Bir roket motorunun nozulu (nozzle), mühendislik dünyasının en zorlu çalışma ortamlarından birine maruz kalır. Birkaç saniye içinde ortam sıcaklığı dondurucu soğuktan 3000°C'ye (çeliğin erime noktasının iki katı) fırlar ve süpersonik hızda akan gazların muazzam basıncına dayanmak zorundadır.
Geleneksel yöntemlerle yüzlerce parçadan oluşan, ağır ve üretimi aylar süren bu karmaşık yapılar, artık Mikronize Metal Tozları kullanılarak tek parça halinde, günler içinde ve "imkansız" geometrilerle üretilebiliyor. Bu yazımızda, toz metalurjisinin uzay yarışını nasıl hızlandırdığını teknik açıdan inceliyoruz.
Roket nozulu üretiminde kullanılan tozlar, sıradan metal tozları değildir. Gaz atomizasyonu ile üretilen, mükemmel küreselliğe sahip (akışkanlık için) ve 10-60 mikron boyut aralığındaki bu tozlar, motorun performansını belirler.
Bakır-Krom-Zirkonyum (CuCrZr - GRCop-42/84): NASA tarafından geliştirilen bu alaşımlar, nozulun en sıcak bölgesi olan "boğaz" (throat) kısmında kullanılır.
Neden? Bakırın mükemmel ısı iletkenliğini, krom ve zirkonyumun yüksek sıcaklık mukavemetiyle birleştirir. Isıyı hızla transfer ederek nozulun erimesini önler.
Inconel 718 ve 625 (Nikel Süperalaşımları): Nozulun genişleyen etek kısmında kullanılır.
Neden? Oksidasyona ve korozyona karşı dirençlidir, yüksek sıcaklıklarda mekanik bütünlüğünü korur (Sürünme Direnci).
3D baskının roket nozullarında sağladığı en büyük teknik avantaj, Rejeneratif Soğutma (Regenerative Cooling) sistemlerinin entegrasyonudur.
Geleneksel Sorun: Eski yöntemlerde soğutma kanalları, nozulun dışına borular kaynaklanarak yapılırdı. Bu ağırdı, verimsizdi ve her kaynak noktası bir patlama riskiydi.
Mikronize Toz Çözümü: Seçici Lazer Ergitme (SLM) yöntemiyle, nozulun duvar kalınlığının içine, insan saçı inceliğinde binlerce soğutma kanalı açılabilir.
Çalışma Prensibi: Kriyojenik yakıt (örneğin -253°C'deki Sıvı Hidrojen), yanma odasına girmeden önce bu mikro kanallardan geçer. Yakıt, nozul duvarındaki aşırı ısıyı emer (nozulu soğutur) ve ısınarak gaz fazına geçer (yanma verimi artar). Bu, mühendislik harikası bir döngüdür.
Süreç, dijital bir CAD dosyasının 3D yazıcıya gönderilmesiyle başlar.
Serme: Yazıcı, yapı platformuna 30-50 mikron kalınlığında ince bir metal tozu tabakası serer.
Lazer Tarama: Yüksek güçlü lazerler (400W - 1kW), nozulun kesit geometrisini toz yatağı üzerinde tarar. Tozlar anında erir ve bir önceki katmana kaynar.
Tekrar: Platform aşağı iner, yeni bir toz katmanı serilir. Bu işlem binlerce kez tekrarlanır.
Sonuç: Fırından çıktığında, soğutma kanalları, flanşlar ve enjektör girişleri dahil tek parça (monolitik) bir roket nozulu elde edilir.
SpaceX, Rocket Lab ve NASA'nın bu teknolojiye geçmesinin somut nedenleri vardır:
Parça Konsolidasyonu: 100 parçalık bir montaj yerine tek bir parça. Conta yok, cıvata yok, kaynak hatası riski yok.
Hız: Aylar süren döküm ve işleme süreçleri yerine, 3-5 gün içinde baskı süresi.
Ağırlık Azaltma: Topoloji optimizasyonu ile sadece yük taşıyan bölgelere malzeme konulur, gerisi boşaltılır. Hafif nozul, daha fazla faydalı yük (uydu) demektir.
Maliyet: Karmaşık parçalarda kalıp maliyeti olmadığı için üretim maliyeti %50'ye kadar düşebilir.
Mikronize metal tozları, roket mühendisliğini "inşaat" işinden çıkarıp "sanat" işine dönüştürmüştür. Bugün yörüngeye çıkan roketlerin arkasındaki o parlak alev, aslında mikron boyutundaki tozların, lazer hassasiyetiyle birleşmesinin eseridir. Uzay sanayisi, toz metalurjisinin omuzlarında yükselmektedir.
