Havacılık endüstrisi, tarih boyunca hafiflik, mukavemet ve dayanıklılık gerekliliklerini karşılamak için malzeme bilimindeki en son teknolojileri kullanmıştır. Uçak gövdelerinin üretiminde geleneksel olarak büyük metal parçaların dövülmesi veya işlenmesi yöntemleri kullanılırken, bu süreçler yüksek maliyetli ve malzeme israfına yol açar. Günümüzde, bu zorlukların üstesinden gelmek için, hassas ve verimli bir üretim yöntemi olan Mikronize Toz Metalurjisi (PM) devreye girmiştir. PM, mikron boyutundaki metal tozlarını kullanarak uçak gövde parçalarını daha az atıkla, daha karmaşık geometrilerde ve üstün özelliklerle üretme potansiyeli taşımaktadır.
Toz Metalurjisi (PM), metalik tozların kalıplara sıkıştırılması ve ardından erime noktasının altındaki sıcaklıklarda sinterleme (ısıtma ve kaynaştırma) yoluyla yoğunlaştırılması sürecidir. Bu süreçte kullanılan mikronize tozlar, genellikle 1 ila 100 mikrometre boyut aralığındadır.
Uçak gövdesi üretiminde PM'nin önemi, özellikle yüksek performanslı, hafif alaşımların işlenmesindeki üstünlüğünden kaynaklanır:
Hammadde Verimliliği: PM, "net şekle yakın" (near-net-shape) veya "net şekil" üretimini mümkün kılar. Bu, özellikle Titanyum gibi pahalı havacılık alaşımlarında, geleneksel talaşlı imalata göre oluşan hurda miktarını %90'a kadar azaltabilir.
Üstün Malzeme Özellikleri: PM, alaşım elementlerinin homojen dağılımını sağlayarak dökümde sıklıkla görülen segregasyonu engeller. Bu, nihai parçanın yüksek mukavemet ve yorulma direncini garanti eder.
Karmaşık Geometri: PM, özellikle Eklemeli İmalat (3D Baskı) ile birleştiğinde, geleneksel yöntemlerle üretilmesi imkansız olan, ağırlığı optimize edilmiş iç yapılar ve karmaşık geometrilere sahip parçaların üretilmesini sağlar.
PM, uçağın yapısal bütünlüğü ve hafifliği için kritik olan bileşenlerin üretiminde kullanılır.
Uçak gövdesinin ana iskeletini oluşturan bağlantı elemanları, braketler ve kabin basıncına maruz kalan çerçeve parçaları, hafiflik ve mukavemetin anahtarıdır.
Titanyum Tozları: Titanyum alaşımları (örneğin $\text{Ti-6Al-4V}$), yüksek mukavemet/ağırlık oranı nedeniyle vazgeçilmezdir. PM/Eklemeli İmalat ile Titanyum tozu kullanılarak üretilen büyük gövde bağlantı parçaları, geleneksel dövme parçalara göre daha az atıkla ve daha az işleme gereksinimiyle üretilebilir.
Alüminyum Tozları: Daha düşük sıcaklıkta çalışan ancak hafiflik gerektiren gövde panelleri ve iç destek yapıları için mikronize Alüminyum tozları kullanılır. PM ile Alüminyum parçaların üretilmesi, malzemenin mekanik özelliklerini ve yorulma ömrünü iyileştirir.
İniş takımları ve motorların gövdeye bağlandığı pilonlar, uçağın en yüksek gerilime maruz kalan kısımlarıdır.
Yüksek Mukavemetli Alaşımlar: Bu bölgelerde kullanılan nikel ve çelik tabanlı süper alaşımların mikronize tozları, Sıcak İzostatik Presleme (HIP) gibi PM teknikleriyle ultra yoğun hale getirilir. Bu yoğunluk, parçanın yorulma direncini ve darbe dayanımını artırır.
PM, geleneksel yöntemlerle yapılamayan, farklı malzemelerin tek bir parçada kademeli olarak birleştirildiği FGM'lerin üretimine izin verir.
Uygulama: Uçak gövdesinin dış yüzeyinde korozyon direnci yüksek bir alaşım (Alüminyum), iç yüzeyinde ise daha hafif ve mukavemeti yüksek bir alaşım (Titanyum) kullanılabilir. Bu, parçanın farklı bölgelerindeki spesifik gereksinimleri karşılayarak genel performansı optimize eder.
PM teknolojisi, uçak gövdesi üretimini maliyet, zaman ve performans açısından dönüştürür.
Malzeme Tasarrufu: Titanyum gibi pahalı hammaddelerde, hurda oranının %90'a kadar düşürülmesi, üretim maliyetlerini önemli ölçüde azaltır.
İmalat Süresinin Kısaltılması: PM ile üretilen parçalar "net şekle yakın" olduğu için, yoğun talaşlı imalat süreci gereksinimi azalır. Bu, prototipleme ve seri üretim sürelerini kısaltır.
Ağırlık Optimizasyonu: PM/AM ile üretilen karmaşık, ağırlığı azaltılmış gövde parçaları, uçağın toplam ağırlığını düşürür. Uçağın hafiflemesi, daha az yakıt tüketimi ve dolayısıyla daha düşük karbon emisyonları anlamına gelir.
Uzun Ömür ve Düşük Bakım: PM ile üretilen, homojen ve kusursuz mikro yapıya sahip alaşımlar, geleneksel parçalara göre daha yüksek yorulma ömrü sunar. Bu, gövde bileşenlerinin servis ömrünü uzatır ve Bakım, Onarım ve Revizyon (MRO) maliyetlerini düşürür.
PM'nin havacılıkta yaygınlaşması için bazı zorlukların aşılması gerekmektedir:
Toz Kalitesi ve Saflığı: Uçak gövdesi gibi kritik parçalarda kullanılan metal tozlarının yüksek saflıkta ve tutarlı kalitede olması gerekir. Toz içindeki en küçük bir kirlilik veya gözeneklilik bile yapısal arızaya neden olabilir.
Çözüm: İleri gaz atomizasyonu gibi toz üretim yöntemleri ve sıkı kalite kontrol standartları gereklidir.
Büyük Ölçekli Parça Üretimi: PM geleneksel olarak daha küçük, karmaşık parçalar için kullanılırken, büyük uçak gövdesi bileşenlerinin tutarlı ve hızlı bir şekilde üretilmesi hala araştırma konusudur.
Türkiye, havacılık ve savunma sanayii alanında yerli üretim kapasitesini artırma hedefine paralel olarak PM teknolojilerine büyük yatırımlar yapmaktadır. TUSAŞ ve alt yükleniciler, Milli Muharip Uçak (MMU) KAAN projesi başta olmak üzere, uçak ve İHA gövdelerinde kullanılacak Titanyum ve Nikel süper alaşım tozlarının üretimini ve Eklemeli İmalat ile parçaya dönüştürülmesini stratejik bir öncelik olarak görmektedir. Bu teknoloji, Türkiye'nin havacılık üretiminde verimliliği ve teknolojik bağımsızlığı artırmaktadır.
Mikronize toz metalurjisi, uçak gövde üretimini malzeme verimliliği, maliyet etkinliği ve yapısal performans açısından dönüştüren devrimci bir teknolojidir. PM ile üretilen Titanyum ve Alüminyum bileşenler, havacılığın temel gereklilikleri olan hafifliği, yüksek mukavemeti ve uzun ömrü en üst seviyeye taşımaktadır. Eklemeli İmalat ile birleşen PM, geleceğin uçaklarının daha ekonomik, çevre dostu ve güvenilir olmasını sağlayarak havacılık mühendisliğinin sınırlarını yeniden çizmeye devam edecektir.
