Bir endüstriyel robot tutucu parmağının üretken tasarım (generative design) yöntemi ile tasarım araştırması, sonlu elemanlar yöntemi ile doğrulanması ve optimize edilmiş karbon takviyeli fiber filament kullanılarak eriyik yığma modellemesi (FDM) yöntemiyle üretilmesi

Abstract

Robot tutucuları endüstri çok çeşitli alanlarda kendilerine kullanım alanı bulmaktadırlar. Yine tutucu tasarımı ve seçimi robotik uygulamalarda önemli bir husus olmaktadır. Daha hafif ve dayanımı daha yüksek tutucu tasarımları istenmektedir. Böylece hem dinamik uygulamalar hemde daha küçük component seçimleri yapılabilmektedir. Bu ürünlerin, daha çok ürüne özel tasarlanması ve üretilmesi performansları açısından önemlidir. Fakat klasik plastik enjeksiyon kalıplama tekniği ile üretilmelerinde işe özgü ürün elde etmek imkansızdır. Müşterilerin beklediği ürüne göre tutucunun geliştirilmesi ve üretilmesi elzemdir. Bu amaçla yapılan bu çalışmada yeni nesil kompozit filament malzemesi olan karbon fiber takviyeli poliamid ile yine yenilikçi tasarım tekniği olan Generative Design tekniği ile bir robot tutucu geliştirilmiştir. Çalışmada ilk olarak kullanılan malzemenin karakterizasyonu ve optimizasyonu yapılmıştır. Baskı parametrelerine göre üretilen standart numunelerin çekme mukavemetleri ve kırılma mekaniği incelenmiş, Taguchi deneysel tasarım tekliği optimize edilmiştir. Yine faktör analizi için ANOVA analizi yapılmıştır. Seçilen optimal parametreler ile Generative Design tekniği kullanılarak optimal geometriler elde edilmiştir. Elde edilen geometriler SLS ve FDM tekniği üretilmiş ve teste tabi tutulmuştur. Ayrıca geometriler Sonlu Elemanlar Analizi (FEA) ile nümerik analize yapılmış ve test sonuçlarıyla kıyaslanmıştır. Sonuç olarak mevcut endüstriyel ürünlerin geliştirilmesi, daha düşük malzeme ve maliyet ile üretilebilmeleri için bir method önerilmiştir.

Robot grippers find use in a wide variety of areas of industry. Again, gripper design and selection is an important issue in robotic applications. Lighter and more durable holder designs are desired. Thus, both dynamic applications and smaller component selections can be made. It is important for these products to be designed and produced more specifically for the product in terms of their performance. However, it is impossible to obtain a specific product when produced using the classical plastic injection molding technique. It is essential to develop and produce the holder according to the product that customers expect. In this study carried out for this purpose, a robot gripper was developed with carbon fiber reinforced polyamide, a new generation composite filament material, and the Generative Design technique, which is also an innovative design technique. Firstly, the characterization and optimization of the material used in the study was carried out. Tensile strength and fracture mechanics of standard samples produced according to printing parameters were examined, and Taguchi experimental design uniqueness was optimized. Again, ANOVA analysis was performed for factor analysis. Optimal geometries were obtained using the Generative Design technique with the selected optimal parameters. The resulting geometries were produced and tested using SLS and FDM techniques. In addition, the geometries were subjected to numerical analysis using Finite Element Analysis (FEA) and compared with the test results. As a result, a method has been proposed to improve existing industrial products and produce them with lower materials and costs.