Design for Additive Manufacturing: Easy Assembly

Year 2024, Volume: 10 Issue: 3, 443 - 456, 31.12.2024

Oğuz Can Doğan , Hüseyin Rıza Börklü

Abstract

The increasingly popular AM methods allow the production of parts that are unique to individuals, have complex forms, and cannot be manufactured using traditional production methods. With technological advancement, AM methods, initially used in industries such as aviation and automotive, have now expanded into various fields and continue to evolve. By using design strategies for additive manufacturing, users can further advance manufacturing technologies and significantly cut down on the manufacturing and assembly times of parts. Additionally, DFA is a method that emphasizes simplicity of assembly and quantity of parts in order to reduce costs. This process reduces the cost and assembly time. This research aims to use the DFA approach or design principles for additive manufacturing to reduce the number of parts in complex products or make assembly easy for additive manufacturing. In this manner, designers can cut expenses, save time, and simplify the manufacturing and assembly processes. Applications that utilize DFA and DFA methods have been examined in this study, and several new designs have been created by the implementation of DFA and DFAM methods. The findings demonstrate that the final product can be made easier and faster to manufacture and assemble by utilizing DFA and DFAM design approaches.

Keywords

Design for additive manufacturing, design for assembly, easy assembly

Eklemeli İmalat için Tasarım: Kolay Montaj

Abstract

Kişilerin kendine özgü, karmaşık formlu ve geleneksel üretim yöntemleri ile imalatı mümkün olmayan parçaların üretimi, son zamanlarda sıkça kullanılmaya başlanan eklemeli imalat yöntemleriyle mümkündür. Teknolojik gelişmelerle birlikte başta havacılık ve otomotiv gibi sektörlerde olmak üzere birçok farklı alana dahil edilen eklemeli imalat yöntemleri hala gelişime açıktır. Gelişen üretim teknolojilerine ek olarak eklemeli imalat için tasarım yaklaşımlarıyla kullanıcılar, parçaların imalat ve montaj sürelerini önemli ölçüde azaltabilirler. Diğer taraftan montaj için tasarım (MİT) yaklaşımı, maliyeti düşürerek parça sayısı ve montaj kolaylığına odaklanan bir metottur. Bu yöntem ile hem montaj süresi hem de maliyet azalmaktadır. Bu çalışmanın amacı, MİT yaklaşımı kullanılarak karmaşık yapıdaki ürünlerin parça sayısı düşürülerek veya eklemeli imalat için tasarım prensiplerini kullanarak kolay montajı oluşturmaktır. Böylece tasarımcı imalat ve montaj aşamalarını kolaylaştırmak, maliyeti minimuma indirmek ve zamandan tasarruf etmek mümkün olabilir. Bu çalışmada MİT ve DFAM yaklaşımları kullanılan uygulamalar incelenmiş ve MİT ve DFAM yöntemleri uygulanarak yeni örnek tasarımlar ortaya konmuştur. Sonuçlar MİT ve DFAM tasarım yaklaşımları kullanılarak nihai ürünün daha kolay ve hızlı üretebilir ve monte edilebilir hale getirilebileceğini göstermektedir.

Keywords

Eklemeli imalat için tasarım, montaj için tasarım, kolay montaj

References

• [1] H. R. Börklü, Mühendislik Tasarımı: Sistematik Yaklaşım, Hatiboğlu Yayınları, Türkiye, 2010.
• [2] M. Aydınlı, “Makine Üretiminde Montaj İçin Tasarım Uygulaması,” Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Türkiye, 2020.
• [3] T. Bayyiğit, “Sistematik Yaklaşımla Kolay Montaj için Tasarım,” Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Türkiye, 2013.
• [4] A. Ustundag, E. Cevikcan, O. F. Beyca, G. Hancerliogullari ve I. Yazici, Industry 4.0: managing the digital transformation, Springer, Türkiye, 2017, pp. 217-234.
• [5] H. K. Sezer, O. Eren, H. R. Börklü ve V. Özdemir, “Additive Manufacturing of Carbon Fiber Reinforced Plastic Composites by Fused Deposition Modelling: Effect of Fiber Content and Process Parameters On Mechanical Properties,” Journal of The Faculty of Engıneerıng and Archıtecture of Gazı University, vol. 34, no. 2, pp. 664-674, 2019. doi:10.17341/gazimmfd.416523
• [6] O. Doğan ve M. S. Kamer, “Eklemeli İmalat Yöntemi ile Optimum Düz Dişli Çark Tasarımı ve Üretimi,” Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, vol. 10, no.3, pp. 1093-1103, 2021. doi:10.17798/bitlisfen.912566
• [7] A. Alfaify, M. Saleh, F. M. Abdullah ve A. M. Al-Ahmari, “Design for additive manufacturing: A systematic review,” Sustainability, vol. 12, no. 19, pp. 7936, 2020. doi:10.3390/su12197936
• [8] Ö. Kasar, “3 Boyutlu Yazıcı ile Üretilen Düşük Maliyetli Çift Sırtlı Horn Anten Tasarımı ve Üretimi,” Artvin Çoruh Üniversitesi Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, vol.1, no. 2, pp. 82-88, 2023.
• [9] S. Kaya, T. Güngördü ve M. A. Özel, “Eklemeli İmalat ile Üretilen Esnek Flap Mekanizmasının Tasarımı ve Yorulma Testi,” Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, vol. 23, no. 69, pp. 951-960, 2021. doi:10.21205/deufmd.2021236922
• [10] C. Şanlıer, H. R. Börklü ve C. Eldem, “Dizüstü Bilgisayar Sehpası Tasarımı: Geleneksel ve Yeni İmalat Yöntemleri İçin Yapılan Tasarımlar ve Karşılaştırılması,” International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, vol. 5, no. 1, pp. 65-75, 2021. doi:10.46519/ij3dptdi.836004
• [11] N. Top, H. Gökçe ve İ. Şahin, “Eklemeli İmalat için Topoloji Optimizasyonu: El Freni Mekanizmasi Uygulamasi,” Selçuk-Teknik Dergisi, vol. 18, no. 1, pp. 1-13, 2019.
• [12] D. S. Aydın, “Eklemeli İmalat Yöntemiyle Üretilen Ti6Al4V Alaşımının Havacılıktaki Uygulamaları Üzerine Bir Derleme,” Journal of Aerospace Science and Management, vol. 1, no. 1, pp. 64-77, 2022.
• [13] M. Y. Kayacan ve M. Alshihabi, “Havacılık uygulamalarında eklemeli imalat için uyarlanabilir topoloji optimizasyonu,” Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 30, no. 2, pp. 1-9, 2023. doi:10.5505/pajes.2023.52578
• [14] C. Sinanoglu ve H. R. Borklu, “An Assembly Sequence-Planning System For Mechanical Parts Using Neural Network,” Assembly Automation, vol. 25, no. 1, pp. 38-52, 2005. doi:10.1108/01445150510578996
• [15] G. Boothroyd, P. Dewhurst ve W. A. Knight, “Product Design for Manufacture and Assembly,” CRC Press, 2010. doi: 10.1201/9781420089288
• [16] S. Gao, R. Jin ve W. Lu, “Design for manufacture and assembly in construction: a review,” Building Research & Information, vol. 48, no. 5, pp. 538-550, 2020. doi:10.1080/09613218.2019.1660608
• [17] G. Boothroyd, “Assembly Automation and Product Design,” CRC Press, 2005. doi:10.1201/9781420027358
• [18] [Online]. Available: http://www.dfma.com/ [Erişim: 21 Mayıs 2023]. [19] Ö. Karaçalı ve H. İ. Demirci, “Otomotiv Endüstrisinde Montaj İçin Tasarım Metodu,” 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), 13-15 Mayıs 2009, Karabük, Türkiye [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/275580377. [Erişim: 1 Eylül 2023].
• [20] M. Akdağ, “Otomotiv Sanayi İçin Ürün Geliştirme ve Düşük Maliyetli Yeni Ürün Tasarımı,” Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Türkiye, 2010.
• [21] Z. Nihan, “McDonnel Douglas,” Ekim 2010, [Online]. Available: https://ucaklar.org/mcdonnell-douglas/ [Erişim: 15 Ağustos 2023].
• [22] [Online]. Available: https://docplayer.biz.tr/54965875-Imalat-ve-montaj-icin-tasarim-design-for-manufacturing-and-assembly-dfma.html [Erişim: 20 Ağustos 2023].
• [23] K. Özsoy ve B. Duman, “Eklemeli İmalat (3 Boyutlu Baski) Teknolojilerinin Eğitimde Kullanilabilirliği,” International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, vol. 1, no. 1, pp. 36-48, 2017.
• [24] S. Çaşka, G. Ö. K. Kadir, M. Aydın ve İ. Özdemir, “Finite element method based structural analysis of quadcopter UAV chassis produced with 3D printer,” Journal of Science and Technology of Dumlupınar University, no. 044, pp. 24-32, 2020.
• [25] H. K. Sürmen, “Eklemeli İmalat (3B Baskı): Teknolojiler ve Uygulamalar,” Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, vol. 24, no. 2, pp. 373-392, 2019. doi:10.17482/uumfd.519147
• [26] B. Aslan, “Yenilikçi Tasarım Yöntemleri Kullanarak Eklemeli İmalata Yönelik Optimum Ürün Geliştirilmesi,” Yüksek Lisans Tezi, Bursa Teknik Üniversitesi, Türkiye, 2019.
• [27] B. Duman ve M. C. Kayacan, “Seçmeli Lazer Sinterleme Tezgâhı için İmalat Yazılımı Geliştirilmesi,” Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, vol. 8, no. 3, pp. 27-45, 2016.
• [28] S. Dash, “Design of flexible lattice structures: a design for additive manufacturing perspective,” Lisans Tezi, Lund Üniversitesi, İsveç, 2023.
• [29] S. K. Mangla, Y. Kazancoglu, M. D. Sezer ve N. Top, İ. Şahin, “Optimizing fused deposition modelling parameters based on the design for additive manufacturing to enhance product sustainability,” Computers in Industry, vol. 145, pp. 103833, 2023. doi: 10.1016/j.compind.2022.103833
• [30] “Eklemeli İmalat Ürün veHizmetlerimiz,” [Online]. Available: https://digi-mode.com.tr/eklemeli-imalat/ [Erişim: 2 Eylül 2023].
• [31] A. Wiberg, J. Persson ve J. Ölvander, “Design for additive manufacturing – a review of available design methods and software,” Rapid Prototyping Journal, vol. 25, no. 6, pp. 1080-1094, 2019. doi:10.1108/RPJ-10-2018-0262
• [32] M. Obi, “Investigating an approach for the dissemination of formalised Design for Additive Manufacturing knowledge,” Doktora Tezi, Loughborough Üniversitesi, Birleşik Krallık, 2022. doi:10.26174/thesis.lboro.23633742.v1
• [33] “Eklemeli İmalat Nedir?,”[Online]. Available: https://www.sfmyazilim.com/eklemeli_imalat_nedir.html [Erişim: 20 Temmuz 2023].
• [34] E. Karayel ve Y. Bozkurt, “Additive manufacturing method and different welding applications,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 9, no. 5, pp. 11424-11438, 2020. doi:10.1016/j.jmrt.2020.08.039
• [35] B. Blakey-Milner, P. Gradl, G. Snedden, M. Brooks, J. Pitot, E. Lopez, M. Leary, F. Berto ve A. Du Plessis, “Metal additive manufacturing in aerospace: A review,” Materials & Design, vol, 209, 2021. doi:10.1016/j.matdes.2021.110008
• [36] M. Salmi, “Additive manufacturing processes in medical applications,” Materials, vol. 14, no. 1, pp. 191, 2021. doi: 10.3390/ma14010191
• [37] Z. Özgüner, Eklemeli İmalat Sistemlerinin Endüstri 4.0 Kapsamında Uygulamaları, Efeakademi Yayınları, Türkiye, 2022.