Bir iplik makarasını düşünün. İpliği makaraya ne kadar sıkı ve düzgün sararsanız, o makara o kadar sert ve dayanıklı olur. Filament sarım tekniği, bu basit mantığı alıp ileri mühendislikle birleştirir. Sürekli formdaki elyafların (cam, karbon veya aramid), reçine ile ıslatılarak dönen bir kalıbın (mandrel) üzerine, bilgisayar kontrollü bir hassasiyetle sarılması işlemidir.
Sonuç? Çelikten daha sağlam, alüminyumdan daha hafif ve korozyona (paslanmaya) sonsuza dek dirençli yapılar.
Filament sarım, yüksek derecede otomasyon içeren bir süreçtir. İnsan faktörü minimumdur, bu da hatasız üretim demektir.
Her şey dönen bir şaftın üzerine takılan Mandrel ile başlar. Mandrel, üretilecek borunun veya tankın iç şeklini belirler. Boru üretiminde genellikle krom kaplı çelik silindirler kullanılırken, tank üretiminde suda eriyebilen tuz kalıplar veya şişirilebilir lastik balonlar kullanılabilir (böylece işlem bitince kalıp içeriden çıkarılabilir).
Makaralardan gelen binlerce metre uzunluğundaki kuru elyaf demetleri (nerving), önce bir reçine havuzundan geçirilir. Burada elyaflar epoksi, polyester veya vinilester reçinesiyle tamamen doyurulur.
İşin kalbi burasıdır. Islanan elyaflar, dönen mandrelin üzerine sarılır. Burada iki hareket vardır:
Mandrel kendi ekseni etrafında döner.
Elyafı taşıyan kafa (gezdirici), mandrel boyunca ileri geri hareket eder.
Bu iki hareketin hızı, elyafın mandrele hangi açıyla sarılacağını belirler. Bu açı, borunun dayanıklılık karakterini belirleyen en kritik faktördür.
Sarım işlemi bittiğinde, mandrel üzerindeki ıslak kompozit yapı fırına girer. Isı veya UV ışığı altında reçine sertleşir ve yapı son halini alır.
Parça sertleştikten sonra mandrel içeriden çıkarılır ve parça kullanıma hazırdır.
Filament sarımda elyafı rastgele saramazsınız. Mühendisler, borunun maruz kalacağı kuvvete göre sarım açısını belirler:
Çevresel Sarım (Hoop Winding - 90°'ye yakın): Elyaf, borunun çevresine neredeyse dik sarılır. Bu, borunun iç basınca karşı dayanmasını sağlar (Patlama basıncı direnci).
Helisel Sarım (Helical Winding - 45° civarı): Elyaf, boru boyunca bir sarmal çizerek ilerler. Bu desen, borunun hem eğilmeye hem de çekmeye karşı dirençli olmasını sağlar.
Kutupsal Sarım (Polar Winding): Genellikle küresel tanklarda (LPG veya Oksijen tüpleri) kullanılır. Elyaf, tankın kutup noktalarından geçer.
İyi bir yüksek basınç tankı, genellikle bu desenlerin bir kombinasyonu (hibrit sarım) ile üretilir.
Bu yöntemi endüstride vazgeçilmez kılan özellikler şunlardır:
Kompozit malzemede yükü taşıyan elyaftır, reçine sadece yapıştırıcıdır. Filament sarımda elyaf oranı %60 ila %80'e kadar çıkabilir. Bu, diğer yöntemlere (el yatırması veya püskürtme) göre çok daha yüksek mukavemet demektir.
Doğalgaz (CNG) veya Hidrojen tankları 300-700 bar basınçta çalışır. Metal tanklar bu basınçta çok ağır olur ve patlama riski taşır (şarapnel etkisi). Filament sargılı karbon fiber tanklar ise hafiftir ve patlamak yerine sızıntı yaparak güvenli şekilde boşalır.
Robotik kollarla yapıldığı için, Pazartesi günü üretilen ilk boru ile Cuma günü üretilen bininci boru mikron düzeyinde aynı kaliteye sahiptir.
Kaynak dikişi yoktur. Kaynak noktaları metal boruların en zayıf yeridir. Filament sarım borular yekpare olduğu için sızdırmazlık garantidir.
Altyapı: Atık su boruları, temiz su iletim hatları, jeotermal borular. (Korozyona uğramadıkları için 50+ yıl ömürlüdür).
Enerji Depolama: Hidrojen yakıt hücreli araçların tankları, LPG tüpleri, dalgıç tüpleri.
Savunma ve Uzay: Roket motor gövdeleri (SpaceX ve diğer firmalar roket gövdelerinde bu tekniği kullanır), füze fırlatma tüpleri.
Endüstri: Kimyasal madde depolama tankları (Asitlere dayanıklı reçinelerle).
Dünya petrolden hidrojene geçerken, filament sarım tekniği hiç olmadığı kadar önem kazanacak. Hidrojenin depolanması zordur ve çok yüksek basınç gerektirir. Geleceğin enerji altyapısı, bu teknikle üretilmiş milyonlarca karbon fiber tankın sırtında yükselecek.
Filament sarım, basit bir "iplik sarma" işlemi gibi görünse de, arkasında karmaşık bir matematik ve malzeme bilimi yatar. Silindirik ve küresel parçalar için insanlığın geliştirdiği en verimli üretim yöntemidir. Yer altındaki kanalizasyondan Mars'a giden rokete kadar, bu sargıların izini her yerde görebilirsiniz.
