Enstrümantasyon ve hızlı prototipleme uygulamalarında kullanılabilecek düşük maliyetli bir cnc tezgÂhı geliştirilmesi
Development of a cost-efficient cnc system for instrumentation and rapid prototyping applications
Yazar: AHMET CİHAN AKINCA
Danışman: DOÇ.DR. UĞUR BAYSAL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezde hızlı prototip üretiminde kullanılabilecek, düşük maliyetli bir CNC tezgâhıtasarlanması ve gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Sistem tasarlanmadan öncebaşlıca hızlı prototipleme metodları incelenmiş, incelenen metodlar arasından,donanım ekipmanlarının daha düşük maliyetler gerektiriyor olmasından dolayı FusedDeposition Modelling (FDM) yöntemi tercih edilmiştir. Bu yöntem, termoplastikmalzemenin eriyik halde dökülmesi sureti ile prototip oluşturmaktadır.Gerçekleştirilen CNC tezgâhı, sisteme x, y ve z doğrultularında hareket kabiliyetisağlamak üzere kurulmuş olan üç eksenden ve eritilen termoplastik malzemeninuygun hız ve miktarda dökülmesini sağlayan kafa kısmından oluşmaktadır. Hereksen, bir adım motoru ve bu adım motorunun miline direkt olarak bağlı bir sonsuzvidadan oluşmaktadır. Kafa kısmında ise malzemenin akışını denetleyen bir DCmotor mevcuttur.Sistemin yazılımı bilgisayar ve mikroişlemci yazılımları olmak üzere iki kısımdanoluşur. Bilgisayarda hazırlanan uygulama yazılımı prototip üretimi için gereklikomutları seri port üzerinden mikrodenetleyici tabanlı kontrol kartına iletilir. Kontrolkartı, adım motoru sürücü ve DC motor sürücü devreleri yardımıyla motorlarınkontrolunü gerçekleştirir.Sonuç olarak, gerçekleştirilen sistem, PCB çizimi ve Hızlı Prototip (HP) üretimi olmaküzere iki farklı alanda kullanılabilmektedir. PCB çizici, bilgisayar ortamındaki birresmi, kâğıt, bakır, tahta vb. gibi bir yüzeye tek renkli olarak çizebilmektedir. HPsistemi ise katı bir cismin prototipini, cismin bilgisayar ortamında hazırlanan üçboyutlu modelini kullanarak oluşturmaktadır.Anahtar Kelimeler: Hızlı prototipleme, FDM, CNC, BDT / BDÜ, Adım motorukontrolü, DC motor kontrolü.Danışman: Doç.Dr. Uğur Baysal, Hacettepe Üniversitesi, Elektrik ve ElektronikMühendisliği Bölümüi

Abstract:
In this thesis, we aimed to design and implement a cost-efficient CNC machine whichcan be used in rapid prototyping projects. Before designing the system, we examinedvarious rapid prototyping methods and reached a conclusion that we should use FDMmethod because of its acceptable equipment costs. In this method, prototype isformed by fusing deposition of thermoplastic material to the board.Implemented CNC machine is composed of three axes, which gives CNC machinethe ability to move in three directions, and an additional head part which controls thedecomposition rate of thermoplastic material. Every axis is composed of a step motorand a lead screw connected directly to the shaft of this step motor. For the headpart, there is a DC motor placed to control material flow to the board.There are two software implementations in the project; PC software andmicrocontroller software. Former is for the simulation and control of machine from thePC and latter for the control of machine by the help of a microcontroller. PC softwareanalyzes the prototype drawing and sends appropriate commands to build-up themodel in accordance with the drawing while microcontroller handles the motorcontrolling via the use of DC and step motor drives.In conclusion, we may use the implemented system for two different tasks, for eitherPCB drawing or Rapid Prototyping (RP). For PCB drawing purposes, the system mayproduce a scalable version of a monochrome BMP, which can be read via serial portfrom a PC, on proper surfaces like paper or a copper plate using a convenient markerfor the surface. On the other hand, RP mechanism is capable of composing aprototype via a specially designed extruder from a 3D model prepared in anycomputer environment.Keywords: Rapid prototyping, FDM, CNC, CAD/CAM, Step motor control, DC motorcontrol.Advisor: Assoc. Prof. Uğur Baysal, Hacettepe Üniversity, Department of Electricaland Electronics Engineeringii