Mimarlık ve tasarım alanında, eklemeli imalat-DMLS üretim proses parametrelerinin fonksiyonel kullanımı, tasarım ve üretim destek modeli
In the field of architecture and design, functional use of additive manufacturing-DMLS process parameters, design and production support model
- Tez No: 724920
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÜMİT TURGAY ARPACIOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Mimarlık, Mühendislik Bilimleri, Industrial and Industrial Engineering, Architecture, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Fiziği ve Malzemesi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 204
Özet
1970'lerde geliştirilen patent ve oluşan yenilikçi fikirlerin 1980'lerde hayat bulması ve 2000'li yıllarda yaygınlaşması ile birçok bilim ve sektör gündemine giren eklemeli imalat; tasarım özgürlüğü, hızlı ürün geliştirme kabiliyeti, ekonomik malzeme kullanımı ve sürdürülebilirlik gibi birçok alanda avantaj sunmaktadır. Geleneksel tasarım ve üretim süreçlerini tamamen değiştiren eklemeli imalat teknolojileri günümüzde birçok alanda uygulama alanı bulmaktadır. Üretim alanlarındaki bu yeni konumu ile Eİ teknolojileri, tasarımdan üretim aşamalarına ve ardıl işlemlere kadar birçok alandaki uygulama ve prosesin yeniden yorumlanmasını gerektirmiştir. Süreç içerisinde, geleneksel sistemler için ürün geliştiren bir tasarımcının, üretim sistemi ve kullanılan malzeme kapsamında uyguladığı ve uzun yıllar alışılagelen birçok yöntem ve tasarım değişmezinin; sistemlerin işletilmesinde görev alan teknisyen ve mühendisin süreç aşamalarında uyguladıkları yol ve yöntemlerin ve sınır şartlarının, yeniden yorumlanma ve tanımlanmasına ihtiyaç oluşmuştur. Bu bağlamda doktora çalışmamızda, metal eklemeli imalat teknolojisi olan doğrudan metal lazer sinterleme sistemi için, sürecin ve aşamalarının tanımlandığı ve tasarım, mimarlık alanlarında ortak olarak kullanılabilecek bir destek modeli geliştirilmiştir. Model içerisinde tasarım fikrinin oluşumundan üretimin sonuçlanmasına kadar olan aşamalar net bir şekilde ortaya konmuştur. Bu aşamada, DMLS üretim sisteminde üretilmek üzere bir ürün geliştirmek isteyen tasarımcı, mimar ve mühendisin ilgili aşamaların algoritmik model üzerinden takibi ile sorunsuz ve hızlı ürün geliştirmesi amaçlanmıştır. Ayrıca model içerisinde üretim proses parametrelerinin tasarım ve mimarlık alanlarında fonksiyon oluşturacak kullanımı amacı ile, yenilikçi bazı kullanım aşamaları tanımlanmış; bu aşamalar kapsamında iki ayrı model sınaması doktora çalışmasına eklenmiştir. Modelin ilk sınama aşamasında, DMLS ile üretilmek üzere mimari cephe paneli tasarımı ve bu panellerin cephede çoklu optimize edilebilir kullanımı ele alınmıştır. Bu kapsamda, ölçekli olarak küçültülmüş boyutlarda DMLS üretim sisteminde üretilen cephe panellerinin dokuz farklı proses parametresi ile elde edilen termal iletkenlik değişimleri ortaya konmuştur. Çalışmanın bu aşamasında, DMLS üretim proses parametrelerinden tarama mesafesi parametre değişimi ile literatürde açık hücreli köpük metal olarak tanımlanan yapılar yanında yarı açık köpük hücreli metal formları geliştirilmiştir. Dış görünümü kapalı olan, hafifletilmiş ve iç porozitesi değişken bu yarı açık hücreli aluminyum paneller, çalışmanın bu aşamasının yenilikçi yönünü oluşturmaktadır. Modelin ikinci sınamasında, literatürde uyumlu soğutma kanallar (CCC- Conformal Cooling Channel) olarak geçen ve daha çok kalıp endüstrisinde kalıpların Eİ teknolojilerinde üretimi kapsamında geometriye göre geliştirilen soğutma kanalları konusu ele alınmıştır. Uyumlu soğutma kanallarının (USK) cephe panellerinde kullanımı, doktora çalışmasının bu aşamasının yenilikçi yönünü oluşturmaktadır. Bu kapsamda İtalyanca'da balpeteği anlamına gelen“Favo”adı ile bu aşamada geliştirilen cephe paneline ait USK tasarım çalışması, panelin bazı bileşenlerinin geliştirilmesi ve farklı parametrelerde CFD analiz çalışması bu sınamanın içeriğini oluşturmaktadır. 80 x cm ölçülerindeki gerçek boyutlardaki panel üzerinden farklı parametrelerde yapılan analiz çalışmalarında cephede dengeli soğutma amaçlanmış ve Favo ürün gelişim süreçleri destek modeli kapsamında ele alınmıştır. Genel olarak bu doktora çalışmasının temel üç bölümden oluştuğu ifade edilebilir. İlk aşama ile algoritmik model geliştirilerek; ikinci ve üçüncü bölümlerde bu modelin sınanması amacı ile analiz, laboratuvar, tasarım ve üretim çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sınama aşamalarında literatüre, tarama mesafesi parametre değişimi ile üretilen yarı açık hücreli köpük metal ve cephede uyumlu soğutma kanal geliştirilmesi olmak üzere iki yeni katkı sağlanmıştır. Ayrıca Eİ, DMLS üretim teknolojisinin cephe panellerinin geliştirilme ve üretiminde kullanımı kapsamında yapılan çalışmalar yenilik sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
With the patent and innovative ideas developed in the 1970s coming to life in the 1980s and becoming widespread in the 2000s, additive manufacturing, which entered the agenda of many sciences and sectors; offers advantages in many areas such as design freedom, rapid product development capability, economical use of materials and sustainability. Additive manufacturing technologies, which completely change the conventional design and production processes, find application in many areas today. With this new position in production areas, AM technologies required a reinterpretation of applications and processes in many areas from design to production stages and post processing. In the process, many methods and design constants that a designer who develops products for conventional systems apply within the scope of the production system and the materials used, and which have been customary for many years; there has been a need for reinterpretation and definition of the ways and methods and boundary conditions applied by the technicians and engineers involved in the operation of the systems. In this context, in our doctoral study, a support model has been developed for the direct metal laser sintering system, which is a metal additive manufacturing technology, in which the process and its stages are defined and can be used jointly in the fields of design and architecture. In the support model, the stages from the formation of the design idea to the completion of the production are clearly revealed. At this stage, it is aimed for designers, architects and engineers who want to develop a product to be produced in the DMLS production system, to follow the relevant stages through the algorithmic model and to develop products smoothly and quickly. In addition, some innovative usage stages have been defined in the model with the aim of using the production process parameters to create a function in the fields of design and architecture; within the scope of these stages, two separate model tests were added to the doctoral study. In the first testing phase of the model, the architectural facade panel design to be produced with DMLS and the multiple optimizable use of these panels on the facade are discussed. In this context, the thermal conductivity changes obtained with nine different process parameters of the facade panels produced in the DMLS production system in scaled down sizes were revealed. At this stage of the study, besides the structures defined as open cell foam metal in the literature, semi-open foam cell metal forms were developed by changing the hatch distance parameter from the DMLS production process parameters. These semi-open-cell aluminium panels with closed outer appearance, lightened and variable internal porosity constitute the innovative aspect of this phase of the work. In the second test of the model, the subject of Conformal Cooling Channel, known as CCC in the literature, and mostly developed within the scope of the production of molds in the mold industry with EI technologies, is discussed. The use of the Conformal Cooling Channel in facade panels constitutes the innovative aspect of this phase of the doctoral study. In this context, the CCC design study of the xiii facade panel developed at this stage with the name“Favo”, which means honeycomb in Italian, the development of some components of the panel and the CFD analysis study in different parameters constitute the content of this test. Balanced cooling was aimed at the façade in the analysis studies carried out with different parameters on the 80 cm real-size panel, and Favo product development processes were handled within the scope of the support model. In general, it can be stated that this doctoral study consists of three main parts. In the first stage, by developing an algorithmic model; in the second and third sections, analysis, laboratory, design and production studies were carried out in order to test this model. During the testing phase, two new contributions were made to the literature: semi-open cell foam metal produced by hatch distance parameter change and the development of a conformal cooling channel for façade. In addition, the studies carried out within the scope of the use of EI, DMLS production technology in the development and production of facade panels offer innovations in this field.
Benzer Tezler
- Üç boyutlu yazıcılar ve günümüz mimarisinde kullanımı
Three dimensional printers and their use in today's architecture
MUSTAFA BORA TÜMER
- Konut tasarım ve üretim süreçlerinde 3B yazıcı teknolojisinin incelenmesi
Review of 3D printer technology in residential design and production processes
CEM DERİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
MimarlıkİSTANBUL TOPKAPI ÜNİVERSİTESİMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE DİLAY GÜNEY
- Temsilden simülasyona: mimarlıkta yapı enformasyon modelleme etkisi
From representation to simulation: Building information modelling effect on architecture
FUNDA TAN
Doktora
Türkçe
2019
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURBİN PAKER KAHVECİOĞLU
- Ekstrüzyona dayalı yapımda yeniden yapılandırma süreçleri için kavramsal bir çerçeve
A conceptual framework for the reconfiguration processes in extrusion-based making
HÜLYA ORAL KARAKOÇ
Doktora
Türkçe
2021
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERYEM BİRGÜL ÇOLAKOĞLU
- Exploring the potential of additive manufacturing in large scale structures
Eklemeli üretim sistemlerinin potansiyelinin büyük ölçekli uygulamalarda incelenmesi
YEŞİM ÜNAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLEN ÇAĞDAŞ