Eklemeli imalat için üretken tasarım yöntemi ile bağlantı kolunun optimizasyonu
Optimization of connection rod through generative design for additive manufacturing
Yazar: ERENCAN AYBERK AYDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. SALİH KORUCU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Gelişen teknolojiler ile birçok sektörde, hafif ve performansı yüksek ürün tasarımları ilerleme göstermektedir. Ancak bir takım üretim kısıtlamaları sebebi ile yenilikçi tasarımlar hayata geçirilememektedir. İmalat esnasında yaşanan bu kısıtlamalar, ürün tasarımı ve ürün geliştirilmesi konusunda engelleyici durumlar oluşturabilmektedir. Bu durum ürün geliştirme aşamasında üretken tasarımı ön plana çıkartmıştır. Yapılan bu tez çalışmasında bir bağlantı kolunun mukavemet özellikleri korunurken ağırlığının azaltılması, böylece daha fazla yük taşıyabilmesinin sağlanması hedeflenmiştir. Tasarımı yapılan ürüne topoloji optimizasyonunun yapay zekâ ile desteklenmiş bir eklentisi olan üretken tasarım süreçleri uygulanmış, elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Literatür incelemeleri de dikkate alınarak havacılık, savunma sanayi, otomotiv ve biyomedikal endüstrilerinde sıkça kullanılan topoloji optimizasyonunun, eklemeli imalata entegrasyonu araştırılmıştır. Bağlantı kolunun üzerine uygulanan yükler, sonlu elemanlar analizi yardımıyla hesaplanmıştır. Bağlantı kolu üzerinde gerilmelerin yoğunlaştığı ve azaldığı kısımlar tespit edilmiştir. Üretken tasarım eklentisinde 23 iterasyon sonucu elde edilen üretken tasarım çıktısı olan bağlantı kolu %57,2 hafiflemiştir. Ek olarak Eklemeli İmalat yöntemlerinden biri olan FDM yöntemi ile PLA+ malzeme kullanılarak tasarlanan parça numunesi, çizgi, ızgara ve üçgen baskı desen türlerinde ve %50, %75 ve %100 doluluk oranlarında üretilmiştir. Ardından numunelere uygulanan çekme testleri sonuçlarına göre; %100 doluluk oranında çizgi iç yapıda en mukavemetli parçanın elde edildiği görülmüştür. Bununla birlikte %100 doluluk oranına kıyasla malzemeyi %50 doluluk oranında üretmenin, mukavemeti %31,42 oranında azalttığı, buna karşın ağırlığı %33,15 oranında azalttığı görülmektedir.

Abstract:
Lightweight and high-performance product designs are progressing in many sectors with developing technologies. However, innovative designs cannot be implemented due to some production restrictions. These constraints experienced during manufacturing can create barriers to product design and product development. This has brought generative design to the fore in the product development phase. In this thesis, it is aimed to reduce the weight of a connecting rod while maintaining its strength properties, thus enabling it to carry more loads. The generative design processes, which is an add-on of topology optimization supported by artificial intelligence, were applied to the designed product, and the results were compared. Considering the literature review, the integration of topology optimization, which is frequently used in the aerospace, defense industry, automotive and biomedical industries, into additive manufacturing has been investigated. The loads applied on the connecting rod were calculated with the help of finite element analysis. The parts where the stresses are concentrated and decreased on the connecting rod have been determined. The generative design output, which is the result of 23 iterations in the generative design add-on, the connecting arm has been lightened by 57.2%. In addition, the part sample designed using PLA+ material with the FDM method, which is one of the Additive Manufacturing methods, was produced in line, grid and triangle print pattern types and at 50%, 75% and 100% filling rates. Then, according to the results of the tensile tests applied to the samples; It was observed that the most durable part was obtained in the line inner structure at 100% fill rate. However, it is seen that producing the material at 50% fill rate compared to 100% fill rate reduces the strength by 31.42%, while it reduces the weight by 33.15%.