Levent Yağmur, Mak. Y. Müh.
leventy@ume.tubitak.gov.tr
TÜBİTAK - UME, Gebze / KOCAELİ
Ağustos 2004

Özet:

1980 'lerde bilgisayarın NC (Numerical Control) kontrol üniteleri (entegre devreler) yerine kullanılmaya başlaması ile CNC (Computer Numerical Control) sistemleri daha kullanışlı, hızlı ve daha doğru parça üretiminde kullanılmaya başlanılmıştır. Grafik ekranda tasarlanmak istenilen parçanın katı modeli oluşturulup gerekli düzenlemeler yapıldıktan sonra, değişik şekillerde üretimi yapılabilmektedir. Bu şekilde ürün tasarımında kısa geliştirme zamanları ve düşük maliyetler elde etmek mümkün olabilmektedir. Bunun yanında bilgisayar ortamında analiz ve simulasyon imkanları kullanılarak daha doğru ve güvenilir tasarımlar yapılabilmektedir. Tüm bunlar uzun tasarım sürecini en aza indirmiştir.

Bilgisayar sistemlerinin imalatta, katı model parçalar oluşturma, tanımlama, analiz ve tasarımın optimizasyonu gibi işlerde kullanılması CAD (Computer Aided Design) olarak adlandırılır. Bu sistemler genel olarak yazılım ve donanım kısımlarından oluşur. Yazılım kısmı, parçaların gerilme-şekil değişimi analizinin yapılabildiği programlar, mekanizmaların dinamik cevapları, ısı transferi hesapları ve NC parça programlama gibi modülleri kapsamaktadır. CAM (Computer Aided Manufacturing) olarak isimlendirilen süreç ise, bilgisayar sistemlerinin planlama, yönetme ve bir imalat işleminin kontrolünün doğrudan ya da dolaylı olarak kullanılmasıdır.

CAD/CAM sistemleri imalatta, tasarım, analiz, süreç planlama, parça programlama, program doğrulama, parça işleme, ve muayene gibi fonksiyonları etkin ve doğru bir şekilde yerine getirebilmektedir. Bu çalışmada, bilgisayarın kullanıldığı imalat metotlarından en önemlileri incelendi. İmalat ile CAD/CAM sistemlerinin entegrasyonunun nasıl yapılabileceği ve imalatın, uygulanan metoda göre hangi aşamasında ve ne şekilde kullanılabileceği araştırıldı. CAD/CAM fonksiyonlarının ilgili imalat metoduna uygulanmasının hangi aşamalarda yapılabildiği incelendi. İncelenen imalat metotları; otomotiv uygulaması, plastik enjeksiyon ve hızlı prototip imalatı. Bu uygulama alanlarında CAD/CAM sistemleri, karmaşık parçaların kolay ve esnek bir şekilde tasarlanmasına, analizin yapılabilmesine ve doğru bir şekilde kalıp imalatının yapılabilmesine imkan tanımaktadır.

1. NC ve CNC Sistemleri:

Sayısal Kontrol (Numerical Control-NC), II. Dünya savaşı sırasında, karmaşık ve daha doğru parça üretiminin sağlanabilmesi artan ihtiyaca cevap verebilmek için metal kesme endüstrisinde hızla gelişmiştir. 1952 yılında ilk olarak üç eksenli bir makine (Cincinnati Hydrotel Milling Machine) geliştirilmiştir. Dijital kontrollü bu tezgah ve teknolojisi NC olarak adlandırıldı. İlk gözlenen avantajları, karmaşık parçaların daha doğru imali ve kısa üretim zamanları idi [1]. İlk NC kontrolörü için 1950 'lerde vakum tüpler kullanıldı. Bunlar oldukça büyük parçalardı. 1960 'larda elektroniğinde gelişmesiyle dijital kontrollü transistörler kullanıldı. Üçüncü gelişme olarak ta; NC kontrolörü olarak entegre devre çipleri (chip) kullanılmaya başlanıldı. Bunlar ucuz, güvenilir ve küçük elemanlardı. En önemli gelişme; kontrol üniteleri yerine bilgisayarın kullanılması oldu (1970 'lerde). Böylelikle CNC (Computer Numerical Control) ve DNC (Direct Numerical Control) sistemleri ortaya çıktı. CNC, basit NC fonksiyonlarını sağlayabilen ve bir karar veren bilgisayar sistemi bulunduran tek makinelerden oluşan sistemdir. DNC, bazı işleme sistemleri tek bir bilgisayardan kontrol edilir. CNC çok daha yaygın hale gelmiştir. Nedeni, esnek olması ve daha ucuz yatırımlar gerektirmesidir. Uygulama alanları; metal işleme, kaynak ve lazer ışını ile kesmedir.

CNC sistemlerinin yazılımları aşağıdaki ana grupları içerirler;
1. Parça Programı
2. Servis Programı
3. Kontrol Programı
Parça Programı: Genel olarak parça geometrisi ve işleme sırasındaki teknolojik bilgileri içerir. Parçanın geometrisini yani takım yolunu ve kesme şartlarını tanımlar. Dönme hızı, ilerleme hızı, kesme hızı ve soğutma sıvılarını ve takım seçimlerini kapsar.
Servis Programı: Kontrol, düzeltme ve parça programının değiştirilmesi gibi işlemlerin yapıldığı ortamdır.
Kontrol Programı: Parça programını giriş bilgileri olarak alınarak, sinyallere dönüştürülüp hareket elemanlarına iletme işini yapar.

CNC kontrolleri özellikle 1980 'lerde daha güçlü ve kullanımı kolay bir hale gelmiştir. Test ve simulasyon gibi modüllerin eklenmesi ile daha güvenli işlem yapabilme olanağı sağlanmıştır. Modern makine konrolleri yerel ağlarla (Local Area Network-LAN) diğer sistemler ile bilgi alış-verişi yapabilmektedir. Bu şekilde esnek imalatlar sistemlerin gelişmesi kolaylaşmıştır. NC sistemleri, tornalama, frezeleme, delme, taşlama, delik genişletme ve EDM (Electro Discharging Machine) makinelerinde başarı ile uygulanmaktadır.

CNC'lerin genel olarak kullanım alanları üç ana grupta toplanabilir;

1. İşleme Merkezi: Birkaç iş aynı tezgahta yapılabilmektedir. Freze, delme ve delik genişletme gibi.
2. Tornalama Merkezi: Otomatik takım değiştirme sistemini de kapsayan tornalama işlemlerinin yapıldığı tezgah.
3. İşleme ve Tornalama Merkezi : Tornalama, frezeleme, delik delme, delik genişletme, taşlama gibi operasyonları kapsayan tezgahlar
4. Diğer NC makineler: Kaynak makineleri, çizim makineleri, muayene sistemleri, EDM, Laserle kesme gibi..

1.1. NC'nin Temelleri

Tipik bir NC ve CNC sistemi parça programına ihtiyaç duyar. Bu program bloklar halinde düzenlenir. Her blok sayısal bilgi içerir. Bu bilgiler parça geometrisi ve işlemeye bağlı teknolojik bilgileri kapsar. Klasik işleme ile NC sistemi karşılaştırıldığında; Klasik yöntemde, bir operatör parçayı istenilen şekilde işler. Kesme işlemi operatörün görmesi ve karar vermesi ile gerçekleştirilir. NC sistemde tecrübeli bir operatöre ihtiyaç yoktur. Yalnızca işlemlerin monitörden izlenmesi gereklidir. Bunun yanında parçanın tezgaha bağlanması ve alınması gereklidir. Parça programı manual olarak veya bilgisayar destekli bir dilde (Automatically Programmed Tool Language-APT) yapılabilir.

NC ve CNC makinelerda her eksen hareketi ayrı bir tahrik devresi ile kontrol edilir. Tahrik için bir DC motor, hidrolik aktuatör veya step motor kullanılabilir. Bunların seçimi istenilen güce göre değişir. Her hareket ekseninin ayrı bir kontrol çevrimi vardır. CNC sistemlerde iki tür kontrol devresi vardır. Kapalı kontrol devresinde mevcut pozisyon ile istenilen pozisyon karşılaştırılıp aradaki hata 0 (sıfır)'a getirilmeye çalışılır. Bu negatif bir geri besleme türüdür. Kontrol ünitesinden çıkan sinyaller, bir komparatör yardımıyla motora verilir; motor ve iletim sistemi kızakla birlikte harekete geçer. Sezgi elemanı sürekli olarak kızağın gerçek konumunu ölçer ve komparatöre geri gönderir, burada gerçek değer ile istenilen konum karşılaştırılır. Farka göre motor yavaşlatılır veya hızlandırılır. Açık kontrol devresinde motora verilen sinyaller, motora ve buna bağlı olan ilerleme sistemini harekete geçirir ve kızak istenilen konuma gelir. Burada hareketi kontrol eden bir sezgi elemanı yoktur. Kızağın tam olarak istenilen konuma gelmesi bu sistemde ancak step motor ile mümkündür [2].

1.2. NC Sistemlerinin Avantajları

NC sisteminde insan faktörü azaltılarak hatalar minimum seviyeye indirilebilir. Bu sistemde bir operatör bir kaç makineye bakabilir. Klasik metotta bir adımdan diğer adıma geçerken bir duraklama yaşanır. Çünkü operatör kesmenin doğru olup olmadığını anlamak için ölçüm yapmak zorundadır. Operatörün yorulması ile üretim hızı düşer. NC sistemde böyle bir problem yoktur. Çünkü doğruluk her zaman nümerik kontrolle sağlanır. NC sisteminde yüksek doğrulukta parça üretilebilir. Karmaşık parçalar kolay ve doğru bir şekilde üretilebilir. Genel olarak özellikleri aşağıdaki şekilde özetlenebilir.

Programlama ise şu şekilde gerçekleştirilebilir:

Programlama işlemi şu an kullanılan CAD/CAM sistemlerinde otomatik olarak gerçekleştirilir

APT dili:

Bir NC program elde etmek için bilgisayar dilinde yazılan ve bilgisayar tarafından işlenen talaş kaldırma işleminin bir ifadesidir. APT dili günümüzde kullanılan CAD/CAM sistemlerinin temelini oluşturmaktadır. APT programı esasen CLDATA (CL=cutter location) denilen ve takım yolunu belirten genel bir çözüm verir. Bu çözüm postprosesör denilen bir işlemle, çeşitli kontrol sistemlerine sahip CNC tezgahlarına uygulanır.

APT programlama dili şu kısımlardan oluşur:
1. Program komutları
2. Geometrik komutlar
3. Teknolojik komutlar
4. Takım hareket komutları
5. Matematiksel komutlar
6. Yardımcı komutlar
7. Postprosesör komutları

APT programlama dili 600 kelimeden fazla kelime içerir. Bunlar kullanılarak parça tanımlanır. Bazıları şunlardır; POINT, PLANE, CIRCLE, CYLINDER, ELLIPS, HYPERB, CONE ve SPHERE.Program satırları genel olarak komut kelimesi ve konum bilgilerini içerirler.

APT dilinde programlamanın üç dezavantajı vardır.
1. Programcı APT dilinin yapısını ve komutlarını öğrenmek zorundadır.
2. Programcı mühendislik çizimlerini okuyabilmek ve parça geometrisini APT dili için tanımlamak zorundadır.
3. Programcı programladığı takım yolunu kafasında canlandırmalıdır.

1.3. Sistem Yapısı - Kontrol Tipleri

CNC sistemleri PTP (Point to Point) ve CP (Continuous Path/Contouring Systems) olarak ikiye ayrılabilir. Tipik bir PTP sistemi CNC delme makinesinde görülebilir. Delme operasyonunda, makinenin tablası delinecek nokta tam olarak takımın altına gelene kadar hareket eder ve sonra delik delinir. Takım sayısal olarak tanımlanan noktaya hareket eder ve durur. CP ve CNC makinelerda, eksen hareketi gerçekleştirilirken takım işleme devam eder (frezede olduğu gibi..). Tüm eksenlerin hareketi eş zamanlı ve farklı hızlarda hareket edebilir.

1.4. Adaptif Kontrol (Adaptive Control-AC)
Bazı CNC tezgahların donatıldığı AC sistemi; tezgahı belirli bir parametreye göre optimum şekilde çalıştırır. Ek bir kontrol sistemi olan AC sınırlayıcı ve optimal olmak üzere iki gruba ayrılır. Sınırlayıcı adaptif kontrol (AC Constrain -ACC) sisteminde, talaş kaldırma işlemini etkileyen bir faktör, belirlenen bir değerde sabit tutulmakta aynı anda diğer faktörler sınırlanmaktadır. Sabit tutulan faktör: kesme kuvveti, motor gücü, yüzey kalitesi vb. olabilir. Bu değer sistem için referans değerdir. Optimal Adaptif Kontrol (ACO) sisteminde maksimum verimlilik veya minimum işleme maliyeti gibi faktörlere bağlı olarak belirlenen optimum kesme hızı, optimum takım ömrü veya aşınması gibi bir kriter tayin edilir ve tezgahın çalışması bu kritere göre gerçekleştirilir.

Metal kesme işlemleri için AC sistemi CNC'nin mantıksal bir uzantısıdır. CNC sistemlerinde takım ve iş parçası arasındaki mesafe kontrol edilir. Parça programcısı kesme hızı ve ilerleme hızını belirlemek zorundadır. Bu kesme parametrelerinin tanımlanması tecrübenin yanında iş parçası, takım malzemesi, makine özellikleri, soğutma etkileri gibi faktörlerin bilinmesine bağlıdır. Kesme parametrelerinin seçimi direk olarak ekonomiklik faktörünü, ürünün boyutsal doğruluğunu, yüzey düzgünlüğünü, takım aşınma oranını ve takımın kırılmasını etkiler. AC 'da bu üretim ve ürün kalitesine bağlı faktörlerin işleme sırasında iyileştirilebilir. Bu işlem değişkenlerinin gerçek zamanlı olarak ölçülerek kontrol edilir [1,2].

2. CAD/CAM Sisteminin Fonksiyonları:

CAD, bilgisayar sistemlerinin kullanılarak parça oluşturma, değiştirme, analiz ve tasarımın optimizasyonu gibi işlemleri kapsamaktadır. Bu sistemler yazılım ve donanım kısımlarından oluşur. Yazılım olarak, parçaların gerilme-şekil değişimi analizinin yapılabildiği programlar, mekanizmaların dinamik cevapları, ısı transferi hesapları ve NC parça programlama gibi örnekleri verilebilir.

CAM, bilgisayar sistemlerinin planlama, yönetme ve bir imalat sürecinin kontrolünde doğrudan veya dolaylı olarak kullanılarak yapılan işlemleri kapsamaktadır. İmalatta CAM örneği olarak NC parça programlamanın bilgisayar yardımıyla yapılması verilebilir. CAD/CAM teknolojisi tasarım ve imalatın daha fazla entegrasyonu yönünde gelişmektedir. CAM aşağıda sıralanan fonksiyonları yerine getirebilmektedir.

Bu fonksiyonlar aşağıda açıklanmıştır.

Tasarım: Tasarımcı kafasındaki fikirleri bir grafik ekranına yansıtabilir (Şekil 1). Parçaların birbirine uygunluğunu görülebilir. Parametrik tasarım gerçekleştirilerek benzer ürün ağacından parçaların tasarımı için süre kazanmış olur. Değişken parametreler girilerek istenilen tasarım parametrik olarak elde edilebilir. Bu parametreler optimize edilebilir veya diğer bazı özelliklerin fonksiyonu olarak tanımlanabilir.

Şekil 1. "Kapak" adlı parçanın katı modeli

Analiz olanakları: Tasarlanan parçanın ve onun kullanılarak oluşturulduğu montajın kütlesel özellikleri tespit edilebilir ve sonlu elemanlar yöntemi (Finite Element Method -FEM, Finite Element Analysis - FEA) kullanılarak çok amaçlı analizler yapılabilir.

Kütlesel özellikler olarak; montajı oluşturan her bir parçanın ağırlığı, kesit atalet momenti, bir noktaya göre kütlesel atalet momenti, ağırlık merkezi gibi büyüklükler kolayca elde edilebilir. Yine bu büyüklükler parametrik olarak tanımlanabilir. Parçanın bir boyutuna veya özelliliğine göre tanımlanabilir ve optimize edilebilir. Aşağıda Şekil 2'de görülen kapak adlı parçanın kütle özellikleri ilgili yazlımdan çıkarılmıştır.

Şekil 2. Parçanın kütlesel özellikleri

FEA (Finite Element Analysis):

FEA ile gerçek işlemede ortaya çıkan sıcaklık ve gerilme gibi faktörlerin simulasyonu gerçekleştirilebilir. FEA ile mekanik bileşen ve yapıların lineer statik, dinamik, ısı transferi ve potansiyel akış davranışları modellenip analiz edilebilir. Burada amaç; daha kısa geliştirme süreleri ve düşük maliyetlerdir. FEA ile ürün veya model üzerinde yapılması gerekli denemeler bilgisayar ortamına kaydırılmış olur. Bu maliyeti düşüren bir etkendir. FEA aynı zamanda fiziksel ve matematik problemleri de temsil eder ve belli yaklaşımlar dahilinde fakat kabül edilebilir çözümler sağlayan nümerik metotlar kullanılır.

FEA ile elde edilen analiz sonuçları tasarıma uygulanır (Şekil 3).

Şekil 3. Tasarım sürecinde FEA

FEA temel olarak üç safhada gerçekleştirilir.

FEA aşağıdaki özelliklere sahiptir;

Şekil 4. Bir FEA Modeli, (Solda küçük elemanlara bölünmüş model, sağda sınır şartlar altında parçanın analiz sonuçları görülmektedir)

Çizim: Tasarlanan parçanın grafik ekranda oluşturulması.

Bilgisayar Destekli Süreç Planlama (Computer Aided Process Planning -CAPP): Her parça ürün ağacı için standart bir işlem planı yapılır. Bu plan bilgisayarda saklanır. Daha sonraki aynı ürün ağacında yeni parçalar için bu plan kullanılır. Bazı yeni parçalar için düzeltme gerekebilir. Bu, parçanın standarttan farklı olması durumunda yapılır.

Parça Programlama: Parça geometrisi tanımlanarak bir veri tabanı oluşturulur. Parça programı otomatik olarak oluşturulur. Bunun için APT türü programlama teknikleri kullanılabilir. Oluşturulan NC programlar APT/CL (cutter location) dosya formatında saklanır.

Program Doğrulama:

CNC tezgah kullanıcıların, NC programlarının hazırlanmasından sonra üretime geçmeden önce daima zihinlerinde bir soru işareti kalır. "NC program gerçekten istenildiği gibi çalışacak mı?" Bu sorunun cevabını almak için genelde yapılan işlem, deneme kesimi yapmaktır. Bu işlem şirket için yüksek maliyetlidir ve büyük zaman kaybıdır. Kesim zamanı, kesim maliyeti ve herhangi bir hatada hatanın giderilmesi kalıp üreticilerine masrafı çok fazladır. Bu deneme kesimine son verecek en iyi çözüm yapılmış NC programın bir simülasyonunun izlenmesidir. Çıkarılan parça programının işleme sokulmadan önce simülasyonunun izlenmesi yararlıdır (Şekil 5). Muhtemel büyük hatalar bu şekilde önlenebilir. Bu şekilde malzemenin kesim işleminde yerleştirilmesi, kesme programı ve parametrelerinin kontrolü yapılmış olur.

Şekil 5. Bir CAM yazılımında freze program doğrulama modülü

Parçanın grafik gösterimi tel kafes, yüzey model, katı model veya gölgelendirilmiş imaj şeklinde olabilir. Genelde takım yolu simülasyonunda parçanın tel kafes gösterimi kullanılır.

Parça İşleme: CAD/CAM sistemleri operatör için açıklamalar yönünden destekler. Bu bilgiler işleme ayarlarını (ilerleme ve hızlar) içerir. İleri bazı sistemlerde bu işlem grafik formatta yapılır.

Muayene: Karmaşık yüzeylere sahip parçaların muayenesinde kullanılır. Takımın aşınması geri beslemeli bir kontrol devresi ile gözlenebilir.

İşlemede CAD/CAM sistemlerinin kullanılmasının yararları özet olarak aşağıda verilmiştir;

3. CAD/CAM Uygulamaları

CAD/CAM entegrasyonunun iyi bir şekilde sağlanmasıyla ürün kalitesi, maliyet ve sürelerde avantajlar elde edilebilir. Üründe veya imalatı sırasında ortaya çıkabilecek bir çok sorun daha CAD aşamasındayken kolaylıkla giderilebilir. Tasarım ve imalat sürecinde oldukça yüksek esneklik sağlar. İlk yatırım maliyetleri göreceli yüksek olsa da zamanla üretici kara geçecektir.

3.1. Otomotiv Sektöründe
Otomobil üreticileri bilgisayar tabanlı sistemleri kullanarak ürün kalitesini arttırmak ve kısa geliştirme zamanları elde etmeyi amaçlarlar. Şekil 6 'da, ürün geliştirme işlemlerinin ve bir araç tasarımında kullanılan destek sistemleri gösterilmiştir. Tasarım işi öncelikle fikir oluşturma (conseptualization) ile başlar ve ürün planlama ile devam eder. Bir otomobil temel üç bölümden meydana gelir. Bunlar; Motor bölümü, arka bagaj ve yolcu bölümü. Gövde resimleri model oluşturmada (prototip) kullanılır. Bu prototipler test edilir ve test sonuçları geri beslemeli olarak parça resimlerinde gerekli değişikliklere kadar gider. Bu akış aşağıdaki şekilde gösterilebilir [3].

Şekil 6. CAD/CAM ve ürün geliştirme uygulaması

3.2. Enjeksiyon Kalıbı Tasarımında

Seri üretimi yapılacak bir plastik tür malzemenin kalıbı çok önemlidir. Tasarım maliyetleri ve süresi düşünüldüğünde hatalar en aza indirilmiş olmalıdır. CAD/CAM entegrasyonu ile bu işlem daha kolay ve ucuz bir şekilde yapılabilmektedir. Bütün işler üretilecek parçanın CAD resminin oluşturulması ile başlar. Değişik katı model oluşturma ve yüzey modelleme işlemleri ile parça tasarımı kolaylıkla yapılabilir.

Parça tasarlandıktan sonra üretimi için kalıp tasarımına geçmek gerekir. Ancak bu plastik enjeksiyon üretiminin başarılı olup olamayacağının baştan bilinmesinde yarar vardır. Aksi halde imal edilecek pahalı kalıplar ve seçilecek plastik malzeme başarısız kalabilir. Bu nedenle parça tasarımı sonrası imalatın bir benzetimini yapmak gerekebilecektir. Bu tür çalışmalar geliştirilmiş özel programlar kullanılarak yapılabilir. Programın kullanılması için parçanın üzerine bir ağ geçirmek (meshing) gerekir. Sonra, plastik enjeksiyon işleminin benzetimi gerçekleştirilebilir. Burada kalıp boşluğuna zamana bağlı olarak erimiş plastik malzemenin nasıl dolduğunu görmemiz yararlı olacaktır. Yine aynı şekilde parçanın soğuma durumu ve ortaya çıkacak ürünün çekme ve çarpılma durumlarını da gözlemlemek bize kalıp tasarımında yarar sağlayacaktır (Şekil 7).

Şekil 7. Malzeme akış (doldurma "solda"), soğuma "ortada" ve çekme-çarpılma analizleri

Benzetim çalışması ile kalıbın tamamen doldurulup doldurulamayacağı kontrol edilmiş olur. Bunun yanında kalıp dolduğunda parça üzerindeki sıcaklık dağılımını da görebilmeleri yaralı olmaktadır. İmalat hızının yüksek olması parçanın kısa zamanda kalıptan çıkarılması gibi faktörler bunu gerektirir. Plastik enjeksiyon işleminde sıvı ve sıcak olan plastiğin kalıp boşluğunun her tarafını doldurması istenir. Yani parçanın tam olarak elde edilmesi gerekir. Bunun için enjeksiyon basıncının iyi ayarlanması gerekir. Kalıp tasarımcılarının bu nedenle basınç dağılımını da incelemeleri gerekebilir. Bu da özel programdan elde edebilir. Tasarımcı tüm bu bilgileri kullanarak homojen bir dağılım sağlayabilir. Gerekli hallerde enjeksiyon noktası birden fazla verilebilir, kalıbı soğutma/ısıtma yöntemleri düzenlenebilir, yolluklar uygun şekilde tasarlanabilir.

3.3. Hızlı Prototip İmalatında

Bir fikrin tasarıma dönüşmesi için modelinin oluşturulması zorunludur. Grafik ekranda oluşturulan modeller bir yerden sonra ürünü tam olarak gösterebilme noktasında yararlı olamayabilir. Bazı geometrik ve fonksiyonel nedenler o tasarımın modelini gerekli kılmaktadır.

Genelde test aşamasının daha düşük maliyette ve kısa zamanda yapılabilmesi için model üzerinde yapılacak analiz ve simulasyon işlemleri daha büyük önem taşır (Şekil 8).

Şekil 8. Tasarım süreci ve prototip

Ürün geliştirme aşamasında modellere ve prototiplerin değişik formlarına ihtiyaç duyulur. Farklı ürün geliştirme aşamaları için de değişik şekillerdeki prototiplere örneğin; tasarım modeli, geometrik prototip, fonksiyonel prototip, teknik prototip ve üretim öncesi parça şeklinde ihtiyaç duyulur.Üretilecek eş parçaların birbirlerine fiziksel olarak uygunluğunun görülmesi, geometrik prototiplerle mümkün olmaktadır. Fonksiyonel test aşamasında 2...5 kadar fonksiyonel prototip üzerinde yapılan testlerle parçanın alması istenilen form veya mekanik özellikler kontrol edilir. Takip eden geliştirme aşamasında, uygulamaya bağlı olarak 3...20 adet teknik prototip kullanılır (Şekil 9).

Şekil 9. Ürün geliştirme sürecinde prototip türleri ve süreçler

Bilgisayar yardımıyla katı modeli oluşturulan bir ürünün prototipi saatler mertebesinde (parçanın büyüklüğü ve prototipleme cihazının hızına bağlı) elde edilebilir. Parçanın karmaşık olması bunu etkilemez. Klasik imalat ile elde edilmesi imkansız prototipler bu yöntemlerle çok kolay şekilde imal edilebilirler. Prototipler mümkün olduğu kadar sonuç parçaya uygun olmalıdır. Prototip üzerinde karar verilen değişiklikler, parçanın CAD modelinde yapılarak tekrar prototipi üretilir. Böylelikle parça veya kalıp üretildikten sonra çıkması muhtemel istenmeyen durumlar, daha tasarım aşamasında iken çözülmüş olur. Bu amaçla bir çok hızlı prototip üretim yöntemleri ortaya çıkmış ve ülkemizde de yaygın hale gelmiştir. Bu teknolojilerden bazıları şunlardır; Stereolitografi (SL-Stereolithography), Eritilmiş Malzeme Yığma (FDM-Fused Deposition Modelling), Tabakalı Nesne İmalatı (LOM-Laminated Object Manufacturing), Seçici Lazer Sinterleme (SLS-Selective Laser Sintering) ve Katı Tabaka Kurutma (SGC-Solid Ground Curing) [4,5].

4. Sonuç ve düşünceler

CAD/CAM sistemleri ülkemizde imalatın bir çok alanında yoğun bir şekilde kullanılmakta ve yaygınlaşmaktadır. Teknolojinin birçok alanında olduğu gibi bu alanda da biz, mevcut sistemleri kullanır pozisyonundan ileri gidememişizdir. Yeterli eleman ve bilgi altyapısı olduğunu düşündüğümüz halde teknoloji üretimi istenilen düzeyde başarılamamıştır. Özellikle yazılım alanında, kaynakları kendinden ortaya konulmuş bir ürün hala yoktur veya çok özel şartlarda birkaç adedin (firmaların kendi çaplarında veya kişisel bazı modüller seviyesinde) üzerinde değildir. Mühendislik eğitimi ve daha da derinde tüm eğitim sistemimizle birlikte, tasarım ve imalat sektörünün mühendise verdiği önemin tekrar değerlendirilmesiyle bahsedilen teknolojileri üreten bir ülke olmak hiç te zor olmayacaktır. Bu yazının, en azından bu düşünceyi hatırlatması noktasında yararlı olacağını ümit etmekteyim.

Bu yazıyı gözden geçiren Dr. Şerafettin Engin'e teşekkürlerimi sunuyorum.

Kaynaklar

1. ASM INTERNATIONAL "Metals Handbook Ninth Edition ", Volume 16, 1989
2. AKKURT M., "Bilgisayar Destekli Takım Tezgahları (CNC) ve Bilgisayar Destekli Tasarım ve İmalat (CAD-CAM) Sistemleri ", Birsen Yayınevi, 1996
3. ASIA, K., TAKASHIMA S., "Manufacturing, Automation Systems and CIM Factories ", Chapman & Hall, 1994
4. YAĞMUR L., "Hızlı Prototip Üretim Teknolojileri", Y. Lisans Tezi, İTÜ,1997
5. PFEIFER T., EVERSHEIN W., "Manufacturing Excellence", Chapman & Hall, 1994