Optimizasyon algoritmaları kullanılarak üç boyutlu yazıcının modele dayalı denetimi

Üç boyutlu (3B) biyo-yazıcılar, rejeneratif tıp ve doku mühendisliği alanlarında özellikle kulak, burun ve yüz-çene protezlerinin biyo-baskılarında yoğun şekilde kullanılmaktadır. Modelden modele farklılık gösteren baskı hataları yapay doku ve organların biyo-baskısında sıklıkla görülmektedir. Modelin yüzeyinde meydana gelen hatalar yazdırılacak organın verimli kullanımına engel olmaktadır. Yapay doku ve organ biyo-baskısı sürecinde meydana gelen hataların en aza indirilebilmesi için 3B yazıcının kontrolcü performansının iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, yapay doku ve organların biyo-baskısı için Balina Optimizasyon Algoritması (Whale Optimization Algorithm-WOA) tabanlı yeni bir uyarlanabilir PID kontrolcü geliştirilmiştir. Yerel minimumlardan kaçınmak ve kontrolcünün geçici durum yanıtını iyileştirebilmek için WOA algoritması tercih edilmiştir. Önerilen algoritmanın yakınsama hızı PID kontrolcünün parametrelerinin hızlı ve doğru şekilde ayarlanabilmesine olanak sağlamaktadır. Geliştirilen WOA tabanlı uyarlanabilir PID kontrolcünün performansı, performans metriklerinden biri olan zaman ağırlıklı karesel hatanın integrali (Integral of Time multiplied Squared Error-ITSE) yardımıyla ölçülmüştür. 3B yazıcı için önerilen kontrolcünün performansı, klasik PID ve Genetik Algoritma (Genetic Algorithm-GA) tabanlı PID kontrolcülerin performansı ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlardan, önerilen WOA tabanlı uyarlanabilir PID kontrolcünün 3B yazıcının geçici tepkisini önemli ölçüde iyileştirdiği ve yazdırılan burun ve kulak gibi organlardaki yüzey hatalarını ve baskı sürelerini en aza indirdiği görülmektedir. Önerilen WOA tabanlı uyarlanabilir kontrolcü algoritması özgün olarak tasarlanan 3B yazıcı üzerine gömülerek kulak ve burun gibi organların baskıları alınmıştır. Yazdırılan organ baskıları klasik PID ve GA tabanlı PID kontrolcü algoritmaları ile yazdırılan modeller ile kıyaslanmıştır. WOA tabanlı uyarlanabilir PID kontrolcünün diğer kontrolcü algoritmalarına kıyasla hem baskı süresinde hem de yüzey hatalarının en aza indirilmesinde oldukça başarılı olduğu gözlemlenmiştir.