Tersine Mühendislik ve Hızlı Prototipleme nin Endüstriyel ve Mesleki Alandaki Uygulamaları

Transkript

1 Tersine Mühendislik ve Hızlı Prototipleme nin Endüstriyel ve Mesleki Alandaki Uygulamaları Ferit ARTKIN Öğr. Gör. Kocaeli Üniversitesi, Hereke Meslek Yüksekokulu, Makine ve Metal Teknolojileri Bölümü, Makine Programı, 41800, Körfez, Kocaeli Özet Tersine Mühendislik, herhangi bir endüstriyel ürün veya sistemin tasarım özelliklerinin ve işlevlerinin analiz edilmesinde kullanılan teknolojinin hızla gelişmesiyle etkisini arttırmış önemli bir mühendislik yöntemidir. Endüstriyel tasarım modellerinin sayısallaştırılarak yüzey modellerinin oluşturulmasında kullanılan CAD ve CAM yazılımları, tarama verilerinden gelen verileri toleransları 1/100, 1/1000 veya daha farklı seviyelere düşürerek ölçülebilir yüzey formunun elde edilmesini sağlar. Üç boyutlu tarama ve ölçüm işlemleri genellikle optik ve lazer tarayıcılar ile gerçekleştirilir. Temassız (optik-ışık, manyetik, akustik) ve temaslı (robot kolu, CMM Coordinate Measuring Machine), veri toplama metotlarında, ürün ve kalıp fikstürlerinin tasarım ve geliştirilmesinde ve kalite kontrol uygulamaları gibi üretim sanayisinin her alanında uygulama alanları bulunmaktadır. Mesleki uygulamalarda önemli bir uygulama alanı da üç boyutlu yazıcılardır. Üç boyutlu yazdırma işlemi, Malzeme Püskürtme Yöntemi ile mikron boyutunda katmanların (metal veya plastik) birbirine üzerine yapışması sonucu oluşan üç boyutlu imalat yöntemidir. Mesleki uygulamalarda özellikle meslek yüksekokullarında üç boyutlu yazıcı uygulamaları ile bazı iş parçalarının tasarımı geliştirilmesi ve imalatı gerçekleştirilebilir. Mesleki ve teknik alanda uygulanabilirliği olan iş parçalarının seçilmesi öğrencilerin konuyla ilgili teknik bilgilerinin geliştirilmesine katkı sağlayacaktır. Anahtar Kelimeler: Makine ve Metal Teknolojileri, Mühendislik Uygulamaları, Tersine Mühendislik, Hızlı Prototipleme, Endüstriyel ve Mesleki Uygulamalar. Reverse Engineering and Rapid Prototyping Applications in Industrial and Vocational Fields Abstract Reverse Engineering is an important engineering method which increases the effect of the rapid improvements in technology used in the analysis of any industrial product or system design specifications and functionality. CAD (Computer Aided Design) and CAM (Computer Aided Manufacturing) softwares have been used to form the digitized model of the industrial design model surface data from scan data tolerances 1/100, 1/1000 or more various levels by reducing allows one to obtain the measured surface form. 3-D (three-dimensional) scanning and measuring processes are generally carried out with optical and laser scanners. Non-contact (optical-light, magnetic, acoustic) and contact (robot arm CMM (Coordinate Measuring Machine)) data collection methods, products, and mold fixture design and development and quality control applications such as manufacturing applications in all fields of industrial convenience. An important application in vocational practices are 3-D (three-dimensional) printers. Three-dimensional printing, Material Jetting Method and the micron size of the layer material (metal or plastic) is a three dimensional manufacturing method resulting in adhesion to each other. Some professions, particularly the design of workpieces with a 3-D printer applications have been performed in vocational education in improving and manufacturing of professional practice. Selecting the field of vocational and technical feasibility of workpieces students will contribute to the development of technical knowledge on the subject. Keywords: Machinery and Metal Technologies, Engineering Applications, Reverse Engineering, Rapid Prototyping, Industrial and Vocational Applications.

2 GİRİŞ Tersine mühendislik, teknik bilgi paketi mevcut olmayan bir sistem, cihaz ya da parçanın üretim aşamalarını da içerecek şekilde tasarım ve işlevsel özelliklerinin inceleyen bilim dalıdır. Kavramsal tasarım ile başlayan geleneksel mühendislik sürecinin aksine, tersine mühendislikte, ürün tasarımına, gerçekte var olan bir modelin şekil bilgisinin elde edilmesi ile başlanır. Serbest ve karmaşık yüzeylere sahip olan gerçek parçaların geometrik bilgisinin elde edilmesi tersine mühendisliğin en önemli aşamalarından biridir. Bazı durumlarda ürün bilgisini oluşturan, ürünün teknik verileri, çizimleri, malzeme bilgileri gibi gerekli basamakların bir kısmı eksik olabilir. Örneğin elde ürünün kendisi varken bu üründen yapılacak imalat işlemi için gereken teknik çizimi, bilgisayar modeli olmayabilir. Bu gibi durumlarda parçanın kendisinden hareket ederek süreci geriye yürütme işlemi yapılır ve ürünün başlangıç aşamasındaki bilgisayar destekli tasarım modeli elde edilebilir. Böylelikle, parça geliştirilebilir veya üretilebilir hale getirilir. Tersine mühendislik ile elde edilen tasarımın, parçanın kalitesini veya parça verimliliğini arttırmak adına yeniden üretim ve geliştirme çalışmaları yürütülebilir. İşte 3B sayısallaştırma tekniklerini uygulamak suretiyle bir iş parçasına ait nokta bulutu verilerinin toplanmasına ve dolayısıyla bilgisayar destekli tasarım modelinin oluşturulmasına imkân tanıyan mühendislik sürecidir. AMAÇ Tersine Mühendislik yöntemi genel olarak STL (Sterolithography) data üzerinden 3 boyutlu yüzey ve katı modelleri elde etmek amacıyla kullanılır. Bir parçanın kopyalanmasında geleneksel yöntemlerle günler ya da haftalar süren işlemler süreci uzatırken, nesnenin taranıp yüksek hızda işleme yöntemleri ile kopyalanması yoluyla bu süreç sadece birkaç saat içerisinde tamamlanabilmektedir. Bir parça üzerinde değişiklikler yaparak yeni bir parça oluşturmak istediğinizde tersine mühendislik yöntemi ile parçanın CAD datasını oluşturup ardından istenen değişiklikleri yaparak yepyeni bir model elde etmek mümkün olmaktadır. El yapımı parçaların bilgisayar ortamına aktarılması CAD datasının oluşturulması için yine tersine mühendislik yöntemi kullanılmaktadır. Deforme olmuş bozulmuş kalıpların yeniden işlenmesinde ve problemli bölgelerin yeniden yapılmasında da Tersine Mühendislik yönteminden yararlanılmaktadır. Bilgisayar destekli tasarım (CAD) daha popüler hale geldikçe tersine mühendislik; 3D bilgisayar destekli tasarım (CAD), bilgisayar destekli üretim (CAM), bilgisayar destekli mühendislik (CAE) ve diğer yazılımlarda kullanılmak üzere, varolan parçaların üç boyutlu sanal modellerinin yaratılması için kullanılabilir bir metod haline gelmiştir. Tersine mühendislik işlemi bir objenin ölçümünü ve ardından üç boyutlu model olarak oluşturulması aşamalarını içerir. Fiziksel objenin boyutları, koordinat ölçme makinesi (Coordinat measuring machine-cmm), üç boyutlu üçgenli lazer tarayıcılar, üç boyutlu yapısal ışık sayısallaştırıcılı tarayıcı veya bilgisayarlı tomografi gibi üç boyutlu tarama teknolojileri kullanılarak ölçülebilir. Genellikle bir nokta bulutu olarak elde edilen ölçülmüş veri kendi başına, topolojik bilgi eksikliği taşır ve bu yüzden sıklıkla, üçgen kaplı ağ veya bir CAD modeli gibi daha kullanışlı bir formata dönüştürülür. Nokta bulutları birçok üç boyutlu yazılımla uyumlu değildir, bu yüzden Tersine Mühendislik yazılımları nokta bulutlarını; 3D CAD, CAM, CAE gibi uygulamalarda veya görselleştirmede kullanılabilecek formatlara dönüştürür. Tersine mühendisliği en genel haliyle geometrik ve mekanik olarak ikiye ayırmak mümkündür. Geometrik ve mekanik tersine mühendislik adımları numuneden seri imalata giden tersine mühendislik metodolojisini oluşturur.

3 Şekil 1. Tersine Mühendislik Metodolojisi. YÖNTEM Geometrik tersine mühendislik, modeli veya teknik resmi olmayan bir parçanın verilerinin toplanması ile başlayıp, mühendislik modelinin oluşturulması ile biten süreçtir. Bu sürecin ilk aşaması olan veri toplama, kumpas, mikrometre, mastar gibi çeşitli konvansiyonel ölçüm aletleriyle yapılabildiği gibi yüzey geometrisi karmaşık parçalarda, dokunmalı (CMM ve robotik kol gibi) veya dokunmasız (akustik, manyetik ve optik tarayıcı gibi) ölçüm sistemleri ile de yapılabilir. Şekil 2. Tersine Mühendislikte veri toplama yöntemlerinin sınıflandırılması.

4 Tersine mühendislikte optik yöntemler, diğer yöntemlere göre çok daha hızlı veri toplama kapasitesine sahip olduğundanen diğerlerine göre daha yaygın yöntemlerdir. Optik yöntemler beş ana kategoride incelenebilir; Lazer Üçgenleme En yaygın olarak kullanılan optik ölçüm yöntemi, lazer taramadır. Bu yöntemde, CMM lerde dokunmatik problarla yapılan ölçümlere kıyasla, bir seferde alınabilen yüksek nokta sayısı, ölçüm hızı ve otomasyona yatkınlık gibi avantajlar kazanılmaktadır. Lazerle taramada taranması istenen yüzeye, bir tür ışıma veya ışık gönderilip geri yansıması ölçülmektedir. Lazerle tarama işleminde üçgenleme metodu kullanılır. Bu yöntemde ölçülmesi istenen yüzey üzerine lazer ışını düşürülür. Yüzeyden yansıyan ışıma, bir sensör yardımıyla yakalanır. Şekil 3. Lazer Tarama Metodu.. Optik taramada kullanılan Aktif metodlar; Optik Üçgenleme (Optical Triangulation (1D), Işık Kesiti (light section) teknikleri (2D), Izgara Projeksiyonu (Fringe Projection) (3D), Pasif Metodlar; Stereometri, Fotogrametri dir. SONUÇ VE DEĞERLENDİRME Teknik bilgi paketi mevcut olmayan bir parçaya uygulanan geometrik ve mekanik tersine mühendislik teknikleri sayesinde parça birebir geliştirilerek yeniden imal edilebilir hale getirilebilmektedir. Tersine Mühendislik Uygulamalarında; üç boyutlu tarayıcılardan alınan sonuçların tasarım ve imalat aşamalarında tasarımın doğrulanmasında kullanılabileceği tespit edilmiştir. Üç boyutlu tarayıcıların tersine mühendislik sürecinin standart bir ekipmanı olabileceği tespit edilmiştir. Tersine mühendislik yazılımlarının gelişimi ile günümüzde mekanik parçaların tersine mühendislik ile modellenmesinde yüzey ve katı modellemeyi bir arada kullanmak mümkündür, Oluşturulan akış şemalarına göre, tasarım dışında fonksiyonellik açısından amaca, parça yapısına, parçanın konstrüksiyondaki konum ve durumuna gore sonuç alabilmek için tersine mühendislik ekipmanları ile farklı ölçüm ve analizler yapılabilir.

5 REFERANSLAR Tez bölümünde gösterimi Berbercuma, G., 2006, Üç boyutlu tarayıcılar ile veri toplanması ve cad ortamına değişik formatlarda aktarılması, Yüksek Lisans Tezi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Kocaeli. Çetinel, M., 2008, Tersine mühendislik ile üç boyutlu cisimlerden grafik modeller için veri eldesi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul. Makale Kaynaklarının Gösterimi Çelik D., Çetinkaya K., Üç Boyutlu Yazıcı Tasarımları, Prototipleri ve Ürün Yazdırma Karşılaştırmaları, , ISNN: Ayyıldız, M., Çiçek, A., 2010, Düz dişli tasarımında bir tersine mühendislik uygulaması, SAÜ Fen bilimleri dergisi, 14. cilt, 1.sayı, s.39-44, Sakarya. Varady, T., Martin, R. R., Coxt, J., 1997, Reverse Enginnering of Geometric Models-An Introduction, Computer Aided Design Vol. 29, Raja, V., Fernandes, K. J., 2007, Reverse Engineering An Industrial Perspective, Vinesh Raja, Kiran JFernandes, Springer. Konferans Sunularının ve Bildirilerinin Kaynakça bölümünde gösterimi Ören, S., Yasa, E., Ugur, E., Poyraz, Ö., Akbulut, G., Pilatin, S., 2014, Havacılık sektöründe optik ölçüm yöntemlerinin yeri ve karşılaştırmalı değerlendirilmesi üzerine bir çalışma, Mühendis ve Makina, Cilt 55, Sayı 654, s Çakır A., (2005), Optik Taramanın Genel Prensibi, Defne Mühendislik pdf Elektronik Kaynakların Kaynakça bölümünde gösterimi tarihinde alınmıştır tarihinde alınmıştır.