Geleneksel olarak, bir Formula 1 şasisi veya savaş uçağı kanadı üretmek için, parçayı 6-7 bar basınç altında pişiren otoklavlar kullanılırdı. Bu basınç, malzemenin içindeki hava kabarcıklarını ezer ve mükemmel bir sağlamlık sağlardı. Ancak otoklavlar pahalıdır, çok enerji tüketir ve üretebileceğiniz parçanın boyutu fırınınızın çapıyla sınırlıdır.
Peki ya sadece atmosfer basıncını (1 bar) kullanarak benzer kalitede parçalar üretebilseydik? İşte OOA (Out-of-Autoclave) teknolojileri tam olarak bunu hedefler. Sadece maliyeti düşürmekle kalmaz, aynı zamanda 100 metrelik rüzgar türbini kanatları gibi fırına sığmayacak devasa yapıların üretilmesini de mümkün kılar.
Endüstride kullanılan başlıca OOA yöntemleri, reçinenin elyafa nasıl verildiğine göre değişir.
Hobicilerden devasa yat üreticilerine kadar en yaygın kullanılan yöntemdir.
Nasıl Çalışır? Kuru elyaf (karbon veya cam) kalıbın üzerine yerleştirilir. Üzeri sızdırmaz bir naylon torba (vakum torbası) ile kapatılır. Bir taraftan vakum pompası havayı emerken, diğer taraftan sıvı reçine sisteme verilir. Vakumun yarattığı negatif basınç, reçineyi elyafların içine doğru çeker.
Avantajları: İnsan hatasını azaltır, el yatırmasına göre çok daha düşük hava boşluğu (void) oranı sağlar ve operatör reçine kokusuna maruz kalmaz.
Kullanım Alanı: Tekne gövdeleri, rüzgar türbini kanatları, otomobil kaputları.
Eğer binlerce adet aynı parçadan üretmeniz gerekiyorsa (örneğin araba tamponu), VARTM çok yavaş kalır. RTM, seri üretimin çözümüdür.
Nasıl Çalışır? İki parçalı (erkek ve dişi) sert bir kalıp kullanılır. Kuru elyaf kalıbın içine konur, kalıp kapatılır ve hidrolik presle sıkıştırılır. Ardından reçine, basınç altında kalıbın içine enjekte edilir.
Avantajları: Her iki yüzeyi de pürüzsüz parçalar üretir (VARTM'de bir yüzey pürüzlüdür). İşlem süresi çok kısadır.
Dezavantajı: Kalıp maliyetleri çok yüksektir.
Havacılık kalitesine en yakın sonucu veren yöntemdir. Normal prepregler (reçine emdirilmiş kumaşlar) otoklav basıncına ihtiyaç duyarken, yeni nesil OOA prepregler özel olarak tasarlanmıştır.
Teknoloji: Bu kumaşların reçine yapısı, vakum altında ısıtıldığında içindeki havanın dışarı kaçmasına izin verecek şekilde "nefes alabilir" kanallara sahiptir. Sadece vakum torbası ve basit bir fırın (oven) kullanılarak, otoklav kalitesine %98 oranında yaklaşan parçalar üretilebilir.
Kullanım Alanı: İHA gövdeleri, uzay aracı parçaları, prototip üretimler.
Özellikle boru, tank ve basınçlı kap üretiminde kullanılır.
Nasıl Çalışır? Reçine banyosundan geçirilen elyaflar, dönen bir milin (mandrel) üzerine belirli açılarla sarılır. Otoklav gerektirmez, genellikle oda sıcaklığında veya basit fırınlarda kürlenir.
Kullanım Alanı: Doğalgaz tankları, roket motor gövdeleri, kompozit borular.
Düşük Yatırım Maliyeti: Milyon dolarlık basınçlı kaplar yerine, basit vakum pompaları ve ısıtıcılar yeterlidir.
Boyut Sınırsızlığı: Bir otoklavın içine sığmak zorunda değilsiniz. Teorik olarak bir stadyum çatısını bile tek parça halinde vakum infüzyonla üretebilirsiniz.
Enerji Verimliliği: Otoklavda havayı (azotu) ısıtmak ve basınçlandırmak muazzam enerji harcar. OOA yöntemleri çok daha çevre dostudur.
Lojistik Kolaylık: Otoklavsız prepregler, şantiye ortamında veya daha az kontrollü alanlarda işlem görmeye daha uygundur.
Otoklavsız üretimin en büyük düşmanı "Porozite" yani mikroskobik hava kabarcıklarıdır. Otoklavdaki 6 bar basınç bu kabarcıkları ezip yok ederken, OOA yöntemlerindeki 1 bar atmosfer basıncı bazen yetersiz kalabilir.
Bu sorunu aşmak için mühendisler şunlara dikkat eder:
Mükemmel Vakum: Sızdırmazlık hayati önem taşır.
Düşük Viskoziteli Reçine: Reçine ne kadar akışkansa, elyafın arasına o kadar iyi sızar ve havayı iter.
Debulking (Ön Vakumlama): Prepreg katmanları serilirken periyodik olarak vakumlanarak aradaki hava alınır.
Otoklavsız kompozit üretim yöntemleri, yüksek teknolojiyi "ulaşılabilir" kılmıştır. Eskiden sadece NASA'nın veya Boeing'in yapabildiği karbon fiber parçaları, bugün üniversite öğrencileri garajlarında veya küçük işletmeler atölyelerinde üretebilmektedir. Malzeme bilimi geliştikçe, reçinelerin akışkanlığı ve elyafların ıslanabilirliği arttıkça, otoklavlar sadece çok çok özel parçalar için kullanılan "lüks" cihazlara dönüşecektir. Gelecek, atmosfer basıncında üretilen süper malzemelerindir.
