Mokap otomobil iskeletinin 3D yazıcı, CFIP prosesine uygun yapıda tasarımı ve üretimi
Design and production of mock-up body frame suitable for 3D printer and CFIP manufacturing process
Yazar: YILMAZ DEMİR
Danışman: PROF. DR. KEMAL ERŞAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Lifli kompozitler = Fiber composites ; Üç boyutlu tasarım = Three dimensional design

Özet:
Bu tez çalışmasında mokap modeli yapılmış elektrikli aracın iskeleti, CFIP (Sürekli Karbon Elyaf Enjeksiyon Prosesi) ve hızlı prototipleme yöntemine uygun şekilde tasarlanmış, analizi yapılmış ve prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada tasarımı yapılan iskeletin analizinde, sonlu elemanlar metodu kullanılmış ve Ansys programında yapısal çelik atanıp statik ve dinamik analizler yapılmıştır. Elde edilen analiz sonuçları literatür çalışmaları ile karşılaştırılarak doğrulaması gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada tasarıma CFRP (Karbon Fiber Takviyeli Polimer) malzemesi atanarak analizler tekrarlanmış ve doğrulaması yapılan tasarımla karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçlarında CFRP tasarım, çelik yapıya oranla %77 daha hafif, yapısal dayanım olarak güvenlik katsayısı 2 kat daha iyi, mod analizinde uygun frekanslarda, fren, viraj ve burulma analizlerinde de güvenli sınırlarda kalmıştır. Son aşamada karşılaştırılması yapılan nihai tasarım, 3D yazıcı ile PLA malzeme kullanılarak yaklaşık olarak 1/8 oranında küçültülüp prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Prototip küçük boyutta üretildiğinden, CFRP enjeksiyon işlemi gerçekleştirilememiştir. Günümüzde en yaygın iskelet üretimi kalıp ile çelik malzeme olmasına karşın; yeni üretim teknolojisinin getirdiği esneklikler sayesinde tasarım, analiz ve doğrulama sanal ortamda yapılmış, CFRP malzeme kullanılarak daha hafif ve daha yüksek dayanımlı iskelet yapımının 3D yazıcı kullanılarak gerçekleştirilebileceği bütün adımlarıyla bu tez çalışmasında gösterilmiştir.

Abstract:
In this thesis study, the frame of the mock-up model electric vehicle was designed, analysed and prototyped in accordance with the CFIP (Continuous Carbon Fiber Injection Process) and rapid prototyping method. In the analysis of the frame, which was designed in the first stage, the finite element method was used and structural steel was assigned in the Ansys program and static and dynamic analyses were performed. The obtained analysis results were verified by comparing them with literature studies. In the second stage, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) material was assigned to the design, the analyzes were repeated and compared with the verified design. According to the analysis results, the CFRP design was 77% lighter than the steel structure, the safety coefficient in terms of structural strength was 2 times better, it remained within safe limits in the mode analysis at appropriate frequencies, and in the braking, bending and torsion analyses. The final design, which was compared at the last stage, was reduced by approximately 1/8 using PLA material with a 3D printer and a prototype was produced. Since the prototype was produced in small size, CFRP injection process could not be performed. Although the most common frame production today is steel material with molds; Thanks to the flexibility brought by the new production technology, design, analysis and verification were made in the virtual environment, and all the steps of making a lighter and higher strength skeleton using CFRP material can be realized using a 3D printer are shown in this thesis study.