Title: Design of a Real-Time Tracking System to Eliminate 3D Printing Errors Caused by Thermoplastic Materials

Abstract: Material-related printing errors are frequently encountered in 3D printers based on the Fused Filament Fabrication (FFF) technology. When the materials used are investigated, materials such as PLA, ABS, and Nylon are generally preferred at affordable prices. However, printing problems may occur due to the mechanical characteristics difference between the materials. Among the main reasons for this are parameters such as material characters, melting temperature, and extrusion speed. These errors cause problems such as filament breaking, nozzle clogging, and filament falling out of the holder. As a result, the filament flow is interrupted, and the printing process continues without extrusion of the filament because the 3D printer cannot detect this flow. 3D printers on the market do not have a system to detect possible printing errors. Therefore, in this study, a system design measures the filament weight via a load sensor and informs the user has been performed. 3D printers could stop the printing process since they can detect possible errors in advance with the developed system and prevent electricity consumption and time loss. In addition, the amount of used and remaining filaments, which are not yet common in 3D printers, can be followed by the user.

Keywords: 3D printer; printing problems; real-time tracking; thermoplastic materials; weight measurement

Başlık: Termoplastik Malzemelerin Neden Olduğu 3B Baskı Hatalarını Ortadan Kaldırmak İçin Gerçek Zamanlı Bir Takip Sistemi Tasarımı

Özet: Eriyik Filament ile imalat (FFF, Fused Filament Fabrication) teknolojisine dayanan 3B yazıcılarda malzeme kaynaklı baskı hataları sıklıkla karşılaşılmaktadır. Kullanılan malzemeler incelendiğinde genel anlamda en çok PLA, ABS, Naylon gibi malzemeler uygun fiyatlarıyla tercih edilmektedir. Bununla beraber malzemeler arasındaki mekanik karakterleri farkında da kaynaklı yazdırma problemleri oluşabilmektedir. Bunun başlıca sebepleri arasında malzeme karakterleri, eritme sıcaklığı ve ekstrüzyon hızı gibi parametreler yer almaktadır. Bu hatalar filament kesmesi, nozzle tıkanması, filamentin tutucundan düşmesi gibi sorunlara yol açmaktadır. Sonuç olarak filament akışı kesilmekte ve 3B yazıcı bu akışı algılayamadığı için baskı işlemi filament eritilmeksizin devam etmektedir. Piyasada bulunmakta olan 3D printerlarda olası bir baskı hatalarını algılayabilecek bir sistem bulunmamaktadır. Bu yüzden, bu çalışmada yük sensörü yardımı ile filament ağırlığını ölçen ve kullanıcıyı bilgilendiren bir sistem tasarımı gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen sistem ile 3B yazıcılar olası hataları önceden algılayabildiği için işlemini durdurarak elektrik sarfiyatını ve zaman kaybını önlemektedir. Bunun yanında 3B yazıcılarda henüz yaygın olmayan kullanılan ve kalan filament miktarları kullanıcı tarafından takip edilebilmektedir.

Anahtar kelimeler: 3 boyutlu yazıcı; baskı problemleri; gerçek zamanlı takip; termoplastik malzemeler; ağırlık ölçümü

• Attaran M. The rise of 3-D printing: The advantages of additive manufacturing over traditional manufacturing. Business Horizons 2017; 60(5): 677-688.
• El-Sayegh S, Romdhane L, Manjikian S. A critical review of 3D printing in construction: Benefits, challenges, and risks. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2020; 20(2): 1-25.
• Selek MB, Solmaz A, Cetintas A, Ugur K, Isler Y. Design of 3D digitization integrated robotic arm to help clinical applications. Journal of Intelligent Systems with Applications 2019; 2(2): 162-166.
• Khan MF, Alam A, Siddiqui MA, Alam MS, Rafat Y, Salik N, Al-Saidan I. Real-time defect detection in 3D printing using machine learning. Materials Today: Proceedings 2021; 42: 521-528.
• Kutlu Y, Alanoglu Z, Gokcen A, Yeniad M. Raspberry pi based intelligent robot that recognizes and places puzzle objects. Journal of Intelligent Systems with Applications 2019; 2(1): 85-89.
• Lambos N, Vosniakos GC, Papazetis G. Low-cost automatic identification of nozzle clogging in material extrusion 3D printers. Procedia Manufacturing 2020; 51: 274-279.
• Soriano Heras E, Blaya Haro F, De Agustín del Burgo JM, Islán Marcos M, D’Amato R. Filament advance detection sensor for fused deposition modelling 3D printers. Sensors 2018; 18(5): 1495.
• Sani RA, Maha AI. Konstruksi timbangan digital menggunakan load cell berbasis arduino uno dengan tampilan lcd (liquid crystal display). EINSTEIN (e-Journal) 2018; 5(2): 1-6.
• Altan U, Gokcen A, Kutlu Y. An integrated incubator module for pediatric patient monitoring systems. Journal of Intelligent Systems with Applications 2019; 2(2): 106-110.
• Demir E, Gokcen A, Kutlu Y. Android controlled mobile robot design with IP camera. Journal of Intelligent Systems with Applications 2019; 2(2): 157-161.
• Selek MB, Uzal VA, Isler Y. Arduino based probe bag alert system design. Journal of Intelligent Systems with Applications 2020; 3(1): 20-24.
• Yasar B, Isler Y, Topaloglu Avsar N. Manufacturing multicolor led-based phototherapy device with a novel 3d design. Journal of Intelligent Systems with Applications 2021; 4(2): 120-124.
• Al-Mutlaq SARAH, Wende A. Load cell amplifier HX711 breakout hookup guide. Retrieved from Sparkfun Start Something Website from https://learn.sparkfun.com/tutorials/load-cell-amplifier-hx711-breakouthookupguide/introduction
• Itikala V. Arduino Weighing Machine Using Load Cell and HX711 Module 2021; SSRN 3918720.