Bir robot kol tutucunun topoloji optimizasyonu ve AlSi10Mg alaşımı ile hibrit üretimi
Topology optimizastion and hybrid production of a robotic arm gripper with AlSi10Mg alloy
Yazar: KAĞAN MURAT PÜRLÜ
Danışman: DOÇ. DR. NAZIM BABACAN
Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Robot teknolojisindeki gelişmelerle birlikte, otomasyon hemen hemen her endüstriye yayılmıştır. Sanayi sektöründe robotlu üretimlere artan talep, robotik kol yapılarının iyileştirilmesi ihtiyacını beraberinde getirmektedir. Robot kol bağlantılarının geliştirilmesi için ana kriterler, maliyet ve üretimde harcanan zamanı azaltmanın yanı sıra yeterli mukavemeti sağlayacak şekilde kütle azaltımı gerçekleştirmektir. Bu doğrultuda, bu çalışmada, topoloji optimizasyonu kullanarak bir robotik kol tutucu hafifletilmiş ve eklemeli imalatla üretilmiştir. Daha sonra gerçekleştirilen sütunlu matkapla delme ve zımparalama işlemleri ile eklemeli ve eksiltmeli imalatın birlikte kullanıldığı hibrit üretimden de faydalanılmıştır. Topoloji optimizasyonu ANSYS programında katı izotropik malzeme ile cezalandırma (SIMP) yöntemi ile gerçekleştirilirken, optimizasyon öncesi ve sonrasında, parçanın çalışma koşullarındaki yüklemelerin benzetimi yapılarak gerçekleştirilen statik analiz sonuçları yorumlanmıştır. Eklemeli imalatta ise seçici lazer ergitme (SLM) teknolojisi kullanılarak AlSi10Mg alaşımından parça üretimi gerçekleştirilmiştir. İmalat gerçekleştirilmeden önce parçada üretimden kaynaklanan kalıcı bir deformasyonun oluşmasını önlemek için Simufact Additive ile kalıntı gerilme analizleri gerçekleştirilmiştir. Üretimden sonra yine aynı amaçla parçaya ısıl tavlama uygulanmıştır. Optimizasyon sonucunda elde edilen parçanın çalışma koşulları altında 36 MPa eşdeğer gerilme ve 0.0109 mm toplam deformasyona maruz kalacağı simüle edilmiş olup bu değerler parçanın statik olarak hasara uğramayacağı göstermiştir. Optimizasyon sonucunda geleneksel üretim teknikleri ile üretilen parçaya kıyas ile %65 oranında kütle azaltımı uygulanmış parça başarılı bir şekilde üretilmiştir.

Abstract:
Automation has spread to almost every industry with the developments in robot technology. The increasing demand for robotic production in the industrial sector brings with it the need to improve robotic arm structures. The main criteria for the development of robotic arm connections are to reduce the cost and time spent in production as well as to reduce the mass in a way that provides sufficient strength. Therefore, in this study, a robotic arm gripper was lightened using topology optimization and manufactured with additive manufacturing. Then, column drilling and grinding processes were utlized as hybrid production, where additive and subtractive manufacturing were used together. While topology optimization was performed with the solid isotropic material with penalisation (SIMP) method in the ANSYS program, the static analysis results performed by simulating the loadings in the working conditions of the part before and after the optimization were interpreted. In additive manufacturing, parts were manufactured from AlSi10Mg alloy using selective laser melting (SLM) technology. Before manufacturing, residual stress analyses were performed with Simufact Additive to prevent permanent deformation in the part due to manufacturing. After production, annealing was applied to the part for the same purpose. As a result of optimization, it was simulated that the obtained part would be exposed to 36 MPa equivalent stress and 0.0109 mm total deformation under working conditions, and these values showed that the part would not be failed statically. As a result of optimization, the part with a 65% mass reduction compared to the part produced with traditional production techniques was successfully produced.