Karbon Fiber Kompozitlerde Seri Üretim

Bu yazımda yakın gelecekte plastik matrisli karbon fiber seri üretimine dair,  hem Fraunhofer proje grubu başkanı hemde Münih Teknik Üniversitesi Carbon Composite birimi üyesi, Stuttgart Uçak Dizayn Enstitüsüne transfer olmadan önce ise uzun seneler Daimler-Chrysler?da çalışan Prof. Dr. ?Ing. Klaus Drechsler, görüşlerinden ve raporlarından bahsedeceğim.

Bugün araba ve uçak üreticileri ağırlık azaltma konusunda çok titiz davranıyorlar, çünkü daha hafif araç demek hem daha az yakıt tüketmek hem de daha kaz karbon dioksit emisyonu demektir. Bunu sayılara dökecek olursak; eğer bir otomobil 100 kg daha hafif olursa araç tipine ve sürücüsüne bağlı değişkenlik göstererek her 100 km?de 0,3 ila 0,6 litre yakıt tasarrufu, bu da her bir kilometre başına karbondioksit salınımında 7 ila 12 gram arasında azalma sağlamak demektir. Milyonlarca aracın dolaştığı dünyamızda araçlarda hafifliğin ne kadar önemli olduğunu görmek çok zor olmasa gerek.

Araçların ağırlıklarını azaltmada; yeni malzemeler, birleştirme teknolojiler ve konsept hafif yapılar rol oynuyor. Özellikle karbon fiber takviyeli plastikler (CFRP) bu konuda umut verici, çünkü çelikten yaklaşık %60 alüminyumdan ise %30 oranında daha hafiftir.  Paslanma gibi dezavantajı olmayıp gövde gibi çarpışmaya maruz kalan bölgelerde rahatlıkla kullanılabilmektedir.  Bu malzemeler kararlılığını plastik matris içine gömülü karbon fiberden almaktadır. İhtiyaca göre karbon fiber katmanları sayısı çoğaltılabilir ve farklı yönlerde üst üste bindirilebilir. Günümüzde uçakların ve Formula 1 araçlarının bileşenlerinin büyük bir kısmı CFRP malzemelerden yapılmaktadır. Güçlendirilmiş plastik matrisli komponentlerin üretimi için büyük çabalar gerekmektedir, hala büyük bir kısmı maunel olarak üretilmekte ve otomosyonla üretilen parçalar ise elle nihai işlem gerekmektedir. BMW CFRP kullanımında ileriye dönük büyük bir adım atıyor ve 2013?de üretimine başlayacağı i3 modelinde gövdenin neredeyse tamamını CFRP?den üretecek.

Eğitim enstitüleri, araştırma enstitüleri ve 72 farklı şirket Munich-Augsburg-Inglostadt bölgesinde büyük çapta üretimi sağlamak adına MAI Carbon Leading-Edge Cluster Initiative adlı bir organizasyon kurulmasını desteklemek için güçlerini birleştirdiler. Bu birim ise Almanya Eğitim ve Araştırma Bakanlığının (BMFB) sponsor olduğu Leading-Edge Cluster yarışmasında kazanan katılımcılardan birisidir. Bu girişim 40 milyon avrosu BMFB diğer 40 Milyon avrosu ise endüstri tarafından finanse edildi. Bu birimdeki anahtar partnerler Audi ve BMW Fraunhofer proje grubu ?Fonctional Lightweight Desing FIL? (Fonksiyonel Hafif Dizayn). Proje gurubu 2009 yılında Fraunhofer Kimyasal Teknoloji Enstitüsünün bir birimi olarak Augsburg?da kuruldu. Proje grubu Bavaria eyaletinin finansmanı ile  gelecek yılda Fraunhofer Enstitüsünde bağımsız bir kurum olarak çalışmalarına devam edecek. Drechsler ? Bizim amacımız 5 yıl içerisinde CFRP üretim maliyetlerini %90 oranında azaltmak ve niyetimiz seri üretime elverişli yeni üretim metodları geliştirmek.? demiştir.

Araştırmacılar Augsburg?da otomobil üreticileri için yeni bir metodu çoktan geliştirdiler. Metot, tekstilde kullanılan tipik örgü makinası ile pultrüzyon sisteminin kombinasyonun daha da geliştirilmiş hali, örgü makinası karbon fiberi dokuyor ve karbon fiber pultrüzyon yöntemiyle reçine ile kaplanıyor ancak bu metodu özel kılan ise bugüne kadar tüm bu işlemler elle yapılırken sistem bu işlemlerin hepsinin otomasyon ile yapılmasına mümkün kılıyor. Manuel üretimlerde her bir komponent adım adım üretilir ve belli ölçüler dahilindedir. Bu kombine sistem ise sürekli üretimi sağlar ve teorik olarak ölçü sınırlaması yoktur.

Proje grubunun havacılık sektörüne teklifini yapması için biraz var, Premium Aerotec ve Eurocopter ile birlikte ful-otomasyon olarak büyük çapta CFRP üretim metodu geliştirmek için çalışıyorlar. Teknolojinin ana bileşeni bir robot ve reçineyle kaplanmış karbon fiberi alıp sertleşmesi için aletin üzerine bırakıyor. Bu adımda bugüne kadar mauel olarak yapılıyordu ve hem bir çok girişim hurdaya gidiyor hemde optimal kalite sağlanamıyordu. Otomasyon sisteminde manuel sistemin aksine hem daha yüksek miktarda üretim hemde kalitede standardı sağlamak mümkün oluyor, ve fiberlerin bir milimetresi bile hurdaya gitmiyor. Robot Augsburda gece gündüz çalışmaya devam ediyor ve ürünler Airbus?da test edilyor.  Drecshler?in raporuna göre ? İki yıl içinde sistemin havacılık sektöründe CFRP?leri üretmek  için seri üretime adapte edilme şansı çok yüksek.?

Kaynak; www.compositetoday.com