Tozlardan nihai ürüne

Portakal kırmızısı kıvılcımlar, önce birbirine yaklaşarak ve sonra geri çekilerek çemberler oluşturacak şekilde ardı ardına çakıyor. Siemens Kurumsal Teknolojiler’den (CT) Olaf Rehme üç boyutlu (3D) bir yazıcının camekanlı vitrininin içinde oluşan ve görünüşte kaotik bir kıvılcımlar sarmalını andıran manzaraya bakıyor. O ayrıca ilerlerken toz halindeki metal bir katmandan bir bileşenin enine kesitini çıkaran bir lazer ışınını da izliyor. Bu lazer ışını, bu şekilde toz halindeki metal parçacıklarını birbirine kaynaklamış oluyor. Bileşenin üzerine yerleştirildiği bu platform, bileşenin üzerinde 0,05 milimetre kalınlığındaki incecik bir toz katmanı oluşacak şekilde aşağıya doğru toz püskürtüyor. Ardından lazer ışını kendi dansına yeniden başlıyor. Bu koyu gri toz kütlesindeki taslak, sonra katman katman üç boyutlu bir yapı olacak şekilde büyüyor. Bu lazer ışınına yön veren ise sanal bir 3D model. Eskiden dökülerek, haddelenerek veya çekilerek üretilen nesnelerin imalat süreçlerinde lazerler artık daha fazla kullanılıyor. Lazer ışınlı kaynaklama sürecinde nesneler katman katman yaratılıyor. Aslında 3D yazıcılar, 1980’li yıllardan beri var. Geleneksel presli veya enjeksiyonlu kalıp makinelerinde daha sonra seri üretimlerinin yapılacağı prototip parçaların üretiminde, ideal olan bu süreçte ilk zamanlar sadece çabuk sertleşen plastikler kullanılırdı. Hızlı parça değişimi Rehme, “Ancak bugün durum değişti. 3D yazıcılar artık sadece yedek parçaların modellerinin veya kalıplarının çıkarılmasında değil Gelecek&Trendler 4 l Şubat 2015 aynı zamanda kendilerinin yapılmasında da kullanılıyor. Biz Siemens’te bugün gaz türbinlerinde yedek parça olarak kullanılmak üzere brülör kapaklarını bile 3D yazıcılardan çıkarıyoruz” diyor. Tüm bu yeni teknikler sayesinde belirli türbin modellerinin onarım süreleri yüzde 90’a yakın oranlarda kısaltılabiliyor. Çünkü artık brülör kafalarının değiştirilmesi için emek yoğun kaynaklamaya gerek kalmıyor. Onun yerine yeni brülör kapağı brülörün gövdesinin üzerinde basılıyor ve onarım maliyetlerinin yüzde 30 civarında düşürülmesini sağlıyor. Türbinlerin içindeki bu parçalardan bazılarının, düzenli bakım zamanları arasında çok uzunca bir süre boyunca çalışabilir olması gerekiyor. Örneğin gaz türbini kanatlarının, yaklaşık 1.300 santigrad dereceyi bulan sıcaklıklara maruz kalmasına rağmen 25 bin saat boyunca dayanmaları şarttır. Çabucak eriyebildiklerinden plastik malzemeler bu gibi uygulamalar için isabetli bir seçim değil dir. Bu yüzden Siemens bu parçaları 3D yazıcılarda tozlaştırılmış çelikten basarak üretiyor. Rehme, “Biz türbinlerdeki yüksek ısılı uygulamalar için nikel tabanlı alaşımlar kullanıyoruz. Bu çelik türleri olağanüstü dayanıklı ve ısıya karşı dirençlidir” diyor. Yerel olarak üretilen parçalar 3D baskının yedek parça tedarikinde nasıl bir devrim yaratabileceğini görmek için brülör kapakları yığınla örnekten sadece biridir. Günümüzde bu gibi parçalar ihtiyaç duyulduklarında tek tek depolanıp gönderiliyor. En kötü durum senaryosunda ise bir fabrika veya bir tesis acilen gerekli bir yedek parça gelinceye kadar kapalı kalıyor. Rehme, “Gelecekte küçük bir 3D yazıcılar ağı, dijital planlardan faydalanarak yedek parçaları anında üretebilecek. Yedek parçalar nerede gereksinim duyuluyorsa 3D yazıcılar orada üretecek: Yani müşteriye en yakın olan yerde” diyor.
~
Yeni geometrilerden daha iyi türbinlere Bunun dışında 3D baskıyla diğer üretim yöntemleriyle başarılamayacak şekiller yaratılabiliyor. Örneğin 3D yazıcılarla yanma sürecini iyileştirmek için gerekli gaz hava karışımının optimum ölçekte dönmesini sağlayan bileşenlerin karmaşık geometrilerinin çıkarılması mümkün hale geliyor. Bir diğer örnek ise genişleme türbinlerindeki kanatlar... Rehme, “Türbin kanatlarının içinde soğutmayı sağlayan filigran havalandırma kanalları vardır. Bu gibi kanallar, şu anda kesilerek veya dökülerek yapılmak zorunda. Ancak bu yöntemler, artık kendi sınırlarına dayandı. Şayet türbin kanatlarını da tek bir parça halinde 3D yazıcılarda basabilirsek o zaman muhtemelen çok daha iyi soğutulacaklar” diyor. Kanatların daha iyi soğutulması sayesinde de bu türbinlerin gereksinim duyacakları soğutucu hava miktarı azaltılacak ve dolayısıyla verimlilik oranları yükselecektir.
Olağanüstü yüksek merkezkaç kuvvetleri Bitmiş bir bileşenin üzerindeki toz parçacıklarını silkelemek için eline bir fırça alan Rehme, “Ancak bunun mümkün olabilmesi için bizim biraz daha ilerleme kaydetmemiz gerekiyor. Bir bileşeni 3D bir yazıcıda basmak halen çok uzun sürüyor. Söz konusu nesnenin ebadına göre bu süreç, birkaç saatten birkaç güne kadar uzayabiliyor” diyor. Rehme ve meslektaşları, baskı sürecinde kullanılan malzemeleri de daha fazla geliştirmek zorunda. Türbin kanatlarının aşırı koşullara dayanabilecek kapasitede olması gerekir. Mesela yüksek dönüş hızlarında bu kanatların tırnakları tabanca kurşunlarından daha hızlı döner ve 20 araba ağırlığındaki merkezkaç kuvvetlerine dayanmak zorundadırlar. Baskılı metal parçalar halen bu gibi koşullarda kullanılabilecek kadar güçlü değil. Sonuçta fabrikalar, bileşenleri dökerek, haddeleyerek veya çekerek üretmeye devam edecek. Bu durum özellikle yüksek üretim hızlarının ve düşük birim maliyetlerinin söz konusu olduğu seri üretilen malzemeler için geçerli. Diğer yandan 3D baskı muhtemelen mevcut tekniklere destek olacak ve alışılmadık şekillere sahip ve küçük lotlar halinde imal edilmeleri gereken ürünler için ekonomik çözüm sunacak. Bu süreci bir parça hızlandırmak için en son çıkan yazıcı modellerinin içinde tozlaştırılmış bir metal katman üzerinde aynı anda dans edebilecek dört taneye kadar lazer bulunuyor.