Araç çubuğuna atla
Skip to content

Topoloji Optimizasyonu Yaklaşımıyla Ürün Geliştirme

Teknolojik gelişmeler ve rekabetçi ortam, farklı fonksiyonları bünyesinde bulunduran ürünler üzerinde yoğunlaşıyor. Kimi ürünler görselliği ile ön plandayken, kimi ürünler de işlevselliği ile ön plana çıkıyor. Özellikle otomotiv ve havacılık sektörü teknolojinin lokomotifi konumunda.
Otomotiv endüstrisi tasarımlarıyla üzerimizde büyüleyici etkiler bırakırken, iç mekanizmalarında oldukça sağlam ve hafif tasarımlara sahip ürünlere yöneliyorlar.
Malzeme bilimi de bu çağa ayak uydurmak için her geçen gün ürün gamını genişletirken, en fazla üzerinde durdukları konu düşük yoğunluklu fakat yüksek teknik özelliklere sahip malzemeler türetmek. Tabi malzeme bilimi ile birlikte üretim yöntemleri gelişiyor. Yeni bir çağın tetikçisi olan 3 boyutlu yazıcılar, enjeksiyon üretim teknolojisinin tahtına göz dikmiş durumda ve epey yol aldı.
3 boyutlu yazıcıların en önemli kıstası geleneksel üretim yöntemlerinin kısıtlamalarından (Kalıp çıkış açısına uygunluk, ters açı, maça kısıtlamaları v.b.) arınmış olması. Tasarımları daha özgür kılıyor.
Otomotiv de kullanılan gaz pedalı üzerinde yaptığım çalışmayı sizlerle paylaşmak istiyorum. Geleneksel üretim yöntemlerine uygun tasarımlarla başlayıp, 3 boyutlu üretim yöntemlerine uzanan farklı tasarımları içeriyor. Test yaparken farklı malzeme türlerini de kullandım.
Test sürecinde mesnet noktalarını, yer çekimi ivmesini ve pedala uygulanan basma kuvvetini sabit tutum (400N). Birlikte inceleyelim.

Üstteki resimde mono blok parçanın üzerindeki yükleri gösteriyor. Diğer test aşamalarında da parça üzerine uygulanan yükleri sabit tutum.
Resimde gördüğünüz tasarımı rahatlıkla talaşlı imalat ile ürete biliriz. Malzeme seçimini alüminyum 6061 serisi olarak belirledim. Alüminyum serileri özellikle hafiflikleri ile ön plandadır. Otomotiv sektöründe de hafiflik önemli bir kıstas. Tabi ki de parçanın mukavim özelliklerini taşıdığı sürece. Bu koşullar altında parçamız nasıl bir tutum sergilemiş inceleyelim.

Parça üzerindeki renk değişimi gerilim noktalarının noktalarını maksimum ve minimum noktalarını göstermekte. Parçamızın mavi renkte olduğunu görmektesiniz. Bu da bize malzemenin ve parça tasarımın uygulanan kuvvetleri taşıya bileceğini göstermekte. Parçamızın ağırlığı ise 1.579 kg civarında. 1980 öncesi araç tasarımlarında makul bir seviyede karşılana bilecekken, günümüzde ise hiç avantajlı değil.
Birde farklı malzeme ve üretim yöntemiyle deneyelim.
Alüminyum yerine PA12 kullanalım. PA12 yüksek mukavemet özellikleri gösteren ve hatta içerisine cam elyaf katkı maddesi eklenerek daha yüksek mukavemet özellikleri göstere bilmekte. Günümüzde kullanımı her geçen gün artıyor. Ön büyük artısı yoğunluğu alüminyuma göre 2.5 kat daha düşük olması. Hatta üretim yöntemini de plastik enjeksiyon yapalım, tasarımımızı da bir tık öteye taşıyalım.
Analiz programımızdan destek alalım. Bize PA12 malzeme özelliklerine göre ve aynı yükler altında minimum malzeme gereksinimi çıkartsın.

Resimde görüldüğü gibi minimum yük gereksinimlerini gösterdi fakat bu tasarımı plastik enjeksiyon yöntemiyle üretmemiz çok zor. Çok ince kesitler var. Kalıp içerisinde malzemenin yürümesini çok zorlaştırır. Ters açılar da mevcut. Bu durumu avantaja çevirmek için analizi referans alıp, data üzerinden enjeksiyon kalıplamaya uygun yeni bir tasarım yapalım.

Kahverengi datayı referans alarak, sarı renkteki tasarımı oluşturdum. Kalıplana bilir bir data oluşturdum. Birde aynı referanslar la bu tasarımı test edelim.

PA12 malzeme ve kalıplama yöntemiyle üretime uygun yaptığımız tasarımda başarılı geçti. Gerilim seviyeleri Alüminyumla yapılan tasarıma göre çok çok yakın. En büyük fark ağırlık 1.579 kg’dan 0.53 kg düştü. Hem malzeme değişimi, hem de topoloji optimizasyon desteği ile hazırlanan tasarım. Parça mukavim özelliklerinden ödün vermeden parça ağırlığının 3 de 1 oranına düşmesini sağladı.
Güzel bir topoloji çalışması oldu. Başarılı sonuçlar aldık. Peki bir adım daha ileriyi götürmeyi deneyelim.
Malzememiz PA12 olarak kalsın. Üretim yöntemimiz 3boyutlu yazıcı da olsun. Tabi ki tasarımımızı da 3 boyutlu yazıcının bize sağladı avantajları göz önünde bulundurarak yeniden yapılandıralım.

Üçgen geometriye sahip mozaik yapıyı tasarımımıza ekledim. Aynı açı değerlerine sahip üçgen piramitler üzerlerine düşen yükleri eşit miktarda aktarmaktadır. Parçanın ataletini bir miktar daha artırmamızı sağlarken, ağırlığının da düşürmesini sağlıyor. Bakalım bu haliyle testimizden geçe bilecek mi?

Grafiğimizi incelediğimizde başarılı bir sonuç aldığımızı görüyoruz. Stres seviyesinde minimum bir artış gözlense de yine de güvenlik çerçevesindeyiz. Ağırlığa bakınca daha güzel sonuçlar ortaya çıkıyor. 0,53 kg’dan 0,42 kg kadar düştü.
İlk tasarımımız 1.6 kg bandında gezerken, topoloji optimizasyon çalışmalarımızla bu değeri 0.4 kg kadar zorlaya bildiğimizi gözlemliyorum. Nerdeyse 4 kata yakın bir düşüş. Formula1 araç parçalarında, İnsansız hava araçlarında (dron…), yolcu uçak koltuklarının parçalarında bu optimizasyonu sağladığımızı bir düşünün. Ciddi bir hafifletme yapabiliriz. Tasarımlarınızda topoloji optimizasyonu kullanın size büyük avantajlar sağlar.

Nisan 2020
Poligon Mühendislik - Serkan BEKER

Bu web sitesi, en iyi deneyimi yaşamanızı sağlamak için çerezleri kullanır. Çerez politikamıza buradan ulaşabilirsiniz. Web sitesi kullanım koşullarımıza buradan ulaşabilirsiniz.
Bu web sitesi, en iyi deneyimi yaşamanızı sağlamak için çerezleri kullanır. Çerez politikamıza buradan ulaşabilirsiniz. Web sitesi kullanım koşullarımıza buradan ulaşabilirsiniz.