Karmaşık Geometrili Parçaların Tasarımı, Simülasyonu ve Robotik Eklemeli İmalat Teknolojisi ile Uygulanması

Abstract

Bu tez, çok eksenli Robotik Katmanlı Üretim (Robotic Additive Manufacturing, RAM) için karmaşık geometrili parçaların tasarımı, geliştirilmesi ve simülasyonunu sunmaktadır.Rhino–Grasshopper–KUKA|prc yazılım ortamı, geleneksel CAD yazılımlarının kolayca üretemediği geometriler için özelleştirilmiş çok eksenli takım yolları oluşturmak amacıyla entegre edilmiştir. Simülasyon sürecinde pozisyoner donanımlı bir KUKA KR210 R2700-2 antropomorfik robot kullanılmış, Altınay Robotics tarafından sağlanan pozisyonersiz eşdeğer bir robot ise oluşturulan yörüngelerin fiziksel uygulamasında görev almıştır. RAM sistemi; polimer ekstrüzyon ve metal biriktirme yöntemlerini kullanarak karmaşık geometrilerin üretilmesini hedeflemektedir. En uygun yöntemin belirlenebilmesi için çalışma, Tel Ark Katmanlı Üretim (Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM), Tel Lazer Katmanlı Üretim (Wire Laser Additive Manufacturing, WLAM) ve Hibrit Tel-Lazer Katmanlı Üretim (Wire-Laser Hybrid Additive Manufacturing, WLHAM) yöntemlerini yapısal verimlilik, biriktirme kalitesi ve entegrasyon uygulanabilirliği açısından değerlendirmektedir. Ayrıca, çok renkli bir polimer pelet ekstrüderi, yazarın danışmanlığında ve Altınay Robotics'in mekanik yöneticisinin gözetiminde, Altınay Robotics ve MEF Üniversitesi stajyerleriyle birlikte ortak olarak geliştirilmiş ve çok malzemeli üretim yetkinliği ortaya konmuştur. Bunun yanı sıra, MEF Üniversitesi BAP araştırma fonu desteğiyle gelecekteki kullanımlar için endüstriyel bir Nolega polimer ekstrüderi tedarik edilmiştir. Bu çalışma, teknik çıktılarının ötesinde, robotik sistemler ve katmanlı üretim süreçlerini bütünleştiren yenilikçi bir üretim yaklaşımını ortaya koymaktadır. Araştırma, mühendislik, tasarım ve hesaplamalı modelleme alanlarını bir araya getiren çok disiplinli (multidisipliner) ve iş birliğine dayalı bir çerçeve benimsemektedir. Farklı disiplinlerden öğrencilerle yürütülen deneysel çalışmalar, uygulamalı öğrenme ve disiplinler arası bilgi paylaşımını teşvik etmiştir. Bu bütünleştirici yaklaşım, tezi robotik destekli dijital üretim bağlamında teori, uygulama ve eğitimi bir araya getiren bir araştırma olarak öne çıkarmaktadır. Sonuç olarak, çalışma; mühendislik ve yaratıcı endüstrilerde kullanılabilecek, ölçeklenebilir, hassas ve sürdürülebilir üretim çözümleri sunan, küresel ölçekte rekabet gücüne sahip bir RAM teknolojisi ortaya koymaktadır

This thesis presents the design, development, and simulation of complex-geometry parts for multi-axis Robotic Additive Manufacturing (RAM). A Rhino–Grasshopper–KUKA | prc software environment is integrated to generate customized multi-axis toolpaths for geometries that conventional CAD software cannot easily produce. A KUKA KR210 R2700-2 anthropomorphic robot with a positioner is used for simulation, while Altınay Robotics provided an identical robot (without a positioner) for the physical implementation of the generated trajectories. The RAM system is intended for producing intricate geometries using both polymer extrusion and metal deposition. To identify the most suitable method, the study evaluates Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), Wire Laser Additive Manufacturing (WLAM), and Wire-Laser Hybrid Additive Manufacturing (WLHAM) in terms of structural efficiency, deposition quality, and integration feasibility. A multi-color polymer pellet extruder was co-developed with Altınay Robotics and MEF University interns under the supervision of the author and Altınay's mechanical manager, demonstrating multi-material printing. Additionally, an industrial Nolega polymer extruder was procured with MEF BAP research funding for future use. Beyond its technical contributions, this study emphasizes the integration of robotics and additive manufacturing within a unified production workflow. The research adopts a multidisciplinary and collaborative framework, combining engineering, design, and computational modeling to advance manufacturing education and practice. Experimental studies were conducted in collaboration with students from diverse disciplines, fostering hands-on learning and cross-domain knowledge exchange. This integrative approach highlights the thesis as a convergent study bridging theory, practice, and education through robotics-driven digital fabrication. The outcome is a globally competitive RAM technology offering scalable, precise, and sustainable solutions for advanced manufacturing in both engineering and creative fields.