Endüstriyel ahşap ürün tasarımında CNC lazerle üretim parametrelerinin araştırılması ve uygulanması
Investigation and application of CNC laser production parameters in industrial wood product design
Yazar: CEBRAİL AÇIK
Danışman: PROF. DR. AHMET TUTUŞ
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Endüstri Ürünleri Tasarımı = Industrial Design
Dizin: Ahşap işçiliği = Wood workmanship ; Ağaç işleri = Woodworking ; Bilgisayarlı sayısal denetim = Computer numerical control ; Endüstriyel tasarım = Industrial design

Özet:
Bu çalışmada, CNC lazerle üretime yönelik tasarlanan ahşap ürünlerin, tasarım aşamasında uygulanacak üretim parametreleri incelenmiştir. Bu amaçla değişik işlem parametreleri uygulanarak, farklı malzeme özelliklerinin lazer işlemeye etkisi araştırılmıştır. Araştırmalar sonucunda elde edilen verilerin, CNC lazerle üretime yönelik endüstriyel ahşap ürün tasarımında uygulanması açıklanmıştır.
Ahşap masif ve kompozit malzemelere, 130 watt'lık karbondioksit gazlı cam tüplü CNC lazer makinesinde, farklı oranlarda lazer işlem gücü ve hızı uygulanarak, kesim ve kazıma işlemi yapılmıştır. Farklı türde ahşap masif malzemelerin radyal, teğet ve enine yönünün lazer işlemeye etkisi, lif levhalarda yoğunluk farkının lazer işlemeye etkisi, farklı tür ve özellikte lif levha yüzey kaplama malzemelerinin lazer işlemeye etkisi, farklı türde kontrplakların lazer işlemeye etkisi incelenmiştir. Ayrıca ahşap masif malzemelerin, farklı rutubet düzeylerinin lazer kesime etkisi, farklı anatomik yapılarının lazer işlemeye etkisi, lazer kesim ve testereyle kesimin yüzey pürüzlülüğüne ve yapışma direncine etkisi araştırılmıştır. Elde edilen verilerin optimizasyonu yapılmış, endüstriyel ahşap ürün tasarım ve üretimindeki işlem basamakları açıklanmış, örnek uygulamalar yapılmıştır.
Sonuç olarak, ahşap masif malzemelerin kesiş yönü farkının lazer işleme kabiliyetini etkilemesi her bir masif türünde farklılık gösterdiği, yıllık halka yapı farklılıklarının öz, öz odun ve diri odun anatomik kısımlarına göre lazer işlemede daha etkili olduğu, hücre çeperinde bulunan suyun lazer kesimi etkilemediği, hücre lümenindeki suyun ise olumsuz etkilediği belirlenmiştir. Lazer kesim hızının yüzey pürüzlülüğünü olumsuz, yapışma direncini ise olumlu etkilediği, testereyle kesimin lazer kesime göre liflere paralel yönde yüzey pürüzlülüğünü artırdığı, dik yönde ise düşürdüğü, yapışma direncini olumlu etkilediği belirlenmiştir. Ayrıca ahşap masif ve kompozit malzemelerin yoğunluğunun lazer işlemeyi olumsuz etkilediği, koyu renk ve mat yüzeyli lif levha yüzey kaplama malzemelerinin, açık renk ve parlak yüzeyli olanlardan lazerle daha iyi işlendiği, kavak ve kayın kontrplağın, huş kontrplaktan lazerle işlemeye daha uygun olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this study, the production parameters to be applied in the design phase of wooden products designed for CNC laser production were examined. For this purpose, the effect of various material properties on laser processing was investigated by applying different process parameters. The application of the data obtained from the study in industrial wood product design for CNC laser production is explained.
Cutting and engraving process was carried out by applying laser processing power and speed at different rates to solid wood and composite materials in a CNC laser machine with a 130-watt carbon dioxide gas glass tube. The effects of radial, tangential and transverse direction of different types of solid wood materials, density difference in fiberboards, different types and properties of fiberboard surface coating materials and different types of plywood on laser processing were investigated. In addition, the effect of different moisture levels on laser cutting of solid wood materials, the effect of different anatomical structures on laser processing, the effect of laser cutting and sawing on the surface roughness and adhesion resistance were investigated. The data obtained were optimized, the process steps in the design and production of industrial wood products were explained, and sample experiments were made.
As a result, it has been determined that the difference in the shear direction of solid wood materials affects the laser processing ability and differs in each solid type, annual ring structure differences are more effective in laser processing than the anatomical parts of pith, heartwood and sapwood and the water in the cell wall did not affect the laser cutting, while the water in the cell lumen negatively affected it. It has been observed that the laser cutting speed affects the surface roughness negatively and the adhesion resistance positively, and saw cutting increases the surface roughness in the direction parallel to the fibers, decreases it in the vertical direction, and positively affects the adhesion resistance compared to laser cutting. In addition, the density of solid wood and composite materials adversely affected laser processing. It has been determined that dark colored and matte surface fiberboard surface coating materials are better laser processed than light colored and glossy surfaces. It was concluded that poplar and beech plywood are more suitable for laser processing than birch plywood.