Eklemeli imalat ile farklı matrisli cam elyaf takviyeli filamentler kullanılarak üretim, karakterizasyon, optimizasyon ve üretken tasarım metodolojisi tabanlı bir endüstriyel uygulama

Abstract

Bu çalışmada, seri üretim olmayan ve uygulamaya özgü tasarlanıp üretilecek bir endüstriyel parçanın üretken tasarım yöntemi ile tasarlanması, eklemeli imalat yöntemiyle üretilmesi ve Taguchi yöntemi kullanarak üretim faktörlerinin ve seviyelerinin optimizasyonu amaçlanmıştır. Bir deneysel tasarım yöntemi olan Taguchi yönteminin L18 (2^1 3^6) ortogonal dizisi 8 faktör için uygulanmıştır ve deney numuneleri tasarlanmıştır. Tasarlanan bu deney numuneleri bir eklemeli imalat yöntemi olan ergiyik yığma modelleme tekniği ve ağırlıkça %30 cam elyaf takviyesi içeren poliamid filament kullanılarak 3B yazıcı ile üretilmiştir. Üretilen numunelerinin ağırlıkları hassas terazi ile ölçülmüştür, yüzey pürüzlülükleri optik mikroskop yardımıyla incelenmiştir. Üretilen numuneler için çekme deneyleri yapılarak mekanik özellikler incelenmiştir. Deney sonucu elde edilen değerler kullanılarak üretim faktörleri ve seviyeleri en iyi çekme gerilmesi değerini elde edebilmek için optimize edilmiştir. Optimize edilen üretim faktör ve seviyeleri için sonuçlar Minitab yazılımında öngörülmüş ve elde edilen bu mekanik özellikler AutoCAD Fusion 360 yazılımında malzemenin mekanik özelliği olarak tanıtılmıştır ve ergiyik yığma modellemesi, ayak üzerine gelen yükler, geometrik kısıtlar gözetilerek üretken tasarım yöntemiyle yeni tasarımlar bulut ortamında yapay zekâ yardımıyla itere edilmiştir ve yeni geometriler elde edilmiştir. Elde edilen bu tasarımın FEA yöntemiyle Solidworks Simulation ortamında benzeşimleri yapılarak von-Mises gerilimleri ve yer değiştirme miktarları incelenmiştir. Üretken tasarım yöntemi ile tasarlanan geometrinin hacminin mevcut endüstriyel parçadan %61.26 daha küçük olduğu görülmüştür ve bu yöntemle daha az malzeme sarfiyatı sunan yeni tasarımların elde edilebileceği ve bu yeni tasarımların ise üretilerek işlevsel bir şekilde kullanılabileceği görülmüştür.

This study aims to design an industrial part, which is not mass-produced and is specifically designed for a particular application, using the generative design method, to produce it using additive manufacturing, and to optimize the manufacturing factors and levels using the Taguchi method. The L18 (2^1 3^6) orthogonal array of Taguchi, was applied for 8 factors and experimental specimens were designed. These designed specimens were produced by 3D printer using an additive manufacturing technique of melt stacking modelling and polyamide filament containing 30 wt% glass fibre reinforcement. The weights of the fabricated specimens were measured with a precision balance and the surface roughness was analysed with the help of an optical microscope. Tensile tests were performed for the produced samples and mechanical properties were analysed. The production factors and levels were optimised to obtain the best tensile stress value by using the values obtained from the experiments. The results for the optimised production factors and levels were predicted in Minitab software and these mechanical properties were introduced as mechanical properties of the material in AutoCAD Fusion 360 software and new designs were iterated with the help of artificial intelligence in the cloud environment with the generative design method by considering the melt masonry modelling, loads on the foot, geometric constraints and new geometries were obtained. Simulations of this design were performed using the FEA method in the SolidWorks Simulation, and the von-Mises stresses and displacement values were analysed. It was observed that the geometry designed using the generative design method is 61.26% smaller in volume than the existing industrial part. This shows that this method can create new designs that use less material, and these designs can be produced and used functionally.