Uzay ve Havacılık Endüstrisinde Katmanlı Üretim

Hızlı prototipleme ve 3 boyutlu baskı (3D Printing) yöntemi olarak etkin bir şekilde kullanılan teknolojilerin endüstri ile entegrasyonu olan katmanlı üretim, günümüzde havacılık ve uzay sektöründe de kullanılmaktadır. Bu yazımızda havacılık ve uzay sektöründe katmanlı üretim uygulamalarını inceleyeceğiz.

09

Havacılık ve uzay endüstrisi, katmanlı üretim sistemlerini içeren yeni uygulamalar bulmaya ve geliştirmeye devam etmektedirler. Prototipleri ve parçaları daha düşük maliyetle üretmek veya geleneksel üretimle elde edilemeyecek kadar karmaşık ve zorlu tasarımları oluşturmak için 3 boyutlu yazdırma son derece önemli bir teknolojidir. Jet türbinlerinden roket motorlarına 3D baskı teknikleri kullanarak üretim yapmak uzay ve havacılık endüstrisindeki şirketlerin odak noktasıdır. NASA tamamen 3D basılmış roket motorlarının üretilmesine önem vermiş GE de jet motor parçalarının imalatında 3D baskı kullanımını artırmıştır. Hatta Amerikan Hava Kuvvetleri,kendilerine sağlanan roket motorları imalatında 3D baskı kullanımını artırmaya yönelik SpaceX ile bir sözleşme imzalamıştır. Motorlarda 3D baskı kullanımı, şirketler ve devlet kurumları tarafından değerli bir yatırım olarak görülmektedir. Havacılık motoru kullanımı için dayanıklı metal parçaların oluşturulmasında kullanılan en popüler 3B baskı yöntemi lazer sinterlemedir.

Üç Boyut Baskı Jet Motorları

GE, jet motorlarının imalatına 3D baskı yöntemlerinin dahil edildiği bilinen en iyi örneklerden birine sahiptir. 2016 yılında şirket, doğrudan metal lazer eritme yöntemini kullanan yeni LEAP motor ailesi için yakıt püskürtme uçları üretmiştir. Bu tasarımcıların parçaların katılaşmasını istediği yerde toz eritmek için bir lazer kullanarak metal tozlarının ince tabakalarını tamamen katı metal parçalara dönüştürür. 3 Boyutlu baskı, püskürtücü ağırlığının % 25 oranında azaltılmasına ve oluşturulmasında kullanılan parçaların sayısının 18'den 1’e düşürülmesini sağlamıştır. Ayrıca daha karmaşık soğutma yolları ve destekleri, yakıt püskürtücünün dayanıklılığında beş kat artış sağlamaktadır.Bu yakıt püskürtücüler prototip değildir. Nisan 2016'da GE, ilk iki üretimli LEAP-1A motorunu Airbus'a göndermiştir. Bunlara 3D baskılı püskürtücü de dahildir. Bu yöntemle üretilmiş püskürtücüleri kullanan LEAP motorları, benzerlerinden yaklaşık %15 daha verimlidir. Sektör, bu motorlar için aşırı derecede istekli olmakla birlikte şimdiye kadar mevcut olan yaklaşık 145 milyar dolar değerinde 10,000'den fazla sipariş verilmiştir. Aralık 2016 sonunda, LEAP motorları ve 3D baskılı yakıt püskürtücüleri için bir başka önemli adım daha atılmıştır. LEAP-1C jet motoru, Federal Havacılık İdaresi (FAA) ve Avrupa Havacılık Güvenliği Birliği (EASA) tarafından onaylanmıştır.

NASA’nın Katmanlı Üretimi

Geçtiğimiz yıl, NASA, tamamen 3D baskılı bir roket motorunun yaratılmasında önemli bir kilometre taşını başardığını duyurmuştur. Alabama, Huntsville'deki Marshall Uzay Uçuş Merkezi'nde, NASA'nın büyük oranda 3D basılmış roket motoru prototipi üzerine 12 deneme ateşi başarıyla gerçekleştirilmiştir.

Yakıt turbo pompası, yakıt enjektörü, valfler ve motorun bir kaç diğer ana bileşeni 3B olarak bastırılmıştır. Bununla birlikte, tamamen 3B baskılı motor yaratma projesi tamamlanmamış olsa da motorun ana kısmı olan yanma odası 3B baskıdır. NASA, 2015 yılında, yüzde 75'i 3B basılmış parçalarla ve ilk tam ölçekli bakır roket motor parçasıyla yapılmış bir motor prototipi tamamlamıştır. Bu motor prototipinin testinde, yanma sırasında erozyona uğrayan bir yanma odası kullanıldı. Bu erozyon motorun iç basınçlarını değiştirerek yalnızca 10 saniyelik ateşleme süresine izin vermektedir. Bununla birlikte, daha yeni testlerde yeni (3B olmayan) yanma odasını kullanan motor 30 saniye çalışabilmiştir. Proje lider sistem analisti Nick Case, "Bir sistem, bir araya getirilen parçaların toplamı değil, parçaların etkileşiminin bir ürünüdür", "yapmaya çalıştığımız şey, bu etkileşimleri anlamak ve yönetmektir" demiştir. "Aynı zamanda, tek tek 3B basılı parçaların performansını anlamalıyız. Bu test bunu sağlamıştır. " diyerek konuyu özetlemiştir.

Bu son testler, takımın önceki başarıları üzerine inşa edilmiş ve onları tamamen 3D baskılı roket motoru nihai hedefine daha yakın hale getirmiştir. Bu nihai motor, geleneksel bir şekilde üretilemeyen bazı parçaları içerip, geleneksel olarak üretilen motorların geliştirme maliyetlerini düşürecektir. Ekip bu sene tamamen 3B baskılı motor sistemini test etmeyi ummaktadır. Bu motor, ticari tasarımları bilgilendiren ve etkileyen prototip olarak hizmet edecektir. Bunu başarmanın bir sonraki önemli basamağı, NASA Space Technology Mission Directorate’s Game Changing Development programıyla birlikte bir işbirliğine dayalı geliştirmenin bir parçası olarak üretilen bir 3B baskılı oksitleyici türbin pompasının eklenmesi olacaktır. Aynı program, 3B baskılı yanma odasının geliştirilmesini de finanse etmektedir. 3B basılmış parçaların malzeme karakterizasyonu ve performansı ile ilgili veriler, NASA'nın Malzeme ve Süreçler Teknik Bilgi Sistemi'nde (MAPTIS) onaylanan kullanıcılara sunulacaktır.

SpaceX'te 3B Baskı

Motorlu araçların geliştirilmesi ve imalinde 3D baskı kullanımı ticari havacılık sektöründe de yaygındır. 2015 yılında ABD Hava Kuvvetleri, roket motoru prototipleri geliştirmek için Orbital ATK'ye ve SpaceX'e 241 milyon dolarlık bir sözleşme yapmayı taahhüt etmiştir. SpaceX, yeniden kullanılabilir Raptor tahrik sisteminin bir prototipi geliştirmek amacıyla 67 milyon dolar yatırım yapmaktadır. Raptor sistemi SpaceX'in en güçlü motorudur ve turbo pompa da dahil olmak üzere birçok 3D baskılı parça kullanmaktadır. SpaceX tarafından geçen yıl test edilen Raptor motorlarından biri, yüzde 40'tan fazla 3B baskılı parçadan oluşmaktaydı. Bu tahrik sistemi Falcon 9 veFalcon Ağır roketlerinin üst safhasında kullanılır ve muhtemelen SpaceX'in Mars'taki gelecek misyonlarında kullanılacaktır.

Uzay ve havacılık motor uygulamaları için metal 3B baskının geliştirilmesine odaklanan bu santral havacılık şirketlerinin tümünün yanı sıra hükümet programları da katmanlı üretimin hızla hayatımıza girmesini sağlamıştır. Metal 3B baskı şu an için başlangıç aşamasındadır ve havacılık endüstrisinde yeni seviyelere doğru büyümeye hazırlanmaktadır.

Kaynak:

► Insights globalspec

► NASA

► Engineering, 

► Spacex

► GE