Bir otomotiv parçasının metal lazer sinterleme eklemeli imalat yönteminde optimum üretim yönünün bulunması

Abstract

Debriyaj diski, otomotiv endüstrisinde motor tork iletiminde temel rol oynayan elemanlardan biridir. Debriyaj diskindeki göbek parçası, torku motordan giriş miline iletmektedir ve genellikle kalıplama yöntemleri kullanılarak üretilmektedir. Otomotiv endüstrisinde ve havacılık gibi diğer endüstrilerde yeterli mekanik dayanımın yanında hafif parça kullanımı kritik öneme sahiptir. Topoloji optimizasyonu, sınır koşulları ve yük kısıtlamaları altında verilen tasarım alanı içindeki parçaların ağırlığını optimize etmek için hesaplamalı bir tasarım tekniğidir. Ancak topoloji optimizasyonu ile oluşturulan tasarımlar üretim kısıtlamaları nedeniyle genellikle üretilememektedir.

Eklemeli imalat yöntemi kalıpsız bir üretim tekniği olduğundan karmaşık şekiller de üretilebilmektedir. Bu çalışmada, göbeğin ağırlık azaltımı, eklemeli imalata uygun olarak yapılmıştır ve optimum üretim yönü belirlenmiştir. Simufact Additive ile eklemeli imalat proses simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Parça 0° ile 90° derece arasında 10° artışlarla döndürülerek her oryantasyon için deformasyon, gerilme, destek ağırlığı sonuçları toplanmıştır. Yeni bir model oluşturulmuştur ve çok amaçlı bir optimizasyon modeli tanımlanmıştır. Gauss Süreci Regresyon (GSR) modeliyle, eklemeli imalat simülasyon datalarını kullanılarak üç amaç fonksiyonu tanımlanmıştır. Çok amaçlı optimizasyon problemi son olarak tek amaçlı bir fonksiyona dönüştürülmüş ve Python kod dizisi kullanarak çözülmüştür. Çalışmanın sonunda, göbek kütlesi %26,3 oranında azaltılmıştır ve optimum eklemeli imalat üretim yönü makine tablasına göre 44,14 derece olarak bulunmuştur.The clutch disc is one of the key components involved in engine torque transmission in the automotive industry. The hub part in the clutch disc transmits torque from the engine to the input shaft and is typically manufactured using molding methods. In the automotive industry, as well as in the other fields such as aerospace, it’s critically important to use lightweight components beside sufficient mechanical strength. Topology optimization is a computational design technique to optimize parts wight within the given design space under constraints of boundary conditions and loads. However, designs created with topology optimization are generally not manufacturable due to production constraints.

Since the additive manufacturing is a moldless production technique, complex shapes can also be produced. In this study, weight reduction of the hub was carried out in accordance with additive manufacturing, and the optimal build direction was determined. Additive manufacturing process simulations were performed with Simufact Additive. The part was rotated between 0° and 90° with 10° increments and deformation, stress and support weight results were gathered for each orientation. A new model was created and a multi-objective optimization model was defined. Three objective functions were defined using additive manufacturing simulation data with the Gaussian Process Regression (GPR) model. The multi-objective optimization problem was finally converted into a single-objective function and solved using a Python script. At the end of the study, the hub mass was reduced by 26,3% and the optimum additive manufacturing build direction was found to be 44,14 degrees relative to the machine table.