Eklemeli imalatta çok parçalı montajların parça sökme karmaşıklığı yöntemi kullanılarak konsolidasyonu
Part consolidation of multiple-part products using product disassembly complexity on additive manufacturing
Yazar: YELİZ AÇIKEL
Danışman: PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Topoloji optimizasyonu = Topology optimization

Özet:
Eklemeli imalat, geleneksel üretim yöntemleri ile imali mümkün olmayan karmaşık geometrileri üretmeyi sağlayan bir üretim teknolojisidir. İyi bir tasarımcının imalat yöntemlerine hâkim olması ve tasarımlarını bu doğrultuda şekillendirmesi gerekmektedir. Tam da bu amaç doğrultusunda tasarımcılar karmaşık yapıya sahip tasarımlarını, geleneksel imalat yöntemleri ile üretebilecek şekilde birden fazla parçalı, hiyerarşik yapılar ve alt montajlar halinde oluştururlar. Eklemeli imalat bu noktada tasarımcılar için bir çözüm noktası sağlamaktadır. Karmaşık yapıları üretebilme özelliğinden dolayı çok parçalı yapıların belli kurallar içinde birleştirilerek üretilebilmesine imkân sağlar. Parça konsolidasyonu olarak tabir edilen bu yöntem sayesinde daha az sayıda parçadan oluşan tasarımları mümkün kılar.  Bu çalışma parça konsolidasyonunu matematiksel bir karşılığa dayandırarak,  eklemeli imalat için tasarım kuralları belirlemektedir. Çok parçalı yapıları ürün sökme karmaşıklığına göre analiz ederek, yapıyı oluşturan alt parçalardan hangilerinin konsolide edilebileceğini gösteren bir yöntem üzerinde çalışılmıştır. Ürün sökme karmaşıklığına dayandırılan yöntem tasarımın her bir alt detayı için tek parça karmaşıklık indeksi hesaplar. Tek parça karmaşıklık indeksi yüksek olan detaylar konsolide edilebilecek adaylar olarak tanımlanır. İlgili yönteme göre çok parçalı yapılar belirlenen kurallara göre konsolide edilebilir. Konsolide edilmeye aday olan parçalar, eklemeli imalat yöntemi kıstasları göz önüne alınarak değerlendirilir ve eklemeli imalat ile üretiminin uygunluğu kontrol edilir. Uygun olan parçalar konsolide edilecek şekilde, parçanın topolojik optimizasyonu yapılır. Çıkan sonuçlar karşılaştırılarak tasarım gereksinimlerine göre uygunluğu değerlendirilir. Kullanılan yöntem örnek bir durum çalışmasına da uygulanmıştır. İlk tasarıma göre 5 parçadan oluşan bir montaj yapısı, konsolidasyon sonrası tek parçaya düşürülmüştür. Parça sayısında %80 oranında elde edilen kazanımın yanında, ağırlıkta da %82 oranında azalma gözlemlenmiştir. Üretim analizleri gerçekleştirilen yapı için maliyet anlamında %27,5 oranında iyileşme görülmüştür.

Abstract:
Additive manufacturing gives an opportunity to produce complex geometries which is not possible using conventional manufacturing methods. An ideal designer should understand manufacturing methods and create his/ her designs in this respect. For this reason, designers create multiple-parts, hierarchical structures and sub-assemblies on their designs to produce using conventional manufacturing methods. At this point additive manufacturing gives a solution to designers. Thanks to the production of complexity geometries on additive manufacturing technology, multiple-part products may be consolidated within some design rules. It is possible to have less part count on designs by means of part consolidation method. On this thesis work, part consolidation is based on a mathematical process and some design rules are obtained. Multiple-part products are analyzed per product disassembly complexity and a method is proposed to show which parts may be consolidated on related product. According to product disassembly complexity method, for each part of a product, a single part complexity index is calculated. Parts that have high single part complexity index are defined candidates for part consolidation process. Multiple-part products may be consolidated per determined design rules. Part consolidation candidates are evaluated per additive manufacturing restrictions and checked the possibility to produce using this technology. For new consolidated module, topology optimization is performed. Results are evaluated per design requirements. For this method, a case study is worked. Initial design has 5 part count. After consolidation process, part count is decreased only 1. 80% gain is obtained on part count, 82% on total weight. Cost analysis is calculated and 27,5% gain is obtained per product.