Üç boyutlu yazıcıda çoklu filaman kullanımı için alternatif malzeme değiştirici tasarımı
Alternative filament changer design for multi-material 3D printer
Yazar: KEREM BOYALI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLYAS İSTİF
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Konstrüksiyon Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde yaygınlaşan katmanlı malzeme yığma esasına dayalı filaman kullanan üç boyutlu yazıcılar tasarım doğrulamada, üretilecek parçanın fonksiyonelliğinin test edilmesinde, anatomik model üretiminde, aparat ve fikstür imalatı gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Katmanlı üretimin doğasından gelen tasarım esnekliği sayesinde kullanıcılar talaşlı imalat, döküm gibi geleneksel yöntemlerle üretilemeyecek tasarımları üretebilir hale gelmelerine ragmen üretilen bu çıktıların baskı sonrasında sökülemeyecek kadar dar alanda bulunan destek yapılarının olması, çıktıların yüzey işlemi gerektirmesi, tasarımın belirli bölgelerinin farklı renkte/dokuda olması gerekliliği, birlikte çalışan birden çok parçanın tek seferde fonksiyonel şekilde üretilebilmesi gibi istekler aynı anda birden çok tür ve renkteki malzeme ile üretim yapma talebini doğurdu. Bu çalışmada, bahsi geçen talebi karşılayacak malzeme değiştirebilen bir mekanizmanın sistematik konstrüksiyon açısından bağımsız çift kafa, tek kafa çift nozül, kafa değiştirici gibi diğer kullanılan yöntemlere kıyasla değerlendirmesini ve tasarımının yapılmasını kapsamaktadır. Karşılaştırma, her bir ekstrüzyon sisteminin kütle, kalibrasyon, kinematik uyumluluğu, takılabilen malzeme
kapasitesi olmak üzere dört adet irdeleme kalemi açısından birbirine göre olan avantaj ve dezavantajlarının kantitatif veriye dönüştürülerek bir karar verme matrisinde tanımlanan etki katsayılarına göre skorlanması yöntemiyle yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre çoklu malzeme değiştiren bir mekanizma kullanılması en faydalı çözüm olarak bulunmuş ve bu doğrultuda gidilerek üzerine aynı anda beş adet malzeme takılabilen ve bunları kam profiline sahip iticiler sayesinde devreye alan bir prototip ile malzeme değiştirici bir motor kullanmadan malzemeleri baskı kafasındaki özel bir aparatın devreye aldığı ikinci bir prototip tasarlanarak çoklu malzeme değiştirici alternatifleri geliştirilmiştir.

Abstract:
In today, FDM type 3d printers are widely being used for many purposes such as verifying design, testing functionality of parts to be manufactured, producing anatomical models, manufacturing apparatus, fixture and prototyping. Design flexibility provided by FDM printers thanks to innate features of additive manufacturing, enabled designers to produce parts which could not be produced by traditional manufacturing methods such as machining, casting etc. In spite of this convenience, 3d printed parts need to be taken care of by applying sanding, gently removing support structures, treating surface and other factors like printing parts ready to function without additional effort, multi-colored parts. Therefore multi-material printing has born to meet those requirements. This work consists of comparison of current extrusion systems (independent dual extruder, dual hotend on single print head, tool changer) with multi-material choice and designing a multi-material mechanism. Comparison has performed by comparing those four extrusion systems in terms of mass, calibration method, kinematics compatibility and material capacity and then converting their advantages and disadvantages into quantitative data then a decision matrix created with those
data. Each criteria has a multiplier which indicates importance of that criteria. Sum of score of each criteria gives a total score to be used in comparison. Obtained results show that the most beneficial method of extrusion is multi-material changer mechanism, according to that knowledge two material changer prototypes have been developed through a CAD software. First prototype employs cam profile to trigger each material drive gear and uses two stepper motors, latter uses only one stepper motor and filament changing process provided by an apparatus mounted on carriage.