Mimarlık ve tasarım alanında, eklemeli imalat-DMLS üretim proses parametrelerinin fonksiyonel kullanımı, tasarım ve üretim destek modeli

Abstract

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.