Farklı plastiklerin lazer kaynağı ile birleştirilmesinde parametre optimizasyonu
Parameter optimization for different plastics in laser welding joining
Yazar: AYÇA KÜÇÜKOĞLU
Danışman: PROF. DR. FATİH KARPAT
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Günümüzde artan rekabet koşulları ve müşteri gereksinimleri doğrultusunda termoplastik malzemelerin otomotiv parçalarında kullanımı artmaktadır. Sağladığı hafiflik, dayanıklılık ve esneklik sayesinde birçok otomotiv firması termoplastik malzemelerin araca entegrasyonu konusunda çalışma yapmaktadır. Özellikle, termoplastik malzemeler ile farklı malzemelerin bir araya getirilerek oluşturulduğu hibrid yapılarda birleştirilme yöntemi firmalar için önemli bir üretim süreci olmaktadır. Bu kapsamda lazer iletim kaynağı; hızlı, tutarlı ve temassız bir birleştirme sağlaması nedeniyle en çok kullanılan teknolojilerden birisidir. Fakat lazer iletim kaynağı ile yüksek kalitede bir kaynak elde edilebilmesi büyük ölçüde cihaz parametrelerine bağlıdır. Bu nedenle yüksek kalitede parça üretimi için optimize edilmiş bir parametre setine ihtiyaç duyulmaktadır.

Yapılan tez çalışmasında, aydınlatma sistemleri üreten bir otomotiv firmasında ABS ve PMMA malzemelerden oluşan parçaların lazer iletim kaynağı ile birleştirilme süreci dikkate alınmıştır. Parçalara ait kaynak mukavemeti, kopma uzamasını ve kaynak genişliğini en iyi hale getirmek amacıyla lazer kaynak cihazına ait çok amaçlı parametre optimizasyonu çalışılmıştır. Cihazın kontrol edilebilir parametreleri olan kaynak gücü, baskı kuvveti ve kaynak hızının en iyi değerini elde edebilmek için çok aşamalı bir çözüm yaklaşımı geliştirilmiştir. Çözüm yaklaşımında, deney ortamı hazırlıklarından sonra parametrelerin çıktılar üzerindeki ana etkileri ilk olarak Taguchi yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Ardından çok kriterli karar verme yöntemlerinden birisi olan TOPSIS yöntemi kullanılarak Taguchi çıktıları değerlendirilmiştir. Bir sonraki aşamada tam faktöriyel deneysel tasarım ile parametrelerin çıktılar üzerindeki etkileri daha detaylı analiz edilmiştir. Çözüm yaklaşımının son aşamasında ise elde edilen regresyon denklemleri çok amaçlı optimizasyon problemi olarak çözülerek lazer iletim kaynağı için en iyi parametre seti belirlenmiştir.

Abstract:
Recently, the use of thermoplastic materials in automotive parts has been rising in line with increasing competitive environments and customer needs. Thanks to the lightness, durability, and flexibility it provides, many automotive companies are working on the integration of thermoplastic materials into vehicles. In particular, the joining technique of hybrid structures, in which thermoplastic materials are combined with different material structures, is an important manufacturing process for the companies. In this context, laser transmission welding is one of the most used technologies since it provides fast, consistent, and non-contact joining. However, obtaining a high weld quality with laser transmission welding mostly depends on the device parameters. Therefore, an optimized parameter set is required for high-quality part production.

In the thesis study, the process of joining parts made of ABS and PMMA materials with laser transmission welding in an automotive company producing lighting systems is taken into account. In order to optimize the weld strength, breaking strain, and weld width of the parts, a multi-objective parameter optimization is studied for the laser welding device. A multi-stage solution approach has been developed to obtain the best value of the controllable parameters of the device: welding power, pressure force, and welding speed. After the experimental environment is prepared, the main effects of the parameters on the responses are first analyzed in the solution approach by using the Taguchi method. Then, Taguchi outputs were evaluated using the TOPSIS method, one of the multi-criteria decision-making methods. In the next stage, the effects of the parameters on the responses are analyzed in more detail with a full factorial experimental design. In the last stage of the solution approach, the obtained regression equations are solved as a multi-objective optimization problem, and the best parameter set for the laser transmission welding is determined.