Endüstriyel bir 3 boyutlu yazıcı ile imal edilen ABS malzemeli parçaların boyut hatalarının incelenmesi
Öz
Eklemeli imalatta parça boyut hataları temel problemler arasında yerini almaktadır. Cihaz pozisyon hatalarına, parça çekmesine ya da büzülmesine ve STL dosya hatalarına bağlı olarak ortaya çıkan parça boyut hataları üretkenliği olumsuz etkilemektedir. Genel olarak, her bir cihaz-malzeme-imalat parametresi-geometri kombinasyonuna göre parçalarda farklı boyut hataları meydana gelebilmektedir. Dolayısıyla bu hataların hesaplanması ve analiz edilmesi son kullanıcılar ve cihaz imalatçıları açısından büyük önem taşımaktadır. Bu kapsamda adı geçen çalışmada endüstriyel bir üç boyutlu yazıcı olan Zaxe Z1 cihazı ile ABS malzemeli parça imalatında parça boyut hataları araştırılmıştır. İlk olarak, farklı boyutlarda daire, kare ve eşkenar üçgen geometrilerini üzerinde barındıran bir test parçası tasarlanmıştır. Ardından, test parçalarının imalat tablasındaki konumuna göre ortaya çıkan hataları incelemek amacıyla imalat tablasının farklı bölgelerine toplam 5 adet test parçası konumlandırılarak imalatı gerçekleştirilmiştir. Üçüncü adımda, bu test parçaları üzerinde yer alan tüm test geometrileri koordinat ölçme makinesi ile taranarak iki boyutlu profilleri elde edilmiştir. Dördüncü adımda ise, geliştirilen en küçük kareler tabanlı geometri uydurma algoritması ile taranan profillere geometri uydurma yapılmıştır. Son olarak da, uydurulan ve tasarlanan geometriler arasındaki profil toleransı değerleri hesaplanmıştır. Sonuçlar analiz edildiğinde, profil tolerans değerlerinin imalat tablasındaki konuma ve geometriye bağlı olarak değişkenlik sergilediği görülmüştür ve imal edilen tüm geometriler tasarlanan boyutlarından daha küçüktür. Başka bir ifadeyle tüm geometriler çekmeye maruz kalmıştır. Genel olarak bakıldığında, geometri boyutu arttıkça profil tolerans değerlerinde artış söz konusudur. Tüm geometriler için ortalama profil tolerans değeri 0.1987 mm olarak hesaplanmıştır. Bu değerin yarısı, yani ≈+0.1 mm, kadar tarama yollarının kaydırılması ile daha hassas geometriler elde edilebilir.
Anahtar Kelimeler
Boyut hatası, Eklemeli imalat, Geometri uydurma, Parça çekmesi, Profil toleransı
Destekleyen Kurum
Herhangi bir destekleyen kurum yoktur.
Teşekkür
Deneysel çalışmalar sırasında yardımlarından ötürü Yenilikçi Teknolojiler Uygulama ve Araştırma Merkezi (YETEM), Tasarım ve İmalat Teknolojileri Araştırma Birimi teknisyenlerine teşekkür ederiz. Ayrıca, Z Eksen Baskı Sistemleri ve Bilgi Teknolojileri San. ve Tic. A.Ş. (Zaxe) firmasına çalışmaya olan katkılarından dolayı teşekkürlerimizi sunarız.
Kaynakça
- Alsoufi, M. S., & Elsayed, A.E. (2018). Surface roughness quality and dimensional accuracy—a comprehensive analysis of 100% infill printed parts fabricated by a personal/desktop cost-effective FDM 3D printer. Materials Sciences and Applications, 9, 11-40. https://doi.org/10.4236/msa.2018.91002.
- Ashtankar, K. M., Kuthe, A. M., & Rathour, B. S. (2016). Effect of build orientation on mechanical properties of rapid prototyping (fused deposition modeling) made acrylonitrile butadiene styrene (ABS) parts. Proceedings of the ASME 2013 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Volume 11: Emerging Technologies (pp.1–7), San Diego, California, USA. https://doi.org/10.1115/IMECE2013-63146.
- Bahnini, I., Uz Zaman, U. K., Rivette, M., Bonnet, N., & Siadat, A. (2020). Computer-aided design (CAD) compensation through modeling of shrinkage in additively manufactured parts. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 106(9), 3999-4009. https://doi.org/10.1007/s00170-020-04924-8.
- Bähr, F., & Westkämper, E. (2018). Correlations between influencing parameters and quality properties of components produced by fused deposition modeling. Procedia CIRP, 72, 1214-1219. https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.03.048.
- Dilberoglu, U. M., Simsek, S., & Yaman, U. (2019). Shrinkage compensation approach proposed for ABS material in FDM process. Materials and Manufacturing Processes, 34(9), 993-998. https://doi.org/10.1080/10426914.2019.1594252.
- Gavin, H. P. (2019). The Levenberg-Marquardt algorithm for nonlinear least squares curve-fitting problems. Department of Civil and Environmental Engineering, Duke University, 1-19.
- Hafsa, M. N., Ibrahim, M., Wahab, M. S., & Zahid, M. S. (2014). Evaluation of FDM pattern with ABS and PLA material. Applied Mechanics and Materials, 465, 55–59. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.465-466.55.
- Hämäläinen, J. P. (2017). Semi-crystalline polyolefins in fused deposition modeling [Master thesis, Tampere University of Technology, Tampere, Finlandiya].
- ISO 1101:(E) (2012). Geometrical product specifications (GPS)–geometrical tolerancing–tolerances of form, orientation, location and run-out. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland.
- Jia, P. (2017). Fitting a parametric model to a cloud of points via optimization methods [Ph.D. thesis, Syracuse University, New York, USA].