Design and development of a rapid prototyping machine

Abstract

ÖZET HIZLI PROTOTtPLEME MAKİNASI TASARIMI VE GELİŞTİRİLMESİ GÜLTEKİN, Murat Doktora Tezi, Makina Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Hüseyin FİLİZ Yardımcı Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Cengiz DOĞAN Haziran 2003, 118 sayfa Hızlı prototipleme üç boyutlu objelerin doğrudan bilgisayar destekli tasarım (BDT) dosyalan kullanılarak çok kısa bir sürede üretilmesi teknolojisidir. Konvansiyonel tezgahların aksine, model bloktan malzeme keserek değil, her dilimde üst üste malzeme sererek üretilir. STL (Stereolithography) dosya formatı hızlı prototipleme endüstrisinde en yaygın kabul görmüş olanıdır. Temel olarak, STL dosya formatıyla üç boyutlu parça üçgen şekilli yüzeylerle tanımlanır. Hızlı prototipleme süreci üç temel adımdan oluşmaktadır; dilimleme, takım yollarının oluşturulması ve üretim. İlk iki adımda AutoCAD® üçgen şekilli yüzeylerle tanımlanan modelin, dilimlerin ve yolların ekranda grafik olarak gösterimi amaçlı grafik kullanıcı arayüzü olarak kullanılabilir. ivBunun için, AutoCAD objeleri Visual Basic içerisinden ActiveX arayüzü kullanılarak çağrılmaktadır. Böylece, kullanıcı ekrandaki görüntüyü (üçgen şekilli, yüzeylerle tanımlanmış model, dilimler veya yollar) sağa, sola ve yukarı aşağı kaydırabilir, yaklaşıp uzaklaşabilir ve dinamik olarak üç boyutlu döndürebilir. Visual Basic programlama ortamında Rapid Slice ve Rapid Create adı verilen iki ayrı yazılım geliştirilmiştir. Rapid Slice yazılımı herhangi bir STL dosyasını okuyarak dilimleme ve yolların oluşturulması işlemlerini gerçekleştirir. Rapid Create yazılımı ise Rapid Slice yazılımı tarafından oluşturulmuş olan dosyalan okuyarak National Instruments firmasının Flex Motion modülleri yardımıyla modeli tabakalar halinde üretmek üzere servo motorları senkronize sürer. Bu çalışmada, plastik ekstrüzyon metoduyla çalışan bir hızlı prototipleme sistemi tasarlanmış ve imal edilmiştir. Plastik malzeme her dilimleme yüksekliği için Z ekseninde, kontur ve yolların yaratılması için seknronize bir şekilde X-Y eksenlerinde pozisyonlanan bir tepsi üzerine serilmektedir. Makina üzerinde hız kontrollü servo malzeme besleme motoru ve malzemeyi ergime noktasına hassas bir şekilde ısıtan PID (Oransal+İntegral+Türevsel) kontrollü resistans bulunan bir ekstrüzyon kafasına sahiptir. Anahtar Sözcükler: Hızlı prototipleme, tabakalar halinde üretim, AutoCAD®.

ABSTRACT DESIGN AND DEVELOPMENT OF A RAPD3 PROTOTYPING MACHINE GÜLTEKİN, Murat Ph.D. in Mechanical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Hüseyin FİLİZ Co Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Cengiz DO?AN June 2003, 118 pages Rapid prototyping (RP) is the technology of manufacturing of 3D objects from CAD (Computer Aided Design) files directly in a very short time. In contrast to conventional machines, model is manufactured directly by laying material onto each other slice by slice, not cutting material away from stock. For this reason, it is no matter to manufacture complex shapes. STL (stereolithography) file format is the most widely accepted one in the rapid prototyping (RP) industry. Basically, a 3D part is represented by facets (triangles) in an STL file. RP process includes three main steps; slicing, creation of tool paths and manufacturing. During the first two steps AutoCAD® can be used as the graphical user interface to represent the facetted model, slices and roads graphically on the screen. In order to establish this, AutoCAD® objects are called through ActiveX interface within Visual Basic. User can pan, zoom and view dynamically the facetted model, slices and roads easily with less programming effort.Two different software are developed under Visual Basic which are called Rapid Slice and Rapid Create. Rapid Slice software reads an STL file, slices the facetted model and creates roads. Rapid Create software reads data generated by Rapid Slice and drives the servo motors synchronously by using National Instruments Flex Motion modules in order to manufacture the model layer by layer. In this study, a rapid prototyping system is designed and constructed. Plastic material is extruded onto the table which is firstly positioned in Z axis for each slicing height and then positioned in X-Y axes synchronously for creation of contour and roads. Machine has a material extruder head which has an integrated velocity controlled material feeding servo motor and a PID (Proportional+Integral+Derivative) controlled resistance to heat up the material precisely to its melting point Keywords: Rapid prototyping, layered manufacturing, AutoCAD® m