 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.
[25] Poyraz, Ö. (2018). Metallerin lazer katmanlı imalatında kullanılan proses parametrelerinin etkisinin, modelleme ve simülasyon yöntemleri kullanılarak incelenmesi. (Doctoral dissertation, Eskisehir Osmangazi University).
[26] 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.
[27] 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.
[28] 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.
[29] 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.
[30] 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. [31] 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.
[32] 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.
[33] 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.
[34] Solakoğlu, E. U. (2018). Lazerle metal toz ergitme (SLM) prosesi sonrası proses parametrelerinin yüzey kalitesine olan etkisinin incelenmesi. (Master's dissertation, Eskisehir Osmangazi University).
[35] 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.
[36] Taftalı, M. (2018). Seçici lazer ergitme (SLM) yöntemi kullanilarak farkli yüzey geometrilerinde üretilmiş metal destekli dental seramik alt yapilarin statik ve dinamik davranişlarinin belirlenmesi. (Master's dissertation, Erzurum Technical University).
[37] 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.
[38] 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.
[39] Yadroitsev, I., & Smurov, I. (2011). Surface morphology in selective laser melting of metal powders. Physics Procedia, 12(1), 264–270.

APA	Aydın D, ÖZSOY A, YILDIRIM Ç (2022). Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU. , 230 - 236. 10.46460/ijiea.1099019
Chicago	Aydın Dilara Selma,ÖZSOY ARİF LÜTFİ,YILDIRIM ÇAGRI VAKKAS Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU. (2022): 230 - 236. 10.46460/ijiea.1099019
MLA	Aydın Dilara Selma,ÖZSOY ARİF LÜTFİ,YILDIRIM ÇAGRI VAKKAS Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU. , 2022, ss.230 - 236. 10.46460/ijiea.1099019
AMA	Aydın D,ÖZSOY A,YILDIRIM Ç Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU. . 2022; 230 - 236. 10.46460/ijiea.1099019
Vancouver	Aydın D,ÖZSOY A,YILDIRIM Ç Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU. . 2022; 230 - 236. 10.46460/ijiea.1099019
IEEE	Aydın D,ÖZSOY A,YILDIRIM Ç "Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU." , ss.230 - 236, 2022. 10.46460/ijiea.1099019
ISNAD	Aydın, Dilara Selma vd. "Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU". (2022), 230-236. https://doi.org/10.46460/ijiea.1099019

APA	Aydın D, ÖZSOY A, YILDIRIM Ç (2022). Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU. International Journal of Innovative Engineering Applications, 6(2), 230 - 236. 10.46460/ijiea.1099019
Chicago	Aydın Dilara Selma,ÖZSOY ARİF LÜTFİ,YILDIRIM ÇAGRI VAKKAS Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU. International Journal of Innovative Engineering Applications 6, no.2 (2022): 230 - 236. 10.46460/ijiea.1099019
MLA	Aydın Dilara Selma,ÖZSOY ARİF LÜTFİ,YILDIRIM ÇAGRI VAKKAS Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU. International Journal of Innovative Engineering Applications, vol.6, no.2, 2022, ss.230 - 236. 10.46460/ijiea.1099019
AMA	Aydın D,ÖZSOY A,YILDIRIM Ç Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU. International Journal of Innovative Engineering Applications. 2022; 6(2): 230 - 236. 10.46460/ijiea.1099019
Vancouver	Aydın D,ÖZSOY A,YILDIRIM Ç Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU. International Journal of Innovative Engineering Applications. 2022; 6(2): 230 - 236. 10.46460/ijiea.1099019
IEEE	Aydın D,ÖZSOY A,YILDIRIM Ç "Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU." International Journal of Innovative Engineering Applications, 6, ss.230 - 236, 2022. 10.46460/ijiea.1099019
ISNAD	Aydın, Dilara Selma vd. "Ti6Al4V ALAŞIMININ SLM YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİNDE TAGUCHİ METODU KULLANILARAK PROSES PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU". International Journal of Innovative Engineering Applications 6/2 (2022), 230-236. https://doi.org/10.46460/ijiea.1099019