Eklemeli imalat veya yaygın adıyla 3D baskı, özellikle karmaşık geometrili ve yüksek performanslı parçaların üretiminde devrim yaratan bir teknolojidir. Bu teknolojinin en gözde malzemelerinden biri de titanyum ve alaşımlarıdır. Havacılık, medikal ve savunma sanayii gibi kritik sektörlerde yaygın olarak kullanılan titanyum, eklemeli imalat sayesinde daha hafif, güçlü ve özel tasarımlı parçaların üretilmesine olanak tanır. Ancak, titanyum tozlarının bu süreçlerde karşılaşılan önemli bir sorunu vardır: reaktivite.
Titanyum, yüksek bir kimyasal reaktiviteye sahip bir metaldir, özellikle yüksek sıcaklıklarda. Bu reaktivite, eklemeli imalat süreçlerinde, yani titanyum tozlarının lazer veya elektron ışınları gibi enerji kaynakları ile eritilip katman katman birleştirildiği durumlarda ciddi sorunlara yol açabilir.
Başlıca reaktivite sorunları şunlardır:
Oksidasyon ve Kontaminasyon: Titanyum, oksijenle temas ettiğinde kolayca oksitlenir. Eklemeli imalat ortamında kontrolsüz oksijen veya azot bulunması, üretilen parçanın mekanik özelliklerini (mukavemet, süneklik, yorulma direnci) olumsuz etkileyen, kırılgan ve gözenekli bir yapıya yol açabilir. Bu kontaminasyon, özellikle havacılık ve medikal gibi yüksek güvenilirlik gerektiren uygulamalar için kabul edilemezdir.
Yangın ve Patlama Riski: Çok ince toz partikülleri halinde bulunan titanyum, belirli koşullar altında hava ile temas ettiğinde yanıcı ve hatta patlayıcı olabilir. Bu durum, üretim tesislerinde ciddi güvenlik riskleri oluşturur ve özel ekipman ve protokoller gerektirir.
Malzeme Kaybı ve Maliyet Artışı: Kontamine olmuş veya hasar görmüş tozlar tekrar kullanılamaz hale gelebilir, bu da malzeme israfına ve üretim maliyetlerinin artmasına neden olur.
Titanyum tozlarının reaktivite sorunlarını yönetmek için çeşitli stratejiler ve teknolojik gelişmeler uygulanmaktadır:
Eklemeli imalat makineleri, titanyum tozlarının hava ile temasını kesmek için inert gaz atmosferi (genellikle argon veya bazen azot) ile doldurulmuş kapalı odalarda çalışır. Bu odalar, oksijen ve nem seviyelerini minimumda tutan sensörler ve arıtma sistemleri ile donatılmıştır. Bu, oksidasyonu ve kontaminasyonu engellemek için en temel ve etkili yöntemdir.
Toz Kalitesi Kontrolü: Kullanılan titanyum tozlarının saflığı, partikül boyutu dağılımı ve morfolojisi sıkı bir şekilde denetlenmelidir. Yüksek kaliteli tozlar, daha az kusurlu parça ve daha az atık anlamına gelir.
Toz Geri Dönüşümü ve Yeniden Kullanım: Kullanılmayan titanyum tozlarının geri dönüştürülmesi ve yeniden kullanılması, malzeme maliyetini düşürmek ve atığı azaltmak için kritik öneme sahiptir. Ancak, bu süreçte tozların kimyasal ve fiziksel özelliklerinin bozulmadığından emin olmak için titiz filtreleme ve test işlemleri uygulanır.
Güvenli Taşıma ve Depolama: Titanyum tozları, nemden ve havadan uzak, özel kapalı kaplarda depolanmalı ve taşınmalıdır. Yangın riskini minimize etmek için statik elektriğin önlenmesi de önemlidir.
Lazer gücü, tarama hızı, katman kalınlığı gibi eklemeli imalat süreç parametreleri, titanyumun erimesi ve katılaşması sırasında oluşabilecek reaksiyonları etkiler. Bu parametrelerin doğru şekilde optimize edilmesi, yüksek yoğunluklu, düşük gözenekli ve kontaminasyondan arındırılmış parçaların üretilmesi için hayati öneme sahiptir.
Üretilen titanyum parçalar, genellikle yüzey pürüzlülüğünü azaltmak, artık gerilmeleri gidermek ve nihai mekanik özellikleri iyileştirmek için ısıl işlem (heat treatment) ve yüzey işleme (surface finishing) gibi post-proses işlemlerine tabi tutulur. Bu işlemler, olası yüzey oksidasyonunu temizlemeye veya stabilize etmeye yardımcı olabilir.
Titanyum tozlarının eklemeli imalattaki reaktivitesi, bu güçlü teknolojinin tam potansiyeline ulaşmasının önündeki önemli bir zorluktur. Ancak, kontrollü atmosferler, sıkı toz yönetimi, süreç optimizasyonu ve ileri post-proses teknikleri gibi çözümler sayesinde bu sorunlar başarıyla aşılmaktadır. Bu gelişmeler, titanyumun eklemeli imalat yoluyla havacılık, biyomedikal ve diğer yüksek teknoloji endüstrilerinde daha yaygın ve güvenli bir şekilde kullanılmasının önünü açmaktadır. Titanyumun hafifliği ve mukavemeti ile 3D baskının tasarım özgürlüğünün birleşimi, geleceğin mühendislik çözümleri için sınırsız potansiyel sunmaktadır.
