Akademik Veri Yönetim Sistemi
Yazıcı M. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 2019 - 2020
Bu projenin amacı Eklemeli Üretim teknolojisi ile sürekli elyaf
termoplastik kompozit parçalar üretebilen yeni bir cihaz geliştirmek ve bu
cihazın mevcut az sayıdaki muadillerinden üstün özelliklerde, ticari olarak
pazarlanabilir, akademik ve endüstriyel kullanıma uygun, düşük maliyetli bir
ürün olarak elde edilmesidir.
Eklemeli Üretim (EÜ) teknolojisi her geçen gün gelişmekte ve maliyetleri
hızla düşmektedir. Geleceğin Endüstri 4.0 uygulamalarının temel öğesi olacağı
açıktır. Ayrıca kişiye özel ürünler geliştirilmesi doğrultusunda da her geçen
gün farklı uygulamalarına rastlanmaktadır. EÜ teknolojisi ile üretilen
ürünlerin doğrudan kullanım yerinde fonksiyonel olarak değerlendirilebilecek
ürünler üreten teknolojiler son derece sınırlıdır. Örneğin farklı metal ve
seramik tozlarının katmanlı üretim yaklışımı ile sinterlenmesi sonucu elde
edilen parçalar düşük üretim adetlerinin gerektiği, havacılık, uzay ve tıbbi
ürünler gibi sektörlerde 10 yılı aşkın süredir etkin bir şekilde
kullanılmaktadır. Ancak bu cihazlar ve gerekli toz mamuller halen çok yüksek
fiyatlıdır. Üretim hızları da hala çok düşük durumdadır. Polimer malzemelerin
kullanıldığı 3D yazıcı teknolojilerinden elde edilen ürünler ise daha çok fonksiyonel
olmayan amaçlar ile kullanılabilecek, düşük mukavemetlerdeki ürünler olarak
ortaya çıkmaktadır. Bu durum yeni arayışlara itmektedir. Elyaf takviyeli
polimer kompozit malzemeler çok uzun yıllardır endüstrinin her kolunda özgül
ağırlıklarının çok düşük ve özgül rijitliklerinin çok yüksek olması nedeni ile
konvansiyonel malzemelere alternatif olarak kullanılmaya çalışılmaktadır. Başka
bir ifade ile düşük yoğunluk ve mukavemetteki polimer malzeme, içerisine
katılan yüksek mukavemet, rijitlik ve düşük yoğunluktaki elyaflar ile
güçlendirilerek, her ikisinin özelliklerinden olumlu yönlerini alacak şekilde
yüksek mukavemetli ve düşük yoğunluklu malzemeler geliştirilmektedir. Bu
malzemelerden nihai parça üretimi için geliştirilmiş bazı üretim yöntemleri
mevcuttur. Bu yöntemlerde özel ekipman ve kalıp yatırımları ile parçalar
üretilebilmektedir. Havacılık, uzay, savunma, otomotiv, deniz araçları ve
sağlık sektörü gibi çok farklı sektörlerde ürünlerin üretiminde
kullanılmaktadır. EÜ teknolojisinin getirdiği üretim esnekliği ile kompozit
malzemelerin sağladığı nihai parça olarak kullanımına uygun nitelikler,
bileşenlerinin mekanik, fiziksel ve kimyasal özellikleri bir araya getirilerek
doğrudan yazdırılabilen nihai parçalar üretiminin sağlanması mümkün olmaktadır.
Ayrıca termoplastik kompozit malzeme teknolojisi kullanıldığında atıkların geri
dönüşümü de mümkündür. Bu ise çevreye sağlayacağı yararların dışında, özellikle
otomotiv sektörü için aranan bir kriterdir. Termoplastik kompozit parçaları
üretebilmek adına temel olarak katmanlı üretim teknolojisini kullanan ancak
doğrudan kompozit malzeme ile parça üreten yazıcılar geliştirilmeye
başlanmıştır. Bu teknoloji çok yenidir. Ticarileşmiş sadece iki ürün
bulunmaktadır. Ancak daha fazla sayıda patent alınmıştır. Hem alınan
patentlerin hem de ticarileşmiş ürünlerin önemli eksikleri mevcuttur. Tümünün
ortak noktası katmanlar arası zayıf arayüz bölgelerin oluşması, düşük yüzey
kaliteleri, düşük sıcaklıkta katman birleşimi ve yüksek katman kalınlıkları
sayılabilir. Projenin özgün yönleri ile literatür taraması kısımlarından bu
konuda detaylı bilgi verilmiştir. Bu projede ise kalınlığı maksimum 1 mm olan
şerit formunda içi sürekli karbon elyaf takviyeli termoplastik (PP, PA, PC vb.)
flamentler kullanılacaktır. Söz konusu flamentler yine kendi laboratuvarımızda,
tasarımımız olan özel ekstrüzyon, elyaf açma ve kalıp sisteminde üretimi
gerçekleştirilmektedir. Geliştirilecek EÜ sistemi, bu flamentleri katman olarak
kullanımı esnasında önden katmanlar arası bölgeyi ısıtarak hazırlayan arkadan
ise küçük takipçi baskı silindiri ile katmanlar arası yapışma mukavemetinin
artırılmasını sağlayacaktır. Hemen ardından gelen lazer ile de yan yüzeylerde
yüzey iyileştirme yapılarak yüzeylerin düzeltilmesi amaçlanmıştır. Böylece
kompozit katmanın kalınlığı 0.1 mm’ye kadar düşürülecektir. Polimer
içerisindeki elyaf oranı mevcut örneklerinde %20-30 arasındadır. Bu proje elyaf
takviye oranının %70’e kadar çıkarılabilmesi mümkün olacaktır. Bu ise doğrudan
elde edilen parça mukavemetini etkileyecek bir parametredir.
Bu proje sonucunda yüksek
mukavemetli sürekli elyaf takviyeli (karbon, kevlar, bazalt, cam vb.)
termoplastik kompozit (PA, PP, PC vb) parça üretimini 3 boyutlu modelden
doğrudan üretebilen, ilk yerli 3B kompozit yazıcısına ulaşılması
hedeflenmektedir. Bu yazıcının tüm kafa sistemi tarafımızdan tasarlanacak ve
hammaddeleri de yerli ürünlerden yararlanılarak yine tarafımızdan
geliştirilecektir. Geliştirilecek bu sistemin ürettiği ürünlerin yabancı
muadillerine göre, üretilen parçaların %50 daha yüksek mukavemette ve üretimin %30
daha hızlı olması hedeflenmiştir. Ürünün başarı ile tamamlanması durumunda
ülkemiz sanayisini doğrudan nihai ürün olarak kullanılacak parçaları çok uygun
maliyet ile ve doğrudan CAD modelden yola çıkarak üret imkanı oluşmuş
olacaktır. Yatırım maliyetleri düşecek ve elde edilecek rekabet avantajı ile uluslararası
piyasalardan çok daha fazla iş alma imkânı da artacaktır. Yapılacak bir üretim
yatırımı ile bu cihazların ve geliştirilen hammaddenin satışı mümkün
gözükmektedir. Böylece cari açığın azalmasına küçük bir katkı, küçük
girişimcilerin sayısında artış ve istihdam artışına olumlu etkileri
beklenmektedir.
Özellikle malzeme
geliştirme ve uygulaması konularında çok sayıda yeni bilimsel çalışmanın önünü
de açma potansiyeli bulunmaktadır.
Geliştirilecek bu sistem sayesinde burada yapılacak farklı termoplastik malzeme
geliştirme çalışmalarının neticesinde proje sonucunda 3 uluslararası bildiri, 2
bilimsel yayın yapılması ve en az 1 patent başvurusu beklenmektedir. Çalışma
kapsamında Lisans, Yüksek Lisans ve Doktora öğrencileri görev yapacaktır. İki Yüksek
Lisans öğrencisinin tez konuları doğrudan bu proje kapsamında verilecektir.
Dolaylı olarak ise Uygulamalı Mekanik ve İleri Malzemeler (UMIMAG) araştırma
grubumuzda yürümekte olan çok sayıda Yüksek Lisans ve Doktora tez
çalışmalarında bu cihazın kullanımı söz konusu olacaktır.