FDM Tipi Bir 3 Boyutlu Yazıcı ile Planet Dişli Sisteminin

EEB 2016 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, 11-13 Mayıs 2016, Tokat TÜRKİYE
FDM Tipi Bir 3 Boyutlu Yazıcı ile Planet Dişli Sisteminin
Üretilme Süreci
Mücahit SOYASLAN1, Ergün NART2
1,2
Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü
1
[email protected], [email protected]
Özet
Hızlı prototipleme yani 3 boyutlu yazdırma işlemi eksiltici
(subtractive) üretimin tersine eklemeli üretim tekniğinin
(additive manufacturing) kullanıldığı bir yöntemdir. Bu
üretim tekniği 1984 yılında literatüre girmiştir ve STL
(Stereo Lithography) dosya formatını kullanmaktadır. Bu
çalışmada FDM (Fused Deposition Modeling) tekniği üretim
aşamaları ve bu tekniğin kullanıldığı bir 3 boyutlu yazıcı ile
planet dişli parçalarının nasıl üretildiği anlatılmıştır.
1. Giriş
3 boyutlu yazdırma işleminde aşağıdaki 5 süreç
bulunmaktadır [2].
1- CAD model tasarımı veya 3B tarama
2- STL dosya formatına dönüşüm
3- STL dosyasını katmanlara ayırma
4- Ürünün katmanlarının inşa edilmesi
5- Parça temizliği ve sonlandırma
Şekil 1’de eriyik yığarak modellemenin gösterimi
bulunmaktadır. Parçaların üretilmesi esnasında kullanılan 3
boyutlu yazıcı ve extruder ise Şekil 2’de gösterilmiştir.
Üretim PLA tipi malzeme kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
Extruder olarak “Upgrade MK8 extruder” ve 0.4 mm nozul
kullanılmıştır. Üretimdeki katman kalınlığı ise 0.2 mm’dir.
Şekil 2. Kullanılan 3 boyutlu yazıcı ve extruder seti
2. CAD Tasarımı ve STL formatı
Parçaların katı modellerinin tasarlanması işlemi Solidworks,
Catia, Inventor vb. gibi bir CAD programı yardımıyla
yapılabilmektedir. Ardından tasarım STL dosya formatına
dönüştürülmelidir. Bu formatta katı model, düzlemsel
üçgenlerin birleşiminden oluşan üç boyutlu yüzeylerle temsil
edilir. STL dosyası, her üçgenin köşe noktalarının
koordinatlarını ve dışa doğru yönde normal vektörlerini
içermektedir.
2.1. STL Dosya İçeriği
solid OpenSCAD_Model
facet normal -0 0 -1 // 1. üçgenin normali
outer loop
vertex -70 0 0 // Üçgenin 1. köşe koor.
vertex -69.6165 7.31699 0 // 2. köşe koor.
vertex -69.6165 -7.31699 0 // 3. köşe koor.
endloop
endfacet
facet normal 0 -0 -1 // 2. üçgenin normali
outer loop
vertex -69.6165 -7.31699 0
vertex -69.6165 7.31699 0
vertex -68.4703 14.5538 0
endloop
endfacet
…
Şekil 1. Eriyik Yığarak Modelleme (FDM) 1) eritme nozulu,
2) yığılmış malzeme, 3) hareketli tezgah [1]
// STL dosyası bu şekilde binlerce üçgen verisinden
296
EEB 2016 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, 11-13 Mayıs 2016, Tokat TÜRKİYE
oluşmaktadır!
2.2. STL Dosyasında Çözünürlük
Parçayı STL dosya formatında kaydederken Solidworks [3]
programında karşımıza bir ayar penceresi çıkmaktadır.
Burada sapma ve açı toleransı olmak üzere iki çözünürlük
ayarı bulunmaktadır. Şekil 3’de bu ayarların minumum ve
maksimum değerleri için dişli parçası kaydedilmiş ve düşük
çözünürlük ayarlarında 1610 adet üçgen ve 80.584 byte’lık
bir dosya, yüksek çözünürlük ayarlarında ise 30804 adet
üçgen ve 1.540.284 byte’lık bir dosya oluşturulmuştur.
Şekil 4. FDM sisteminin çalışma prensibi [4,5]
Şekil 5. Slic3r dilimleme yazılımı ekran görüntüleri
a) Düşük Çözünürlük
b) Yüksek Çözünürlük
Şekil 3. STL Dosyası Çözünürlük Ayarları
3. FDM Tekniği ile Üretim
Dilimleme yazılımı ile üretimle ve cihazla alakalı birçok
ayar yapılabilmektedir. Bunlardan en önemlileri katman
yüksekliği, doluluk oranı, sıcaklık ve soğutma ayarları ve
filament kalınlığıdır. Burada girilen ayarlara göre Slic3r [6]
yazılımı G-kodları üretmektedir. 3 boyutlu yazıcı bu Gkodlara göre modellerin üretimini gerçekleştirmektedir [7].
Şekil 5. Slic3r dilimleme yazılımı ekran görüntüleri (devamı)
297
EEB 2016 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, 11-13 Mayıs 2016, Tokat TÜRKİYE
4. Sonuç
3 boyutlu yazıcılarda tabla, sıcaklık ve kalibrasyon ayarları
çok önemlidir. Uygun ayarlar girilmediği takdirde parça
yüzeylerinde pürüzlülük artmakta, ısıtıcı uçtan akan plastik
parça
sürekli
olmamakta
ve
istenilen
parça
üretilememektedir. Bu yüzden tüm ayarlar dikkatli bir şekilde
yapıldıktan sonra baskı işlemine geçilmelidir.
Şekil 6. Baskı Sonuçları
5. Kaynaklar
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Fused_deposition_modelin
g, 2008.
[2] D.V. Mahindru, P. Mahendru, Review of Rapid
Prototyping-Technology for the Future, Global Journal
of Computer Science and Technology Graphics
&Vision, Volume 13, Issue 4, Online ISSN: 09754172, 2013.
[3] http://www.solidworks.com/
[4] İ. Çelik, F. Karakoç, M. Cemal Çakır, A. Duysak, Hızlı
Prototipleme Teknolojileri ve Uygulama Alanları, Dpü
Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Sayı31, Ağustos 2013.
[5] C.K.Chua, K.F.Leong, C.S.Lim, “Rapid Prototyping.
Principles and Applications”, Third Edition, World
Scientific, 2010.
[6] http://slic3r.org/
[7] http://www.thingiverse.com/thing:34778
6. Teşekkür
Bu çalışma SAÜ Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu
tarafından desteklenmiştir (Proje No: 2015-50-02-009).
Yazar M. Soyaslan desteğinden dolayı TÜBİTAK’a teşekkür
eder.
298