Eklemeli imalat ile üretilen kafes yapılı bir uydu panelinin ısıl iletkenliğinin vakum ortamında incelenmesi / Ata Sarıçoban ; thesis advisor Recep Muhammet Görgülüarslan.

Tez (Yüksek Lisans)--TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Mart 2025.

Son yıllarda eklemeli imalat (Eİ) teknolojisi, uzay endüstrisinde yapısal alt sistemlerin tasarımında giderek daha fazla tercih edilmeye başlanmıştır. Geleneksel üretim yöntemleri, özellikle bal peteği yapılı sandviç panellerin üretimindeki yüksek işçilik maliyetleri, karmaşık kalite kontrol süreçleri ve hassas tolerans gereksinimleri gibi çeşitli zorluklar barındırmaktadır. Bu sınırlamaları aşmak amacıyla kullanılan Eİ, malzemeleri ardışık katmanlar halinde birleştirerek karmaşık geometrilere sahip hafif ve yüksek mukavemetli yapılar üretilmesine olanak tanımaktadır. Uzay yapısallarında Eİ'nin sağladığı tasarım esnekliği sayesinde, optimize edilmiş kafes yapılar geliştirilmekte ve bu sayede hem mekanik dayanım hem de ısıl performans açısından önemli iyileştirmeler sağlanmaktadır. Literatürde, Eİ ile üretilen ısı eşanjörleri, soğutucu yapılar ve ısı boruları gibi ısıl kontrol bileşenlerinin başarılı uygulamaları mevcuttur. Bu durum, Eİ'nin uzay sektöründe giderek yaygınlaşmasını desteklemekte ve uydu yapısal alt sistemlerinde önemli bir yenilik olarak değerlendirilmesini sağlamaktadır. Bu tez çalışması, uydu yapısal alt sisteminde kullanılmak üzere tasarlanan kafes yapılı sandviç panellerin ısıl iletkenliklerini analitik, sayısal ve deneysel yöntemlerle incelemeyi amaçlamaktadır. Çalışmada, farklı çubuk çaplarına sahip kafes yapılı panellerin ısıl iletkenlik performansları değerlendirilmiştir. Literatür taramasıyla, kafes yapılar için gerçekleştirilen çalışmalar incelenerek elde edilen bulgular doğrultusunda analitik, sayısal ve deneysel yöntemler kullanılarak analizler gerçekleştirilmiştir. Analitik ve sayısal yöntemlerden elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında, çubuk çapına göre %0,8 ile %6,3 arasında değişen farklılıklar gözlemlenmiştir. Bu farklılıklar, literatürde kabul edilen hata payları içinde kalmaktadır. Ayrıca, analizler kafes yapının çubuk çapı ile ısıl iletkenlik arasında doğru orantılı bir ilişki olduğunu ortaya koymuştur. Panel tasarımlarından en küçük çubuk çapına sahip olan panel bir metal Eİ yöntemi olan Seçici Lazer Ergitme (SLE) yöntemiyle üretilmiştir. Bu panel, uydu yapısal alt sisteminde kullanılmak üzere tasarlandığı için, uzay ortamını simüle etmek amacıyla vakum ortamında ısıl testlere tabi tutulmuştur. Deneysel sonuçlar, analitikhesaplamalardan maksimum %9'luk bir sapma göstermiştir. Bu sapma, test ortamındaki belirsizlikler ve üretim sürecindeki geometrik farklılıklar gibi etmenlerden kaynaklanmış olabileceği değerlendirilmiştir. Ayrıca, deneyde gözlemlenen panelin ısıl iletim davranışının bilgisayar ortamında simüle edilmesi amacıyla, deney düzeneğinin sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Bu model için gerçekleştirilen sayısal analizler sonucunda elde edilen sıcaklıklar ile deneysel ölçümler arasındaki farklar ± 1,5°C'lik ölçüm hassasiyeti içinde kalmıştır.

In recent years, additive manufacturing (AM) technology has widely been preferred in the design of structural subsystems within the space industry. Traditional manufacturing methods present various challenges, particularly in the production of honeycomb sandwich panels, including high labor costs, complex quality control processes, and stringent tolerance requirements. To overcome these limitations, AM enables the fabrication of lightweight and high-strength structures with complex geometries by sequentially joining material layer by layer. The design flexibility offered by AM in space structures facilitates the development of optimized lattice structures, leading to significant improvements in both mechanical strength and thermal performance. The literature includes successful applications of AM-fabricated thermal control components, such as heat exchangers, heat sinks, and heat pipes. This trend supports the increasing adoption of AM in the space sector and highlights its potential as a significant innovation in satellite structural subsystems. This thesis aims to investigate the thermal conductivity of lattice-core sandwich panels designed for satellite structural subsystem through analytical, numerical, and experimental methods. In this study, the thermal conductivity performance of lattice-core sandwichpanels with different strut diameters has been evaluated. A literature review was conducted, and based on the findings from studies on lattice structures, analyses were carried out using analytical, numerical, and experimental approaches. When comparing the results obtained from the analytical and numerical methods, differences ranging from 0.8% to 6.3% were observed as a function of the strut diameter. These differences stay within the error margins typically accepted in the literature. Additionally, the analyses revealed a directly proportional relationship between the strut diameter of the lattice structure and its thermal conductivity. Due to the high production and testing costs, only one of the designed panels was produced using the Selective Laser Melting (SLM), one of the metal AM technologies. Since this panel was designed for satellite structural subsystem, it was tested in a vacuum environment to simulate the space conditions. Experimental results showed a maximum difference of 9% from theoretical calculations. This difference is believed to be due to factors such as uncertainties in the test environment and geometric variations during the manufacturing process. Furthermore, to simulate the thermal behavior of the panel observed in the experiment, a finite element model of the experimental setup was created. The numerical analysis performed on this model resulted in temperature differences between the numerical predictions and experimental measurements, which generally stayed within a thermal uncertainty margin of ±1.5 °C.