Eklemeli imalat yöntemleri ile üretilecek parçaların malzeme seçimi ve tasarım eniyilemesine yönelik bir yaklaşımın geliştirilmesi
Developing an approach for material selection and design optimization of parts to be produced by additive manufacturing methods
Yazar: MUHAMMED AKAY
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YURDAKUL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Malzemelerin katmanlar halinde birleştirilmesi yoluyla üretim imkanı sunan eklemeli imalat başlangıçta hızlı prototipleme metodu olarak ortaya çıkmıştır. Eklemeli imalat, kullanıcılara sunduğu üstün imalat kabiliyetleri sayesinde geleneksel metotlar ile üretimi mümkün olmayan veya zor ve maliyetli olan parça geometrilerinin üretimini mümkün kılmıştır. Eklemeli imalat teknolojisinin etkin şekilde kullanılabilmesi ve yaygınlaşabilmesi için teknolojiye yönelik ürünlerin malzeme seçimi, ürün ve tasarım mantalitesi noktasında ön görü ve bakış açısına sahip olunmalıdır. Bu kapsamda, eklemeli imalat teknolojileri ile üretilecek parçaların malzeme seçimi ve üretilebilir tasarım geometrilerinin oluşturulması gibi konularda kullanıcıları yönlendirecek bir rehber ihtiyacı söz konusudur. Bu tez çalışmasında veri tabanında eklemeli imalat proseslerinde kullanılan 46 ana malzeme grubundan 401 farklı malzemenin bulunduğu, 14 farklı malzeme seçim kriterinde, tasarlanacak parça için malzeme seçimi ve önerisi sunabilen; buna ek olarak 4 ana malzeme grubunda 21 temel malzeme için 7 farklı tasarım parametresinde üretilebilirlik açısından sık tercih edilen sınır şartlarını sunan Excel VBA tabanlı AM Guide(Additive Manufacturing Guide-Eklemeli İmalat Rehberi) isimli bir program hazırlanmıştır. Sonrasında mevcut süreçte geleneksel imalat metotları ile üretilen çan krank (bellcrank) parçası için AM Guide programı üzerinden seçilen iki alternatif malzeme ile üretken tasarım yaklaşımı kullanılarak eklemeli imalata yönelik kütle minimizasyonu hedefli iteratif bir tasarım modernizasyonu çalışması gerçekleştirilmiştir. Tasarım iterasyonları sonrasında elde edilen aday model, çalışma sınır şartları ve AM Guide tasarım önerileri dikkate alınarak nihai geometrisine kavuşturulmuştur. Yapısal analiz çalışmaları ile parçanın tasarım hedefleri ve gereksinimleri çerçevesinde iyileştirilen fiziksel ve mekanik özellikleri incelenmiştir.

Abstract:
Additive manufacturing which ensures the possibility of production by combining materials in layer by layer, initially emerged as a rapid prototyping method. It has made it possible to produce part geometries that are not possible or difficult and costly to produce with traditional methods, with its superior manufacturing capabilities. In order for the additive manufacturing technology to be used effectively and become widespread, it is necessary to have foresight and perspective in terms of material choices, product, and design mentality. In this context, there is a need for a guide to users on issues such as material selection of the parts to be produced with additive manufacturing technologies and creation of producible design geometries. In this thesis, A program called AM Guide (Additive Manufacturing Guide) based on Excel VBA with a database that contains 401 different materials from 46 main material groups used in additive manufacturing processes has been prepared. This program could suggest material selection advice for in 14 different material selection criteria for the part to be designed, in addition to this, program could suggest frequently preferred 7 design parameters or boundary conditions for in terms of manufacturability for 21 basic materials in 4 main material groups. Afterwards, an iterative design modernization study aimed at mass minimization for additive manufacturing was carried out with a generative design approach for two alternative materials selected through the AM Guide program for the bellcrank part produced with traditional manufacturing methods in the current process. The candidate model that obtained after design iterations was reached to final geometry according to boundary conditions and AM Guide recommendations. The physical and mechanical properties of the part, which were improved through design objectives and requirements, were examined with structural analysis works.