Metal Dünyası

“Rüzgarın yönünü değiştiremediğinde, yelkenlerini rüzgara göre ayarla.”                                     

                                                                                              (Xsentius)

Metal döküm endüstrisinde eklemeli imalat ya da katmanlı imalat teknikleri giderek daha popüler hale gelmiştir. Geleneksel döküm yöntemlerine kıyasla karmaşık geometrilerin üretilmesine izin vermesi, malzeme israfını azaltması ve hızlı prototipleme ve kişiselleştirme olanağı sunması gibi birçok avantaj sunmaktadır.

Metal dökümde, eklemeli imalat teknikleri, döküm sürecinde kullanılacak karmaşık kalıpların veya modellerin üretilmesi için kullanılmaktadır. Bu kalıplar veya modeller, bağlayıcı püskürtme, doğrudan metal lazer sinterleme (DMLS) veya seçici lazer ergitme (SLM) gibi farklı katmanlı imalat teknikleri kullanılarak katman katman inşa edilir.

Bağlayıcı püskürtme işleminde, bir metal tozu tabakası kalıp alanına yayılır ve bir bağlayıcı malzeme toza püskürtülerek partikülleri birbirine bağlar. Bu işlem katman katman tekrarlanarak istenen kalıp veya model oluşturulur. Oluşturulan kalıp daha sonra refrakter bir malzeme içine gömülür ve bağlayıcı malzeme termal bir işlemle uzaklaştırılır, böylece ergiyik metalin döküleceği boşluk oluşturulur.

Diğer bir teknik olan DMLS veya SLM’de, yüksek güçlü bir lazer kullanılarak metal tozu partikülleri katman katman ergitilir ve istenilen parça doğrudan üretilir. Bu yöntem, ayrıca bir döküm adımına gerek kalmadan tamamen yoğun metal parçalar üretmeyi sağlar.

Katmanlı imalatın metal döküm endüstrisinde kullanımına ilişkin avantajları şunlardır:

1. Karmaşık geometriler: Geleneksel döküm yöntemlerinin aksine, katmanlı imalat sayesinde karmaşık şekillere sahip parçalar üretilebilir.

2. Malzeme verimliliği: Katman katman üretim sayesinde yalnızca gerekli miktarda malzeme kullanıldığından israf azalır.

3. Hızlı prototipleme: 3D baskılı kalıplar hızlı bir şekilde üretilebilir, bu da tasarım sürecinde hızlı prototipleme ve tekrar etme imkanı sağlar.

4. Özelleştirme: Her parça bireysel olarak kişiselleştirilebilir, ek maliyetler oluşmadan özel parçalar üretilebilir.  

5. Tasarım özgürlüğü: Katman katman inşa süreci, dahili kanallar veya örgü yapılar gibi geleneksel yöntemlerle elde edilmesi zor özelliklerin eklenmesine olanak tanır.

Bununla birlikte, metal dökümde katmanlı imalatın da bazı sınırlamaları bulunmaktadır. Geleneksel kitle üretim yöntemlerine kıyasla göreceli olarak daha yavaş üretim hızları, malzeme özellikleri ve ilave işlem gereksinimleri gibi zorluklar söz konusu olabilir.  

Genel olarak, eklemeli imalat teknolojilerinin metal döküm endüstrisine entegrasyonu, tasarım yeniliği, kaynak verimliliği ve kişiselleştirme açısından yeni olanaklar sunmuş, aynı zamanda mevcut döküm süreçlerinin optimizasyonu için fırsatlar yaratmıştır.

Eklemeli İmalatta Hangi Malzemeler Kullanılabilir?
Eklemeli (Katmanlı) imalat teknolojileri, sadece metaller değil, birçok farklı malzeme türüyle de uyumludur. Bu malzeme çeşitliliği önemli avantajlar sunmaktadır.

Metaller:
• Paslanmaz çelik, alüminyum, titanyum, nikel alaşımları, kobalt-krom alaşımları gibi birçok metal ve alaşım katmanlı imalat yöntemleriyle işlenebilmektedir.
• Farklı metal tozları, bağlayıcı püskürtme, lazer sinterleme veya lazer ergitme gibi yöntemlerle katman katman birleştirilebilir.
• Bu sayede, karmaşık geometrili ve yüksek performanslı metal parçalar üretilebilir [1].

Polimerler:
• Termoplastikler (ABS, PLA, PEEK), fotopolimerler ve reçineler, katmanlı imalat için yaygın olarak kullanılan polimer malzemelerdir.
• Özellikle kalıp ve model üretiminde, bu malzemelerden üretilen parçalar metal döküm süreçlerinde kullanılabilir [2].

Seramikler:
• Alümina, zirkonya gibi seramik tozları, bağlayıcı püskürtme veya lazer sinterleme yoluyla işlenebilir.
• Yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılacak döküm kalıpları veya parçalar için uygun malzemelerdir [3].

Kum ve Killer:
• Bağlayıcı püskürtme yöntemiyle, kum veya killer katmanlı imalat sürecinde kullanılabilir.
• Özellikle döküm kalıplarının veya maça modellerinin üretiminde tercih edilirler [4].

Bahsedilen bu malzeme çeşitliliği, metal döküm ve malzeme bilimi alanlarında önemli avantajlar sunmaktadır:

1. Tasarım esnekliği: Farklı malzemeler, farklı özelliklere ve performans gereksinimlerine sahip parçaların üretimine olanak tanır.

2. Fonksiyonel entegrasyon: Farklı malzemeler, tek bir parçada birleştirilerek çok işlevli bileşenlerin oluşturulmasına imkan verir.

3. Prototipleme ve test etme: Hızlı prototipleme sayesinde, tasarımlar test edilebilir ve optimizasyon yapılabilir.

4. Maliyet ve kaynak verimliliği: Katmanlı imalat, geleneksel yöntemlere göre daha az atık ve malzeme israfı sağlar [5].

Bu avantajlar, metal döküm ve malzeme bilimi alanlarında yeni ürün ve süreç geliştirme fırsatları yaratmaktadır.

Kaynaklar:
[1] Herzog, D., Seyda, V., Wycisk, E., & Emmelmann, C. (2016). Additive manufacturing of metals. Acta Materialia, 117, 371-392.
[2] Wang, J., Xie, H., Weng, Z., Senthil, T., & Wu, L. (2016). A novel approach to improve mechanical properties of parts fabricated by fused deposition modeling. Materials & Design, 105, 152-159.
[3] Bai, Y., Williams, C. B., An, J., Mallela, V., Chow, A., & Meluch, S. (2019). Ceramic additive manufacturing of lithium iron phosphate battery cathodes. Journal of Manufacturing Processes, 37, 54-58.
[4] Mitra, S., Castro, A. V., Oliveira, J. M., Sousa, R., & Pinto, A. M. (2022). The Binder Jetting additive manufacturing process: A review of recent advances in the processing of metals and ceramics. Materials Science and Engineering: A, 830, 142277.
[5] Huang, S. H., Liu, P., Mokasdar, A., & Hou, L. (2013). Additive manufacturing and its societal impact: a literature review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 67(5-8), 1191-1203.