Ozgün bir şekil bellek alaşım (ŞBA) tabanlı esnek kompozit eyleyicinin tasarımı, üretimi ve denetimi

Yumuşak eyleyicilerle pek çok alanda, sıklıkla karşılaşılmaktadır. İstenen harekete uyum sağlayabilen, değdiği materiyale zarar vermeyen özellikleri tasarımcılara birçok fikir vermektedir. Bu tezde, bu nevi yumuşak kompozit bir eyleyici, spiral, ortaya çıkarılmıştır. Tasarım, geometrisi, işlevselliği, tahrik mesafesi ve kıskaç tipi eyleyici tasarımında otomatik hareket sağlaması ile özgündür. Tasarıma giden süreçte, öncelikle, tasarımın temel bileşeni olan, tahriki sağlayan şekil bellek alaşımın (ŞBA) bir malzeme olarak davranışına dair olgular ele alınmaktadır. Bu çalışmada, eyleyici olarak ŞBA tel kullanılmaktadır. ŞBA malzemeler termomekanik özellik göstermektedir. Yani, mekanik tahrik, telin ısınması ile sağlanmaktadır. ŞBA malzemenin faz geçişi ısınırken ve soğurken farklı eğriler takip etmektedir; yani, davranış histeriktir. Bu nedenle, model her iki durum için ayrı ayrı oluşturulmaktadır. Martensitten östenite, östenitten martensite faz değişimlerini modellemek için değişimlerin başladığı bittiği sıcaklıklara ihityaç duyulmaktadır. ŞBA malzemelerin bir diğer özelliği ise faz değişim sıcaklıklarının tele asılan yüke göre de değişmesidir. Dolayısıyla, çalışmada, telin karekterizasyonu yapılmaktadır. Termomekanik özelliğini modelleyen bünye denklemlerinin de ilk basamağı termal modeldir. Bu çalışmada ısı iletim modelinin öz ısısının, faz değiştirme sabitinin ve ısı yayım sabitinin yinelemeli en küçük kareler (YEK) yöntemi ile kestirilebileceği gösterilmektedir. Isı yayım sabiti, ortama göre değiştiği için belirlenmesindeki nipeten karmaşık matematik yerine, kestirliebilir oluşu özellikle önemlidir. Yine, öz ısı ve faz değiştirme sabiti de malzeme sağlayıcıdan her zaman ulaşılabilen sabitler değildir. Çalışmada, iki farklı tel için yöntemin işlevselliği gösterilmektedir. Ayrıca, ısı iletimi denkliğine, faz değiştirme ısısı teriminin eklenmesi ile bir telde \%28, diğerinde \%35 kadar model iyileşmesi olabildiği de anlaşılmaktadır. ŞBA telin axial yükleme altında denetimi üzerinde çalışılmıştır. PI denetleyici ile referans takibi sağlanmaktadır. Artan referans frekansı ve faz değişimi olan/olmayan bölgelerde denetleticinin başarımı ayrı ayrı sınanmıştır. Ayrıca, denetleyicinin, değişen yük altında da gürbüz bir başarım sergilediği görülmektedir. Bu çalışmada, yumuşak kompozit yapı oluşturulurken kullanılan malzeme termoplastik poliüretandır (TPU). Spiral geometri 3B yazıcı ile elde edilmektedir. Kürleme, kalıplama gibi külfetli, muadil kompozit üretim yöntemlerine göre, bu teknik, üretimi hayli kolaylaştırılmaktadır. Spiralin içe katlı yapısı elastik bir özellik sağlamaktadır. Yumuşak ana yapıda kullanılan TPU esnekliğiyle de birlikte, tahrikinin ardından kompozit yapı başlangıç konumuna geri dönebilmektedir. Başka bir deyişle, bu özgün geometri sayesinde çift yönlü bir eyleyici elde edilebilmektedir. Spiral, düzlemde eğrisel hareket etmektedir. Ayrıca, TPU esnekliği ile ŞBA histerisi birleştiğinde, kompozit yapının fazlasıyla doğrusal olmayan bir tepki üreteceği ön görülebilmektedir. Buna rağmen, düzlemde, tek eksen yönünde alınan mesafe verisi geri beslemesi olmak üzere, spiralin serbest ucunun kontrolü PID ile sağlanmaktadır. İki adet spiral kullanılarak, yük taşıyıcı kıskaç uygulaması önerilmektedir. Benzer tasarımlarda, tutunma sonrası, yükü kavrayan eyleyici sistemi kullanıcı tarafından yukarı doğru hareket ettirilmekteyken, çift spiral ile 6.5gr'lık bir yük otomatik olarak 6.5mm kadar yükseltilebilmektedir. Son olarak, YEK yöntemi spiral için de uygulanmaktadır. Buna göre, spiral için ısı iletimi denkliği, doğal ısı yayımını tek kayıp olarak almaktadır. Denklik, YEK ile kestirilen parametreler sayesinde, ölçülen sıcalıklarla örtüşen sonuçlar vermektedir. Dolayısıyla, hem kestirilen parametrelerle YEK'nin etkinliği, hem de, model ile ölçüm karşılaştırılarak, ısı iletim modelinin spiral için uygunluğu gösterilmektedir.