Üretim teknolojisinde yeni fenomen ''Katmanlı Üretim''

Katmanlı üretim teknolojisi (Additive Manufacturing Technology)

Havacılık dahil yüksek teknoloji üretim yapılan birçok sektörde üretim ve sanayi anlayışını kökünden değiştirecek bir niteliğe sahip katmanlı üretim teknolojisi ve bu teknolojinin sebep olacağı sanayi dönüşümü yavaş yavaş dünyayı sarmaya başladı.İmalat aşamalarını aşağıdaki şemada kısaca göreceğiniz bu yöntemde imal edilecek parçalar mevcut üretim teknolojisinin aksine parçadan eksiltme yapılarak değil üst üste ekleme yöntemi kullanılarak üretiliyorlar.Bu sayede herhangi bir takım veya fikstür kullanılmadan ve atık malzeme ortaya çıkarmadan oldukça karmaşık geometriye sahip parçaların imalatı mümkün olmaktadır.

18. yüzyılın sonlarında İngiltere'de tekstil sektörüyle başlayan 1.sanayi devriminin ardından 20. yüzyılın başlarında Henry Ford'un hareketli seri montaj hattı ile 2.sanayi devrimi gerçekleşmişti. Þimdilerde ise dijital imalat (3 boyutlu imalat, katmanlı imalat) ile gelen 3. sanayi devriminden söz edilmektedir [1]. Sanayide geçerli olan azaltarak imalata (subtractive manufacturing) henüz rakip olamasa da, katmanlı veya ekleyerek imalatın (additive manufacturing) payı özellikle havacılık ve tıp alanında hızla artmaya başlamıştır. Boeing, Airbus, GE Aviation gibi büyük havacılık şirketleri, katmanlı imalat proseslerini ve malzemelerini uçuş için kalifiye etmek amacıyla yoğun olarak çalışmaktadırlar. Örneğin Boeing şu anda F15 Silent Eagle gibi askeri ve 787 Dreamliner gibi sivil jetler dahil 10 platformda 200'den fazla katmanlı imalat parçası kullanmaktadır [2]. Büyük bir potansiyeli olduğu ve artık ciddi bir imalat yöntemi olarak düşünülmeye başlandığı halde henüz yeterince yaygınlaşamadığı için lambadaki cine benzetilen bu imalat metoduyla ilgili bütün dünyada geliştirme çalışmaları vardır. Nitekim katmanlı imalat, 'Advanced Manufacturing Partnership' tarafından Amerika'nın imalat kabiliyetlerini ileriye taşıma potansiyeli en yüksek teknoloji olarak belirlenmiş ve yaygınlaştırılmaya başlanmıştır.

KATMANLI İMALAT NEDİR?
Bloktan keserek malzeme azaltmaya dayalı geleneksel talaşlı imalatın aksine parçaların, eritilmiş birçok ince tabakayı üst üste sererek malzeme ekleme yöntemiyle elde edildiği bir grup teknoloji olup, ASTM F2792 standardı ile terminolojisi oluşturulmuştur (Additive Manufacturing Technology Standards) [3]. Katmanlı imalat, mühendislik dizayn dosyalarını değişik malzemelerden oluşan tamamen fonksiyonel ve dayanıklı objelere dönüştürmek için 3 boyutlu baskı yöntemini kullanmaktadır. Bir tabakanın partikülleri ısı veya kimyasallarla yapıştırılır yapıştırılmaz yeni tabaka eklenmekte ve yapıştırma işlemi tekrarlanmaktadır. Her bir tabakanın 3 boyutlu CAD modelle belirlenmiş geometriyi kusursuz olarak oluşturacak şekilde eritildiği bu teknolojide, herhangi bir takım veya fikstür kullanılmadan ve atık malzeme ortaya çıkmadan oldukça karmaşık geometriye sahip parçaların imalatı mümkün olmaktadır.

Kullanım amaçları farklı olan parçalar değişik firmalarda geliştirilmiş farklı bazı yöntemlerle imal edilmektedir. Bu yöntemlerin
en yaygın olanları seçmeli lazer eritmesi (selective laser melting, SLM), elektron ışınıyla eritme (electron beam melting, EBM), seçmeli lazer sinterleme (selected laser sintering, SLS), direkt metal lazer sinterleme (direct metal laser sintering, DMLS), elektron ışınıyla serbest şekil verme (electron beam free form fabrication, EBFFF), lazer tasarlanmış net şekillendirme (laser engineered net shaping, LENS) ve direkt metal çökeltisidir (Direct Metal Deposition, DMD).

Türkiye'deki durum

Türkiye'de havacılık alanındaki uygulama yok denecek kadar azdır. TUSAÞ'ta prototip atölyesinde bulunan 3D baskı makinalarıyla parçalar üretilmektedir. Diğer sektörlerde kurulu sistemler ise dünya genelinin yüzde 1'ini oluşturmaktadır. Bu sektörlerde cihazların bir kısmı devletin verdiği AR-GE teşvikiyle alınmıştır. İlk kez 1993 yılında Arçelik firması 1 adet SLA-250 alarak AR-GE bölümünün hızlı prototip kısmını kurmuştur. Günümüzde, Arçelik'e ait oto inşa makine parkı, çok sayıda ve farklı cihazların bir arada bulunması sebebiyle Avrupa'nın sayılı merkezlerinden biri haline gelmiştir. Goldaş firması geliştirdiği ürünlerin metal, plastik ve mum malzemeden 3D prototiplerini üretmekte ve kalıp imalatı öncesi tasarlanan ürünlerin fonksiyonellik ve ergonomi testlerini yapmaktadır [16]. Ülkemizin dünya ekonomisindeki payı dikkate alındığında katmanlı imalat uygulamalarının artan AR-GE, inovasyon ve ürün geliştirme çalışmalarına paralel olarak özellikle havacılık alanında daha da yaygınlaşması gerekmektedir.



http://www.mmo.org.tr/resimler/dosya_ekler/58d4fd11c87e43c_ek.pdf?dergi=1320

Bu üç video olayı sizlere daha kısa yoldan anlatacaktır.





http://www.mmsonline.com/videos/video-additive-manufacturing-at-morris-technologies

Bu o kadar da yeni bir teknoloji değil ki!

Hızlı prototipleme yönünden evet çok yeni değil ama son ürüne dönük üretim ve üretim esnasında kullanılan birleştirme-kaynak teknolojileri ile özel metalurjik işlemler yenilikleri oluşturan yönü.Burada bizim açımızdan önemli olan kısım savunma-havacılık gibi yüksek standartlarda çalışan bir sektöre yapılacak üretimlerin hassasiyeti ve dünyanın gittiği teknolojik istikameti yakalamak noktasıdır.2020 yılında büyük havacılık ve savunma firmaları üretimlerinin yarısını katmanlı üretim ile yapacaklar.TAI başta olmak üzere bu alana daha çok yatırım yapmak önümüzde FX gibi projeler varken geleceğimiz açısından oldukça önemli diye düşünüyorum.

Hızlı protiplendirme dışında da epeydir kullanıloyor bu yöntem. Bir ürünü oluşturan parçalar zaten çeşitli işlemlerden geçirilerek üretilir. Kaynakla birleştirme, özel metalurjik işlemler vs de bunun içerisinde.

Yerli ve milli savunma sanayiinde 3D dönemi.


Hayatımıza her geçen gün daha da giren 3 boyutlu yazıcılar farklı sektörlerde üretim anlayışını sil baştan değiştiriyor. Uzmanlar milli savunma sanayiinde kullanılan 3 boyutlu üretim sürecinin 'Milli Muharip Uçak' projesinde zirve yapacağı görüşünde.
Geçtiğimiz günlerde savunma sanayii sitelerine ABD'den önemli bir haber düştü... Donanma için üretim yapan bir şirket, radar anten ve bazı kritik parçaları 3 boyutlu yazıcı ile üretebildiğini duyurdu. Yakın zaman öncesinde de Fransız mayın gemisinin pervanesi yine bu teknoloji ile yapılabilmişti.

Katmanlı imalat havacılık için 'oyun değiştirici'

Sinan Þal, Türkiye'deki mevcut duruma geçmeden önce bu teknolojinin nasıl bir süreçten geçtiğini kısaca bilmenin faydalı olacağı görüşünde...

Katmanlı imalatın havacılık için 'oyun değiştirici' olduğuna dikkat çeken Þal'a göre bu teknoloji geleneksel imalat yöntemlerine kıyasla ağırlık, düşük maliyet ve tasarım özgürlüğü sunması nedeniyle bir devrim olarak görülüyor.

"Katmanlı imalat teknolojisi toz halindeki malzemenin katmanlar halinde birbiri üzerine ergitilerek katılaştırılması ile parça imalatı prensibine dayanıyor" bilgisini paylaşan Þal, katmanlı imalat ve 3D yazıcıların havacılık, otomotiv, sağlık, elektronik ve ürün geliştirmeye kadar neredeyse her sektörde kullanıldığını anlattı.

Þal'ın burada üzerinde durduğu temel konu; her ne kadar katmanlı imalat "3 boyutlu yazıcılar" olarak algılansa da işin pek de öyle olmadığı... 3D yazıcılar aslında katmanlı imalatın bir alt kümesini oluşturuyor.

Çok hızlı bir şekilde yayılıyor

Parçayı kesmek yerine malzeme ekleyerek üretildiğinden 'katmanlı' imalat olarak adlandırılan bu yeni imalat yöntemi, parçaların daha düşük maliyet ve ağırlıkta, daha az malzeme kullanılacak şekilde optimize edilmesine imkan veriyor.

Sinan Þal, katmanlı imalatın geleneksel imalat yöntemlerine göre daha güçlü, daha hafif parçaların ve sistemlerin daha kısa sürelerde oluşturulmasını sağladığının altını çiziyor.

İlk onay 2015'te geldi

2015 yılında Federal Havacılık Kurumunun (FAA) ticari motorlarda kullanılmak üzere 3D yazıcı ile üretilmiş ilk parçayı onayladığını söyleyen Þal, aradan geçen zaman içinde çok kritik parçaların 3D yazıcılar ile üretilebildiğini ve çok sayıda teslim edildiğini vurguladı.

Bir başka örnekte 3D yazıcı ile daha farklı bir yapıya kavuşan motorun ağırlık olarak yüzde 5 hafiflediğini, motordan elde edilen gücün ise yüzde 10 arttığını paylaşan Sinan Þal, 2020 yılında ise ilk kez katmanlı imalat ile üretilen ve 'kritik' olarak sınıflandırılan bir parça sertifikasyondan geçtiğini söyledi.

Türkiye 3D yazıcılar konusunda ne durumda?

Sinan Þal'a Türkiye'nin bu alanda ne durumda olduğunu da soruyoruz. Bu alanda ülkemizde hem teçhizat altyapısı hem de farklı işlemler ve özel toz karışım geliştirme anlamında en kapsamlı çalışmaları TEİ'nin üstlendiğini öğreniyoruz.

Þal'ın anlattığına göre, 2014 yılında YAKUT projesi ile başlayan çalışmalar 2019 yılına gelindiğinde daha farklı bir boyuta taşındı. Bu dönemde katmanlı imalat ile üretilen parçalar TEİ'de devam eden özgün motor projelerinde yoğun olarak kullanılmaya başlandı.

Rakamlara baktığımızda ise ABD, Çin, Almanya ve Japonya ana oyuncuları oluşturuyor. Türkiye yüzde 1,3 pay ile İspanya ya da İsveç gibi ülkelerin önünde bu listede yer alıyor. Bir başka istatistik ise pazar büyüklüğü... Burada ise 1,3 milyar dolar gelir ile liderliği Almanya ve ABD paylaşıyor. Türkiye 244 milyon dolar ile 12. sırada. Almanya ve ABD'nin üst sıralarda yer almasında önemli bir etken de katmanlı imalat için gerekli cihazları üreten firmaların ağırlıklı olarak bu ülkelerde bulunması.

Milli Muharip Uçak projesinde çok kritik etkileri olacak

Savunma Sanayii Araştırmacısı Sinan Þal, 3D yazıcıların Türkiye'nin en değerli savunma sanayii projelerinden biri olan Milli Muharip Uçak (MMU) için ne anlama geldiğini ise şöyle anlattı:

"Bu teknolojinin MMU'da ve savunma sanayiinde kullanımını çok kritik görüyorum. Bu teknolojinin kullanımı sonucu bazı parçalarda kalıp tasarımı ve özel imalat gerekmeyecek. Böylece projede hem takvimsel hem de bütçesel anlamda ciddi avantaj sağlayacak. Ayrıca düşük hacimli üretime de olanak sağladığından ekonomik anlamda başka artıları da olacak. İmalat kısıtlarının biz mühendisleri sınırlamayacak olması da başka bir avantaj...

Karmaşık geometriye sahip parçaların tek parça olarak, daha kısa sürede, daha hafif olarak tasarlanıp üretilmesi MMU için proje takvimi açısından büyük bir avantaj getirecek. Burada dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta, üretilen parçaların mekanik özellikleri ve dayanımı geleneksel imalat yöntemleri ile üretilen parçalardan farklı ve hatta daha kötü olabilir. Genelde de parçaların yüzey pürüzlülüğünü iyileştirmek amacıyla taşlama gibi ek işlemler yapılması gerekebilir."

Bakım maliyetlerini de düşürecek

"Tasarım anlamında getireceği avantajların ötesinde, bakım konusunda da ciddi avantajlar sağlayacak bir teknolojiden bahsediyoruz" diyen Sinan Þal'a göre özellikle sık kullanılan ve bakıma gitmesi gereken parçaların katmanlı imalat ile üretimi neticesinde hem bakım süreleri kısalacak, hem de maliyet etkin bir çözüm ortaya konacak.

Savaş uçaklarında bu teknolojinin kullanımının giderek arttığı bilgisi paylaşan Sinan Þal ülkemiz kamuoyunda da sıklıkla tartışılan F-35 projesinden de bir örnek veriyor:

"F-18 ya da F-35 gibi savaş uçaklarında katmanlı imalat ile üretim sonucu çeşitli avantajlar elde edildi. F-35 uçağında üretilen parça ile yaklaşık 70 bin dolar tasarruf sağlandı. F-18 için ise uçakların onarım süresini kısaltmak ve tasarruf sağlamak amacıyla mühendisler katmanlı imalata başvurdular.

2018 yılında Lockheed Martin, F-35 Tam Görev Simülatörü (FMS) ünitesinin fiyatının katmanlı imalat yardımıyla birim başına 3 milyon dolar azaldığını bildirdi. Örneklerin sayısını artırabiliriz...

Tüm bunları alt alta koyduğumuzda katmanlı imalat teknolojisinin yerli ve milli savaş uçağımız MMU'da ve savunma sanayiinin diğer alanlarında kullanımının ne kadar kritik bir öneme sahip olduğunu daha net görmüş oluyoruz.

Bu teknolojinin önündeki en önemli engellerden birisi üretilen parçalarda boyutsal sınırlar bulunması. Ancak cihazlardaki gelişmelerle bu teknolojinin uçaklarda kullanım alanının artacağı söylemek yanlış olmaz."
TRT Haber
https://mobile.twitter.com/sinan1sal/status/1367043649842864130