Havacılık ve tıpta yeni dönem: 3D dokunabilir metal üretildi

Madrid Teknik Üniversitesi (UPM) ve IMDEA Malzeme Enstitüsü araştırmacılarından oluşan bir ekip, metallerin sert yapısını tekstil esnekliğiyle birleştiren devrim niteliğinde bir çalışma gerçekleştirdi. Nikel-titanyum (Nitinol) alaşımlarını, tıpkı bir kumaş gibi iç içe geçmiş, yüksek oranda deforme olabilen bir yapıda üreten ekip, havacılık, robotik ve medikal sektörlerinde oyunun kurallarını değiştirebilecek özelliklere ulaştı.

Geleneksel metal işleme yöntemleri ile modern 3D baskı teknolojileri arasındaki en büyük engellerden biri olan ‘esneklik kaybı’ sorunu, İspanya merkezli bir araştırma grubu tarafından aşıldı. Araştırmacılar, metal bileşenleri katı bloklar yerine ‘dokuma metamalzemeler’ olarak tasarlayarak, malzemenin deformasyon kabiliyetini ve dayanıklılığını önemli ölçüde artırmayı başardı. Virtual and Physical Prototyping dergisinde yayımlanan bu sonuçlar, yüksek performanslı endüstriyel aktüatörlerin geliştirilmesi için kritik bir dönüm noktası olarak görülüyor.

3D BASKININ ‘KIRILGANLIK’ SORUNU ÇÖZÜLDÜ

Nitinol alaşımları, şekil hafızası ve süperelastik özellikleriyle bilinse de Lazer Toz Yataklı Füzyon (LPBF) gibi eklemeli imalat (3D baskı) yöntemleriyle işlendiğinde, geleneksel yöntemlere kıyasla daha kırılgan hale geliyordu. Önceki çalışmalar, 3D baskı ile üretilen nitinolün deformasyon oranının, endüstriyel standartların yarısı kadar olduğunu gösteriyordu.

Çalışmanın baş yazarlarından Carlos Aguilar Vega, "LPBF, nitinol üretiminde altın standart olsa da bugüne kadar elde edilen mekanik performans, geleneksel süreçlerin gerisindeydi. Ancak geliştirdiğimiz mimari tasarım yaklaşımıyla bu dezavantajı avantaja çevirdik" değerlendirmesinde bulundu.

GEOMETRİ İLE MEKANİK PERFORMANS ARTIŞI

Araştırma ekibi, sadece malzemenin kimyasına odaklanmak yerine, mimari geometriye dayalı bir çözüm geliştirdi. Yeni bir algoritma tabanlı tasarım çerçevesi kullanılarak iki ana yapı ailesi üretildi:

• Boru şeklindeki kafesler
• Silindirik dokuma mimarileri

Bu yapılar, metalin sertliğini korurken, bir kumaş gibi esneyip bükülmesine olanak tanıyan karmaşık ‘iç içe geçmiş’ (interlaced) bir formda tasarlandı. Prof. Andrés Díaz Lantada, "Bunlar şimdiye kadar yaratılmış en karmaşık şekilli dokuma nitinol yapılarından bazıları. Bu çalışma, süperelastik alaşımların eklemeli imalatında bir atılımı temsil ediyor" dedi.

ENDÜSTRİYEL UYGULAMA ALANLARI

Yapılan mekanik testler ve bilgisayarlı tomografi taramaları, bu yeni yapıların yük taşıma kapasitesinin, enerji emiliminin ve tokluğunun sadece tasarım değiştirilerek ayarlanabileceğini kanıtladı.

Bu teknolojik gelişme, özellikle şu sektörler için büyük potansiyel taşıyor:

• Medikal: Vücut içinde esneyebilen stentler ve implantlar.
• Havacılık: Şekil değiştirebilen kanat yapıları ve hafifletilmiş gövde parçaları.
• Robotik: Yumuşak robotlar (soft robotics) ve gelişmiş aktüatör sistemleri.

Araştırmacılar, mevcut 3D baskı süreçlerine özgü mekanik dezavantajların, doğru mimari tasarım ile tamamen ortadan kaldırılabileceğini bilimsel olarak kanıtlayarak, sanayi üretimi için yeni bir rota çizmiş oldu.