3D yazdırma teknolojisi ile alüminyum piston

MAHLE, spor araba üreticisi Porsche ve mekanik mühendislik şirketi Trumpf ile geliştirilen iş birliğinin bir parçası olarak bir ilki gerçekleştirdi ve 3D yazdırma teknolojisi ile yüksek performans alüminyum piston üretti.

MAHLE Kurumsal Araştırma ve İleri Mühendislik Başkanı Dr. Martin Berger şöyle ifade ediyor: “Proje sonuçları 3D yazdırma teknolojisinin potansiyelinin oldukça yüksek olduğunu ve MAHLE’nin yüksek performans, prototip geliştirme ve aftermarket alanındaki belirgin yetkinliğinin küçük ve sınırlı kaldığını gösteriyor.” 

Porsche Proje Müdürü Frank Ickinger ise şöyle ifade ediyor: “Projeye dahil olan herkesin kurduğu yakın iş birliği sayesinde, en üst segment yüksek performans spor arabamız olan Porsche 911 GT2 RS’de katmanlıi üretimin potansiyelini gösterebiliyoruz, bu sayede gelecekte tahrik sistemlerindeki kullanım şeklini net bir şekilde öngörebiliyoruz. Teknoloji bakımından, tasarım ve üretim alanlarında yeni fırsatların önümüzde olacağı yepyeni bir sayfa açılıyor.” Trumpf Proje Müdürü Steffen Rübling de aynı şekilde gelecekte üretim süreçlerini etkileyecek 3D yazdırma teknolojisindeki büyük fırsatların farkında. “Proje bize 3D yazdırma teknolojisinin, yapılan onlarca geliştirme nedeniyle artık performans potansiyeli kalmayan parçaları daha da iyileştirmek için nasıl kullanılabileceğini gösteriyor. Bu teknolojiden uzay ve enerji endüstrileri gibi birçok endüstri yararlanacak.” 

Biyonik tasarım piston ağırlığını azaltıyor ve azami motor hızını artırıyor 

Yeni süreç, biyonik tasarım uygulama seçeneği sunuyor. İnsan iskeleti gibi doğal yapıların taklit edildiği bu yaklaşımda, malzeme sadece piston yapısının yüklemeye uyarlandığı yükleme alanlarına ekleniyor. Malzemeden tasarruf sağlıyor ve 3D yazdırma teknolojisi kullanılarak üretilen pistonun geleneksel yöntemle üretilen pistondan yüzde 20’ye yakın daha hafif olma ve buna rağmen sağlamlığında artış potansiyeli var.  

Ayrıca, MAHLE ürün geliştirme uzmanları piston segmanlarının yanında en uygun şekilde konumlandırılmış ve özel olarak şekillendirilmiş soğutma galerisi tanıttılar. Bu tasarım, MAHLE’nin pistonun termal süreçleri alanındaki uzun deneyimine dayanıyor ve sadece 3D yazdırma teknolojisi ile mümkün. Soğutma galerisi, pistonun özellikle gerilen kısmı olan piston ateş segman setindeki sıcaklık yükünü azaltır, bu sayede yanmayı en uygun hale getirir ve daha yüksek azami motor hızı için zemin hazırlar. 

Yeni üretim süreci, uzun yıllar döküm pistonlarda başarılı şekilde kullanılan ve MAHLE tarafından geliştirilen özel alüminyum alaşımına dayanıyor. Alaşım ince toz halinde atomize ediliyor ve daha sonra lazer metal füzyonu (LMF) olarak bilinen süreç içinde yazdırılıyor. Lazer ışını tozu istenen katman kalınlığına kadar eritiyor, daha sonra üstüne yeni bir katman uygulanıyor, böylece piston her defasında bir katman uygulanarak imal ediliyor. 3D yazdırma uzmanı Trumpf, bu yöntemi kullanarak piston boşluklarını ortalama 12 saatte ve yaklaşık 1.200 katman uygulayarak imal ediyor.  

Bu proje birden fazla zorluk barındırıyor. MAHLE İleri Mühendislik Ürün Tasarım Başkanı Volker Schall şöyle ifade ediyor: “En uygun sonucu alabilmek için malzeme özelliklerinden ve pistonun tasarımından uygun yazdırma parametrelerinin geliştirilmesine kadar birçok ince ayarlama yapmak zorundayız. Şu an itibariyle işlerin teknik tarafında uzmanlaşmakla kalmadık, aynı zamanda yöntemin mevcut üretim süreçlerine nasıl yerleştirilebileceğini de değerlendirebiliyoruz.” 

Katı test koşullarında kanıtlanan yüksek kalite

Piston boşluğu MAHLE’de tamamlanıyor, ölçülüyor ve test ediliyor ve geçerli olan katı standartları geleneksel yöntemle üretilen parçalar ile aynı şekilde karşılamalı. Pistonun etek olarak bilinen orta kısmına ve pim yuvası olarak bilinen ve biyel koluna temas eden noktaya özellikle dikkat edilmeli. Bu alanlar etek darbesi ve yırtılarak ayrılma testlerine tabi tutuluyor; MAHLE mühendisleri bu sayede daha sonra çalışma esnasında oluşacak yükleri simüle edebiliyorlar. 

Proje ortağı Zeiss, pistonları analiz etmek için keserek açıp yaptığı testlere ilaveten CT tarama, 3D tarama ve mikroskopi de dahil olmak üzere değişik yöntemlerin kullanıldığı sayısız tahribatsız test yaptı. Bütün testler gösterdi ki, yazdırma teknolojisi ile üretilen pistonlar geleneksel yöntemle üretilen pistonlar ile aynı yüksek standartları sağlıyor. Uygulama testlerinde ise, Porsche 911 GT2 RS’nin motoruna altı piston takıldı ve tahrik birimi test tezgahında en zorlu koşullar altında 200 saat dayanıklılık testini başarıyla sonuçlandırdı. Bu, yakıt ikmal için duraklamalar ve tam yükle yaklaşık 135 saat dahil ortalama 250 km/saat hızla 6.000 kilometreye denk geliyor. Bu test sürüşüne ayrıca 25 saat sürüş yükü dahil edilmiştir. Örn. aracın tek yönlü kavrama modunda simülasyonu.  

Daha yüksek verimlilik için ilave doldurma havası soğutucusu

Porsche ve Trumpf ile ortak projenin bir parçası olarak geliştirilen ilave doldurma havası soğutucusu da 3D yazdırma teknolojisinin avantajlarının bir diğer kanıtıdır. Turbo ile orijinal doldurma havası soğutucusu arasındaki hava borusu içine gizlenmiş olan ilave bu parça, 3D yazdırma teknolojisinin sağladığı fırsatlar sayesinde çok daha yüksek miktarda ısı transferi yüzeyinden yararlanıyor. Bu, akış kontrolü ve soğutmanın en uygun hale getirilmesine olanak sağlıyor ve sonuçta da daha soğuk emme havası, daha yüksek motor performansı ve daha az yakıt tüketimi elde ediliyor.  

MAHLE stratejik olarak 3D yazdırma teknolojisindeki yetkinliğini artırıyor

MAHLE, gelecekteki projeler için stratejik olarak, 3D yazdırma teknolojisi gibi yeni üretim süreçlerinin potansiyelini kullanmaya hazırlanıyor ve özellikle bu alandaki yetkinliğini artırmayı amaçlıyor. Daha kısa geliştirme ve üretim süreleri büyük avantaj sağlıyor. Bu özellikle, elektrikli araçlarda, motor ve şanzıman gövdeleri ve akü sistemlerinde soğutma ve iklimlendirme için gerekli olan karmaşık yapılardaki termal yönetim parçaların kullanıldığı emobilite gibi yeni teknolojiler söz konusu olduğu zaman önemlidir. Hava kanalları, filtre gövdeleri ve yağ yönetim parçaları gibi motor çevresinde en uygun hale getirilmiş parçaları da içerir.  

Eski model araçlara aftermarket tedariki için düşük miktarlarda geliştirme ve uygun maliyetli üretim ile ilgili ihtiyaç alanları tanımlanmıştır. Gelecek vaat eden diğer uygulama alanları arasında hızlı prototip geliştirme de yer almaktadır. Örn. Test amaçlı hızlı parça imalatı ve ters mühendislik—3D tarayıcı vasıtasıyla parçaların yeniden üretimi.