THERMO-MECHANICAL ANALYSIS IN DIRECTED ENERGY DEPOSITION (DED) METHOD: PREDICTION OF DISTORTION AND RESIDUAL STRESSES

Büşra Aslan Çiğir; Oğuzhan Yılmaz

Article Details

THERMO-MECHANICAL ANALYSIS IN DIRECTED ENERGY DEPOSITION (DED) METHOD: PREDICTION OF DISTORTION AND RESIDUAL STRESSES

Authors:

Büşra Aslan Çiğir | Oğuzhan Yılmaz

Publisher:

Sivas Cumhuriyet University

Main Topics:

Makine Mühendisliğinde Sayısal Yöntemler | Malzeme Tasarım ve Davranışları | Sayısal Modelleme ve Mekanik Karakterizasyon | Katmanlı Üretim

Journal:

Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi Vol.3 Issue 1, pp.55-63

Document Type:

Article

Publication Date:

6/2025

Document Language:

English

Document ID (Org No.):

2001353118

pISSN:

3023-7203

Keywords:

Abstract:

 Directed Energy Deposition DED is a metal additive manufacturing method that enables the production of complex geometries by melting and depositing material layer by layer using an energy source such as a laser, electron beam, or arc. However, the high temperature gradients that occur during the process can lead to residual stresses and distortions, which may negatively affect the mechanical properties of the fabricated parts. In this study, a thermo-mechanical finite element model was developed to predict the temperature distribution, distortions, and residual stresses during the DED process. Simulations were performed using Abaqus software. The results show that the highest distortions occur in the initial layers due to rapid heating and cooling. This study provides insights for optimizing manufacturing parameters to improve production quality and enhance material properties during the DED process. Future work may include advanced fluid dynamic effects such as Marangoni flow, buoyancy force, and recoil pressure to improve the accuracy of the model.

 Directed Energy Deposition DED is a metal additive manufacturing method that enables the production of complex geometries by melting and depositing material layer by layer using an energy source such as a laser, electron beam, or arc. However, the high temperature gradients that occur during the process can lead to residual stresses and distortions, which may negatively affect the mechanical properties of the fabricated parts. In this study, a thermo-mechanical finite element model was developed to predict the temperature distribution, distortions, and residual stresses during the DED process. Simulations were performed using Abaqus software. The results show that the highest distortions occur in the initial layers due to rapid heating and cooling. This study provides insights for optimizing manufacturing parameters to improve production quality and enhance material properties during the DED process. Future work may include advanced fluid dynamic effects such as Marangoni flow, buoyancy force, and recoil pressure to improve the accuracy of the model.

 Directed Energy Deposition DED is a metal additive manufacturing method that enables the production of complex geometries by melting and depositing material layer by layer using an energy source such as a laser, electron beam, or arc. However, the high temperature gradients that occur during the process can lead to residual stresses and distortions, which may negatively affect the mechanical properties of the fabricated parts. In this study, a thermo-mechanical finite element model was developed to predict the temperature distribution, distortions, and residual stresses during the DED process. Simulations were performed using Abaqus software. The results show that the highest distortions occur in the initial layers due to rapid heating and cooling. This study provides insights for optimizing manufacturing parameters to improve production quality and enhance material properties during the DED process. Future work may include advanced fluid dynamic effects such as Marangoni flow, buoyancy force, and recoil pressure to improve the accuracy of the model.

 Yönlendirilmiş Enerji Yığma YEY, malzemenin lazer, elektron ışını ve ark gibi bir enerji kaynağı ile malzemeyi ergiterek katmanlar halinde biriktirilmesiyle karmaşık geometrilerin üretimine imkan sağlayan bir metal eklemeli imalat yöntemidir. Ancak, üretim esnasında oluşan yüksek sıcaklık gradyanları, artık gerilmeler ve çarpılmalara yol açarak üretilen parçaların mekanik özelliklerini olumsuz etkileyebilir. Bu çalışmada, YEY sürecindeki sıcaklık dağılımını, çarpılmaları ve artık gerilmeleri tahmin etmek amacıyla bir termo-mekanik sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak bir sayısal model geliştirilmiştir. Abaqus yazılımı kullanılarak simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Bulgular, ilk katmanlarda hızlı ısıtma ve soğutmadan kaynaklanan en yüksek çarpılmalara neden olduğunu göstermektedir. Bu çalışma, YEY üretim esnasında, üretim kalitesini artırmak ve malzeme özelliklerini iyileştirmek için üretim parametrelerinin optimize edilmesine yönelik bilgiler sunmaktadır. Gelecekteki çalışmalar, model doğruluğunu artırmak için Marangoni, kaldırma kuvveti ve geri tepme basıncı gibi ileri akışkan dinamiği etkilerini içerebilir.

Article Details

THERMO-MECHANICAL ANALYSIS IN DIRECTED ENERGY DEPOSITION (DED) METHOD: PREDICTION OF DISTORTION AND RESIDUAL STRESSES

Authors:

Büşra Aslan Çiğir | Oğuzhan Yılmaz

Publisher:

Sivas Cumhuriyet University

Main Topics:

Makine Mühendisliğinde Sayısal Yöntemler | Malzeme Tasarım ve Davranışları | Sayısal Modelleme ve Mekanik Karakterizasyon | Katmanlı Üretim

Journal:

Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi Vol.3 Issue 1, pp.55-63

Document Type:

Article

Publication Date:

6/2025

Document Language:

English

Document ID (Org No.):

2001353118

pISSN:

3023-7203

Residual Stress

Distortion Prediction

Additive Manufacturing

Finite Element Method (FEM)

Thermo-Mechanical Analysis

Directed Energy Deposition (DED)Artık Gerilme

Çarpılma Tahmini

Eklemeli İmalat

Sonlu Elemanlar Yöntemi

Termo-Mekanik Analiz

Yönlendirilmiş Enerji Yığma

Issues

Article Details

Authors: Büşra Aslan Çiğir | Oğuzhan Yılmaz

Publisher: Sivas Cumhuriyet University

Main Topics: Makine Mühendisliğinde Sayısal Yöntemler | Malzeme Tasarım ve Davranışları | Sayısal Modelleme ve Mekanik Karakterizasyon | Katmanlı Üretim

Journal: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi Vol.3 Issue 1, pp.55-63

Document Type: Article

Publication Date: 6/2025

Document Language: English

Document ID (Org No.): 2001353118

pISSN: 3023-7203

Issues

Authors:

Büşra Aslan Çiğir | Oğuzhan Yılmaz

Publisher:

Sivas Cumhuriyet University

Main Topics:

Makine Mühendisliğinde Sayısal Yöntemler | Malzeme Tasarım ve Davranışları | Sayısal Modelleme ve Mekanik Karakterizasyon | Katmanlı Üretim

Journal:

Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi Vol.3 Issue 1, pp.55-63

Document Type:

Article

Publication Date:

6/2025

Document Language:

English

Document ID (Org No.):

2001353118

pISSN:

3023-7203