New slicing methods and support structure reduction methods in robotic additive manufacturing
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 667659
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 102
Özet
Eklemeli imalat yöntemi, üretim yöntemlerinde, montaj süreçlerinde ve tedarik zincirlerinde, geleneksel üretim sistemlerini önemli ölçüde değiştirdiği için imalat sektörünün önemli bir parçası haline geldi. Eklemeli imalat, düşük adetli parçaları, birkaç saat içinde, sahada, kalıp gibi yatırım maliyetleri olmadan teslim edebilir. Eklemeli imalat, geleneksel üretim yöntemlerinde bulunan boşlukları iyileştirmek için hızla gelişmektedir. Robotların eklemeli imalata girmesiyle, yeni olasılıkların önü açılıyor. Geleneksel 3 eksenli eklemeli imalat sistemlerine kıyasla, robotlar daha büyük inşa hacimlerine, eklemeli imalat uç efektör yönünü değiştirmek için daha fazla serbestlik derecesine ve üretim sürecini manipüle etmek için uç efektörün bir kavrayıcı ile değiştirilmesi olasılığına sahiptir. Bu tez, modüler destek yapıları ve dinamik destek yapılarını sunarak eklemeli imalatta destek yapılarını en aza indirmek için yeni yöntemler önermektedir. Modüler destek yapıları çalışmasında, robotik kol, modelin gereken bölgelerine önceden imal edilmiş yeniden kullanılabilir destek yapılarını istifler. Bu yöntem kullanılarak iki model simüle edildi. Bu yöntemle malzeme kullanımı ortalama %75 oranında azaltılabilmekte ve bu da üretim süresinde kısalmaya neden olmaktadır. Dinamik destek yapıları çalışmasında, inşa yönünde yukarı aşağı hareket edebilen bir dizi pimden oluşan dinamik destek yapıları, destek görevini üstlenir. Sunulan modüler destek yapıları ve dinamik destek yapıları çalışmaları, daha hızlı üretim süreleri elde edilmesine yardımcı olur. Ayrıca kullanılan destek yapılarını azaltırlar ve böylece malzeme maliyetlerini ve malzeme israfını azaltırlar. Robot ile gelen ek serbestlik dereceleriyle parçalar düzlemsel olmayan bir şekilde de üretilebilir. Bu çalışma düzlemsel olmayan, helisel dilimleme, küresel dilimleme ve silindirik dilimleme algoritmalarını tanıtır. Bunlar algoritmalar herhangi bir karmaşık CAD modelini üretmek için kullanılabilen, minimum kullanıcı girdisi gerektiren genelleştirilmiş algoritmalardır. Sunulan dilimleme yöntemleri, erimiş filament fabrikasyon yöntemi ile parçaların üretilmesiyle doğrulanmıştır, ancak kullanımın alanı FFF ile sınırlı değildir. Helisel eklemeli imalat, küresel eklemeli imalat ve eklemeli imalat yöntemleri, parçalardaki merdiven basamağı etkisinin azaltılmasında yardımcı olur. Helisel dilimleme her katmandaki başlangıç ve bitiş noktalarındaki kusurları azaltır. Tarayıcı elektron mikroskobu ile elde edilen görüntüler, kusurlardaki azalmayı doğrulamıştır. Küresel dilimleme yöntemi, bir soğanın katmanlarına benzer şekilde, modeli küresel yüzeyler ile dilimler. Dünya modelinin üretimi ile önerilen küresel dilimleme yöntemini doğrulanmıştır. Bahsi geçen algoritmalar Matlab C++ kullanılarak kodlanmıştır. Bu algoritmalar modern ortalama bir laptopta koştuğunda iyi performans sergilemektedir. Silindirik dilimleme yöntemi, herhangi bir kompleks modeli silindirik katmanlar kullanarak dilimler. Silindirik dilimleme yöntemi, eklemeli torna yönteminin de önünü açar. Eklemeli torna malzemeyi düz plaka yerine dönen bir silindir üzerine sermektedir. Eklemeli tornalama ile destek yapıları en aza indirilir ve hatta belirli parçalar için ortadan kaldırılır. Parçanın serilme yönünün değişmesiyle parçanın mekanik özellikleri de değişmektedir. Eklemeli tornalama, geleneksel düzlemsel eklemeli imalat yöntemlerine kıyasla daha yüksek çekme dayanımlarına ulaşan parçalar üretebilir. Çekme testleri sonucunda eklemeli torna yönteminin geleneksel eklemeli imalat metotlarından %30 daha güçlü parçalar çıkarabildiği gözlemlenmiştir. Eklemeli tornada merdiven basamağı etkisinde de azalma görülmüştür. Farklı modeller ile önerilen yöntem doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
Additive manufacturing (AM) has developed to be an essential part of the manufacturing sector since it significantly changes traditional production systems in machining tools, assembly processes, and supply chains. AM can deliver low quantity parts on-site, within hours, and without investment costs of dies and molds. The field of AM is rapidly developing to fill the voids found in traditional methods of manufacturing. With the introduction of robots into AM, new possibilities are getting unlocked. Compared to conventional 3-axis AM systems, robots have larger build volumes, more degrees of freedom for changing the AM end-effector orientation, and the possibility of changing the end-effector to a gripper to manipulate the manufacturing process. This thesis proposes new methods to minimize support structures by introducing modular support structures and dynamic support structures. In modular support structures, the robotic arms gripper end-effector stacks pre-fabricated reusable support structures under the model. Two models were simulated, and the results are compared to the conventional methods to verify the improvement of the proposed strategy. With this method, the material used can be reduced by 75% on average, resulting in a reduction in fabrication time. In dynamic support structures, an array of actuated pins that move in the build orientation act as support structures. Modular support structures and dynamic support structures help obtain faster manufacturing times. They reduce support structures and thus lower the material costs and material waste. With added degrees of freedom, parts can be manufactured in a non-planar manner to achieve new capabilities. This thesis introduces non-planar slicing algorithms of Helical, Spherical, and Cylindrical slicing. These are generalized algorithms requiring minimal user input and are applicable for any complex freeform CAD model. The proposed slicing methods are verified by fabricating parts using fused filament fabrication (FFF) end effector but are not limited to only FFF. The introduction of Helical AM, Spherical AM, and Additive Turning methods help reduce the stair-stepping effect. Helical slicing reduces the defects in each layer where the extrusion starts and finishes. SEM images of the helical layers have been shown to verify the reduction in defects. The spherical slicing method slices the model with spherical shells, analogous to the shells of an onion. It generates a toolpath containing a three-dimensional position and the corresponding orientation. The proposed spherical slicing method is verified by fabricating the CAD model of Earth. Matlab and C++ have been used for coding the given methods. The algorithms perform well in an average modern laptop. The Cylindrical Slicing method slices any complex model using cylindrical slicing layers. With the Cylindrical slicing method, a new Additive Turning Method can be introduced. Additive turning deposits parts on a rotating cylinder, instead of the conventional planar build bed. With Additive Turning, support structures were minimized and even eliminated for certain models. Since the way the material is deposited is changed, the manufactured parts' structural properties also change. Tensile testing results show that additive turning has achieved %30 higher tensile strength in comparison to conventional planar slicing methods. It is also demonstrated that stair-stepping effects have been minimized for certain models. Several models have been manufactured to verify the proposed method.
Benzer Tezler
- Deprem etkilerine karşı geliştirilen pasif ve aktif kontrol sistemleri
Başlık çevirisi yok
MELTEM ŞAHİN
- Metal infiltre edilmiş mikro poroz karbon kompozitlerin aşınma ve sürtünme davranışının karakterizasyonu
Başlık çevirisi yok
GÜLTEKİN GÖLLER
Doktora
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN TEKİN
- GGG 50 ve GGG 80 sınıfı küresel grafitli dökme demirlerin abrasiv aşınma davranışına ostemperleme işleminin etkisi
The influence of a austempering process on the abrasive wear properties of GGG 50 and GGG 80 grade ductile irons
MEHMET UMUT KÖKDEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Prefabrike büyük duvar panoları ile yapılan konut yapısı
Design of a prefabricated reinforced concrete building system with large panels
M.CİHAN HACIMUSTAFAOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYapı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TURGUT ÖZTÜRK
- CTP kompozit profillerin darbe yükü etkisi altındaki davranışının sonlu elemanlar metodu ile incelenmesi
Investigating the behavior of GFRP composite profiles under impact loads using finite element method
TUĞÇE ÇİMŞİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEYNEP YAMAN
DR. MOHAMMAD MANZOOR NASERY