Elektro kıvılcım biriktirme yöntemi ile WC esaslı kaplamanın paslanmaz çelik üzerine uygulaması için bir mekatronik sistem tasarımı
A mechatronic system design for the application of WC based coating on stainless steel using electro spark deposition method
Yazar: HASAN ESAT ÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ GÖKÇE
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Günümüzde Elektro Kıvılcım Biriktirme (ESD) sistemleri, otomotiv, tekstil, kimya, uzay, tıp, gıda ve askeri alanlardaki kullanımı giderek artmaktadır. Bununla birlikte ESD ile kaplama işlemleri manuel olarak yapılmakta ve bunun için el kuvveti kullanılmaktadır. Bu sebeple, kaplama sistemlerinin otomatik olarak yapılabilmesi için ileri teknoloji ekipmanlar ile donatılması ve çeşitli yardımcı sistemlerle birlikte kullanılmasının gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Bu ihtiyaçlara çözüm bulmak amacıyla bu tez çalışmasında paslanmaz çelik üzerinde Elektro Kıvılcım Biriktirme yöntemi ile otomatik kaplama yapabilmek için çok eksenli bir mekatronik sistem tasarımının uygulaması gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, bu sistem için iki farklı yardımcı tasarım belirlenmiş ve üretilmiştir. Bunlar; Z eksenindeki yaylı kaplama sistemi ve ağırlık denge kontrollü kuvvet ölçüm geri besleme sistemleridir. Geliştirilen sistemin katı modelleri tasarlanmış, tasarlanan modellerin üretimi gerçekleştirilmiş ve sisteme montajlanarak üç eksenli kaplama sistemi oluşturulmuştur. Bu sistemin kinematik analizleri yapılmış, X ve Y ekseni Mach3 kontrol kartı ve yazılımı ile kontrol edilmiştir. Z eksenindeki DC motor kontrolü ve yardımcı ağırlık ölçüm-denge sistemi için bir devre oluşturulmuş ve sistem kontrolü STM32F103 mikro denetleyicisi ile gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen üç eksenli sisteme HUYS (Kanada) şirketinden temin edilen ESD kaplama cihazı montajlanarak kaplama sistemi oluşturulmuştur. Geliştirilen sistemde AISI 304 paslanmaz çelik yüzeyine WC kaplaması gerçekleştirilmiştir. Paslanmaz çeliğin kaplanması sırasında bilgisayar kontrollü olarak 100 µF, 80V ve 80 Hz olarak belirlenen parametrede, P:50, I:.2, D:0,6 PID değerlerinde üç farklı kaplama deseninde otomatik kaplama işlemi gerçekleştirmiştir. Çalışma sonucunda ağırlık-denge analizleri, mikro ve makro yapı analizleri yapılmıştır. Çalışmalar sonucunda paslanmaz çelik yüzeylerin başarı ile istenilen 100 gram ağırlık kuvvet hassasiyetinde kaplandığı gözlemlenmiştir. Manuel kaplamaya göre sürekli zamanda daha fazla kaplama işleminin otomatik olarak yaptığı ve birim zamanda daha fazla verim sağlandığı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Today, Electro Spark Deposition (ESD) systems are increasingly used in automotive, textile, chemistry, space, medicine, food and military fields. However, ESD coating processes are performed manually and hand force is used for this. For this reason, it is necessary to equip the coating systems with advanced technology equipment and to be used with various auxiliary systems in order to make the coating systems automatically. In this thesis, in order to find solutions to these needs, a multi-axis mechatronic system design has been applied in order to make automatic coating on stainless steel by Electro Spark Deposition method. In addition, two different auxiliary designs were determined and produced for this system. These; Spring coating system and weight balance-controlled force measurement feedback systems in the Z axis. Solid models of the developed system were designed, the designed models were produced and assembled to the system and a three-axis coating system was created. Kinematic analysis of this system was made, X and Y axis were controlled by Mach3 control card and software. A circuit was created for the DC motor control and auxiliary weight measurement-balance system in the Z axis and the system control was carried out with the STM32F103 microcontroller. The coating system was created by mounting the ESD coating device supplied from HUYS (Canada) to the developed triaxial system. In the developed system, WC coating was applied to the surface of AISI 304 stainless steel. During the coating of stainless steel, computer controlled automatic coating process was carried out in three different coating patterns at P: 50, I: .2, D: 0.6 PID values at the parameter determined as 100 µF, 80V and 80 Hz. At the end of the study, weight-balance analysis, micro and macro structure analysis were made. As a result of the studies, it has been observed that the stainless-steel surfaces are successfully coated with the desired 100-gram weight strength sensitivity. It is concluded that more coating processes are performed automatically in continuous time compared to manual coating and more efficiency is obtained per unit time.