3 boyutlu yazıcılarda topoloji ve kafes optimizasyonu ile bölgesel yoğunluk özelleştirme çalışması
Regional density customization with topology and lattice optimization in 3d printers
Yazar: MERT GÜLEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK KARAGÖZ
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde gelişen teknoloji ile geleneksel üretim yöntemlerinin yetersiz kaldığı durumlar oluşmaktadır. Özellikle endüstri 4.0 ve ilerleyen teknolojik gelişmeleri de düşünecek olursak eklemeli imalat oldukça önemli hale gelmiştir. Eklemeli imalat olarak birçok farklı üretim yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemler de başta havacılık olmak üzere biyomedikal, otomotiv, inşaat gibi farklı alanlardaki ihtiyaçlara karşılamaktadır. Geleneksel üretim yöntemlerinin aksine, hızlı aksiyon alınarak karmaşık yapılar üretmek gerektiğinde eklemeli imalat yöntemlerine başvurulabilir.
Bu tez çalışmasında ev kullanıcıları tarafından da oldukça tercih edilen ve yaygınlaşan FDM (eriyik yığma) yöntemi kullanılmıştır. FDM üretim yönteminde iç yapı yoğunluğu bütün hacme etki edecek şekilde değiştirilebilmektedir. Çalışmanın amacı, FDM yöntemi ile üretilen parçaların dış yüzeyini değiştirmeden iç yapısını geliştirebilmek ve özelleştirebilmektir. Bu doğrultuda topoloji ve kafes optimizasyonu ile iç yapıyı değiştirmek amaçlanmıştır.
Model datası olarak araç kapı açma kolu kullanılmıştır. Model üzerinde kuvvet noktaları ve mesnetler simüle edilerek topoloji ve kafes optimizasyonu Altair Inspire programı ile analiz edilmiştir. Yapılan analizler sonucunda topoloji optimizasyonu, kafes optimizasyonu ve hibrit (kafes ve topoloji birlikte) optimizasyon türlerinin en iyi örnekleri alınarak çıktıları .stl formatında elde edilmiştir. Bu sonuçlar modelin iç yapı yoğunluğunu özelleştirebilmek için üretilmiştir.
Modelleri 3D yazıcıya aktarmak için ara yazılım olarak Bambu Lab Studio programı kullanılmıştır. Çekme test için modelleri oluştururken beş farklı model karşılaştırılmıştır. Bunlar; topoloji optimizasyonu modeli, kafes optimizasyonu modeli, hibrit model, nominal iç yoğunluğu tam dolu model ve nominal iç yoğunluğu %30 olan modelidir. Modeller Bambu Lab X1-Carbon 3D yazıcı ile PLA (Polilaktik asit) malzemeden üretilmiştir. 
Hangi modelin en iyi kuvvet/ağırlık oranına sahip olduğunu gözlemleyebilmek için fiziki olarak çekme testleri gerçekleştirilmiştir. Her bir modelden üç numunenin ortalaması hesaplanarak sonuçlar kayıt altına alınmıştır.
Yapılan testler ve analizler neticesinde topoloji optimizasyonu ile üretilen modelin en iyi kuvvet/ağırlık oranına sahip olduğu tespit edilmiştir. Topoloji optimizasyonun tam dolu parçaya göre %32 daha avantajlı olduğu görülmüş, ardından %22 ile kafes optimizasyonu ve %20 ile hibrit optimizasyon takip etmiştir.

Abstract:
Today, with the developing technology, there are cases where traditional production methods are insufficient. Especially if we think about Industry 4.0 and advancing technological developments, additive manufacturing has become very important. Many different production methods have been developed for additive manufacturing. These methods meet the needs of different fields such as biomedical, automotive, and construction, especially aviation. Unlike traditional production methods, additive manufacturing methods can be used when it is necessary to produce complex structures by taking rapid action.
In this thesis, the FDM (fused deposition modeling) method, which is also preferred and widespread by home users, was used. In the FDM production method, the internal structure density can be changed to affect the whole volume. The aim of the study is to be able to develop and customize the internal structure of the parts produced by the FDM method without changing the outer surface. In this direction, it is aimed to change the internal structure with topology and lattice optimization.
The vehicle door opening handle is used as model data. The force points and mesnets on the model were simulated and analyzed with the topology and lattice optimization Altair Inspire program. As a result of the analysis, topology optimization, lattice optimization, and hybrid (lattice and topology together) optimization types are the best examples, and their output is obtained in .stl format. These results are designed to customize the internal structure density of the model.
The Bamboo Lab Studio program was used as the intermediate software to transfer the models to the 3D printer. Five different models were compared when creating models for tensile testing. These are; the topology optimization model, lattice optimization model, hybrid model, nominal internal density full model, and nominal internal density of 30%. Models Bamboo Lab X1-Carbon is made of PLA (Polylactic acid) material with the 3D printer. 
Physical tensile tests were performed to observe which model had the best force/weight ratio. The results were recorded by calculating the average of three samples from each model.
As a result of the tests and analyses, it was determined that the model produced with topology optimization has the best force/weight ratio. Topology optimization was found to be 32% more advantageous than the density full model, followed by lattice optimization is 22%, and hybrid optimization is 20%.