Koridion genleşebilir malzeme, indüksiyonla ısıtılan kalıplarla birleştirilerek %40 daha az malzeme ve %90 daha az enerji ile dakikalar içinde yüksek kaliteli, karmaşık şekilli parçalar üreterek tasarım ve üretimde yeni olasılıkların önünü açıyor.

Koridion, inovasyon firması Alia Mentis (Montebelluna, İtalya) tarafından geliştirilen karbon fiber takviyeli polimer (CFRP) parçalar için genişletilebilir bir çekirdek malzeme ve işlemdir. Entegre hava kanalları ve A Sınıfı şeffaf karbon fiber kaplamaya sahip tek parça bir başlık da dahil olmak üzere çeşitli parçaların sergilendiği JEC World 2023’te lanse edildi. Bu gösterici parça aynı zamanda Corebon (Malmö, İsveç) tarafından indüksiyon ısıtma ile donatılmış bir pres ve takım kullanarak Koridion çekirdeğini entegre eden yeni bir şekillendirme sürecinin olgunlaşmasına yardımcı oldu.

Alia Mentis CEO’su Giuseppe Paronetto, “[JEC’te sergilenen] bu araba kaputu, Koridion aktif çekirdek kullanılarak 15 dakikada yapıldı ve üreticilerin şu anda yaptığı gibi yapının bir dış kabuğa yapıştırılması gerekmedi” diyor. “Ancak Corebon ve yeni entegre pressclave sistemimiz sayesinde, aynı araç kaputu enerji tüketimi %90 oranında azaltılarak 8 dakikada tamamlanabiliyor.” Bu sistem, yüksek teknolojili bir kalıp olarak hafif, ince bir kabuk aracı kullanıyor. “Corebon’un indüksiyon teknolojisinden güç alarak, bunu Koridion aktif çekirdek ile birleştiriyoruz ve üreticilerin bize yapmanın imkansız ya da çok pahalı olduğunu söylediği CFRP parçalardan, karmaşık geometrili parçaları tavizsiz kalitede güvenilir bir şekilde üreten son derece verimli ve hızlı bir süreç elde ediyoruz.”

“Alia Mentis Pazarlama Müdürü Patrick Caseley, “3-4 yıl önce otomobil üreticileriyle geliştirmeye başladığımız parçalar şimdi üretime giriyor” diyor. Ve şirket sadece OEM’ler ve Tier 1 tedarikçileriyle değil, aynı zamanda dünyanın önde gelen prepreg üreticileri ve malzeme tedarikçileriyle de çalışıyor. “Onlar bizim ortağımız oldular ve CFRP’nin yapılış şeklini değiştirmek için özelleştirilebilir çekirdeğimizle reçine sisteminin ve tekstillerin doğasından derinlemesine yararlanmak için malzeme bilgilerini eklediler – daha kolay, daha basit ve daha sürdürülebilir bir süreç.”

Koridion Aktif Çekirdek Kalıplama

Alia Mentis, tasarımcıların ve üreticilerin medikal, havacılık, otomotiv, spor ve endüstriyel dahil olmak üzere bir dizi sektörde ürünlerinde devrim yaratmalarına yardımcı olmak için yeni süreçler ve paradigmalar da dahil olmak üzere malzeme bilimi yenilikleri geliştirmektedir.

Caseley, Koridion’un gelişiminin 11 yıl önce “CFRP dönüşüm sürecindeki sınırlardan nasıl kaçınılacağı sorusuna yeni bir cevap olarak” başladığını açıklıyor. Bu sınırlar, otoklav, vakum torbalama, yerel basınç oluşturmak için şişirilmiş torbalar ve bunlarla ilgili sorunlar ve maliyetlerden kaçınırken daha karmaşık şekillerin nasıl yapılacağını da içeriyordu.

Paronetto, “Koridion aktif çekirdek teknolojisi, geleneksel CFRP süreçleriyle yapılması imkansız olan tek seferlik yapıları mümkün kılıyor” diyor. “Prepreg ve önceden şekillendirilmiş Koridion çekirdeğini bir sıkıştırma kalıbının içine yerleştiriyoruz ve kürleme, boşluk boyunca eşit basınç uygulayan Koridion malzeme genleşmesini etkinleştiriyor. Bu, elyafları kalıba karşı doğru yere taşır ve aynı zamanda tek bir adımda iç sertleştiriciler oluşturur.”

“Basınç pek çok sorunu çözer” kompozitlerde eski bir atasözüdür. Alia Mentis, Koridion sürecinde bunun nasıl gerçekleştiğini gösterdi. Paronetto, “Bir teknisyenden çok kötü bir katman yapmasını istedik,” diyor. “Her yerde kırışıklıklar, kötü kesim ve ayrılmış katlar görebiliyordunuz. Bu parça hurda olabilirdi, ancak bunun yerine, bizim sürecimizi kullanarak, girişimler, üst üste binmeler ve yanlış şekiller Koridion çekirdeği tarafından eşit basınçla doğru konuma itildi. Nihai parçadaki tüm kenarlar, alt kesimler ve radyüslü alanlar yüzeyde hiçbir iz bırakmadan mükemmel bir şekilde şekillendirildi.”

Ayrıca, iç takviyelerin aynı anda oluşturulabilmesi, sadece birden fazla parçanın kürlenmesi ve yapıştırılması gerekmeden entegre yapıların elde edilmesini sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda gerekli CFRP miktarını da azaltıyor. Caseley, “Bu iç elemanların gücünü yaptığımız kiteboard hidrofoil kanatlarında görebilirsiniz” diyor. “Bu parçalar, insanlar onlarla dalga atlamaya başladığında büyük miktarda kuvvet altında kalıyor. Geleneksel olarak kırılmayla ilgili sorunlar vardı ve bu entegre yapı ağırlığı azaltırken kırılmayı neredeyse ortadan kaldırıyor.”

Paronetto, “Koridion kanatlarda, araba kaputlarında, çatılarda ve çeşitli yapısal çerçevelerde daha düşük ağırlık sağlıyor” diyor. “CFRP katmanlarının en az %30-40’ı çıkarılabilir, bu da çok para tasarrufu sağlar, ancak aynı zamanda zaman, işçilik ve enerji tasarrufu da sağlar.” İşçilik tasarrufunun kolaylıkla %50 olabileceğini belirtiyor. “Ve bir malzeme olarak karbon fiber şu anda sürdürülebilir değil – her bir kilogram CFRP için 30-35 kilogram CO2 eşdeğeri üretiliyor. Bu aynı zamanda daha az malzeme kullanarak ortadan kaldırdığınız şeydir. Ortaya çıkan Koridion yapıları da daha az yakıt ve emisyonla daha uzağa gidebilen hafif araçlara olanak sağlıyor.”

“Paronetto şöyle özetliyor: “Koridion daha az miktarda karbon fiber ve CO2 emisyonu ile yüksek performanslı parçalar üretiyor. Peki çekirdek malzemenin kendisi ağırlık katmıyor mu? “Çözünebilir, bu yüzden çıkarabilirsiniz. Ancak metreküp başına 23 kilogramla, onu bırakmak ve burkulma direncini en üst düzeye çıkarmak genellikle daha iyidir.” Bu, diğer hafif çekirdeklerin bir kısmıdır. Örneğin, denizcilik ve motor sporları uygulamalarında kullanılan hafif Nomex bal peteği 48 kilogram/metreküp (3 pound/metreküp) kadar düşük olabilirken, kompozitler için geri dönüştürülmüş PET ve Corecell köpük çekirdekler tipik olarak 60-90 kilogram/metreküpten başlar.

Özelleştirilmiş Genişletilebilir Malzemeler

Paronetto, Koridion’un köpük çekirdeklerle ya da onlarca yıldır kullanılan sentaktik köpükler ve epoksilerle karıştırılmaması gerektiğine dikkat çekiyor. “Genleşebilen malzemeler yeni değil,” diye katılıyor. “Ancak bizim malzememiz farklı çünkü her proje için kalıplama sürecindeki temel parametreleri dikkate alan özel formülasyonlar üretiyoruz.”

İlk parametre basınçtır. Paronetto, “Karmaşık şekiller oluşturmak için reçinenin jelleşme noktasından önce serimi sıkıştırmanız gerekir,” diye açıklıyor. “Gerekli basıncı ve sıkıştırmayı doğru zamanda üretmek için reçinenin viskoelastik davranışına uyacak şekilde maçanın kimyasal formülasyonunu geliştiriyoruz.” Koridion’un aktif maça kalıplama sırasında 12 bar’a kadar basınç uygulayabildiği bildiriliyor. Bununla birlikte, bu davranış aynı zamanda tabakanın kalınlığı ve geometrik karmaşıklığı ile de eşleştirilmelidir.

“Ayrıca reçine sisteminin kürlenme döngüsüne de uyacağız” diye ekliyor. “Koridion kimyasal formülasyonunu, reçine üreticileri tarafından önerilen ve kürlenme süresini de içeren prosesle eşleşecek şekilde uyarlıyoruz. 130°C’de 1 saatte kürlenen tipik bir reçineyi veya 230°C’de işlenen ve dakikalar içinde kürlenen bir snap-cure reçineyi barındırabiliriz.”

Paronetto, “Bu nedenle diğer genleşebilir sistemlerle elde ettiğimiz sonuçları elde edemedik” diyor. “Çünkü CFRP kalıplama oldukça karmaşık ve tüm ihtiyaçlara uyan tek bir bileşiğe sahip olmak gerçekten mümkün değil. Dolayısıyla Koridion için bir katalog yok, bunun yerine her parçanın hacmi içinde, o parçanın optimize edilmiş proses değişkenlerine göre eşitlenmiş basınç sağlamak üzere özelleştiriliyor.”

Termosetler ve Termoplastikler ile Uyumluluk

Koridion termoplastik bir malzemedir ve şu anda epoksi reçineler ve prepreglerle birlikte kullanılmaktadır. Paronetto, “Bu bizim hedefimiz oldu çünkü çoğunlukla spor, üst düzey otomotiv ve askeri sektörlerde uygulamalar geliştirdik” diyor. “Ancak Koridion fenolik ve polyester reçinelerle de uyumlu olabilir. Ve şimdi termoplastik prepreglerle uyumlu formülasyonlar geliştirmek için büyük prepreg üreticileriyle işbirliği yapıyoruz.”

Termoplastik malzemelerde, parçanın şeklinin ısıyla oluşturulduğunu ve soğutma işlemi boyunca korunması gerektiğini belirtiyor. “Bu, malzemenin büzülme riski taşıdığı zamandır, ancak biz bunu istemiyoruz. Dolayısıyla bu, malzememizle ilgili geliştirdiğimiz bilgi birikiminin bir parçası ve ayrıca dünya çapında termoset ve termoplastik prepreg ve reçine sistemlerinin ana markalarıyla çok geniş bir dizi deney ve laboratuvar testimiz var.”

Paronetto, “Koridion kalıplama sürecini daha kolay ve daha sürdürülebilir hale getirmeye devam etmek istiyoruz” diyor. “Bunu başarmak için reçinelerin, tekstillerin ve Koridion çekirdeğinin doğasından derinlemesine yararlanmak zorunludur. Bu nedenle, iyi bir entegrasyon seviyesine sahip yüksek teknolojili çözümler geliştirmek için kompozit pazarındaki kilit oyuncularla birlikte çalışıyoruz.”

Araba Kaputu Göstericisi

Alia Mentis’in işbirliği yaptığı sektör oyuncularından biri de daha verimli ısıtma ve soğutmayı hedefleyen Corebon. Corebon AR&GE Başkanı Kenneth Frogner, “Ortak bir kişi aracılığıyla bize ulaştılar ve hızlı bir şekilde alet döngüsüne ihtiyaçları vardı” diyor. Paronetto, indüksiyonlu ısıtmanın verimlilik ve enerji tasarrufu açısından iyi bilindiğini açıklıyor. “Sorun, bunun kompozitlerle uygun maliyetli ve güvenilir bir şekilde nasıl kullanılacağıdır.”

İki şirket Corebon’un indüksiyonla ısıtılan takımlarını ve pres plakalarını Koridion malzemelerine ve prosesine uyarlamak için birlikte çalışmaya başladı. Sonuçlardan biri, Koridion çekirdeği ve indüksiyonla ısıtılan CorePlate Adapt aracı (bkz. çevrimiçi kenar çubuğu “Corebon indüksiyonla ısıtma”) ile JEC 2023’te sergilenen bir araba kaputu göstericisi oldu.

Neden bir araba kaputu? Caseley, “Yapılması son derece zor olan, kolayca tanınabilen bir parça” diyor. “Araba üreten insanlar gelip ‘Bunu nasıl yaptınız?’ diye soruyorlar. Şu anda bu kadar büyük veya karmaşık bir kaputu bu kadar yüksek kalitede yapamayacaklarını biliyorlar. Karmaşık kenar geometrisine ve parçayla birlikte tek seferde yapılan entegre hava kanallarına sahip. Aynı zamanda inanılmaz derecede hafif ve güçlü ve yüksek düzeyde kozmetik kaplamaya sahip.”

Frogner, “Kaput çok hafif bir metal kabuk takımıyla yapıldı” diye ekliyor. Hafif CFRP takımlarının prepreg ile yapılabildiğini açıklıyor, “ancak bu sıkıştırmalı kalıplama için bir takımdı ve indüksiyon ısıtması içeriyordu.” Açılış resminde ve Koridion’un çevrimiçi videosunda (Daha Fazla Bilgi) üst ve alt parçaların birbirine cıvatalandığı görülebilir. Caseley şöyle ekliyor: “Ve baştan sona aynı kalınlığı koruyacak şekilde yapıldı, böylece indüksiyon sistemi onu çok hızlı bir şekilde ısıtıyor.”

Frogner, “Araba kaputu göstericisi için takım üzerinde birlikte çalıştık” diyor ve ekliyor: “Ayrıca kullanımda çok yönlülük için genel bir çözüm sunan ekipman tedarik ettik. Şimdi, bir sonraki adımı nasıl atabileceğimizi ve gerçekten yüksek hıza ihtiyaç duyan ve kütleyi azaltmak için takımları optimize edebileceğimiz uygulamaları nasıl hedefleyebileceğimizi tartışıyoruz, bu da döngü sürelerini daha da kısaltıyor, böylece hem üretim hacimleri hem de mümkün olan farklı parça sayısı açısından ölçeklendirebiliyoruz.”

K1 Süreci

Araba kaputu göstericisi aynı zamanda Alia Mentis’in “K1” adını verdiği yeni bir işleme sisteminin geliştirilmesi için de bir araç oldu. Bu süreçte Corebon’un indüksiyon ısıtmalı takımları ve CDG (Carré, İtalya) pres makinesinde su duşu ve daldırma da dahil olmak üzere çoklu soğutma araçlarına sahip bir pressclave sistemi kullanılıyor.

Paronetto, “Makine, otoklavın iyi yanlarını ve ısıtmalı presin iyi yanlarını bir araya getiriyor” diyor. “İlk olarak, kabuk kalıbını alabilen ve geometrinin kontrolünü sürdürebilen otomatik bir sistem arıyorduk. İkinci olarak, contalardan ve sızdırmazlık sistemlerinden kaçınmanın en iyi yolunu ararken, havayı çıkarmak için vakum hareketini garanti altına almak istedik – bu nedenle bu, pres makinesine entegre edildi. Üçüncü olarak, Corebon sistemi tarafından sağlanan indüksiyonlu ısıtmayı kullanmanın en iyi ve en güvenli yolunu arıyorduk ve bunu basitlik ve ekonomi ile yönetebilen bir sistem içinde 3D kabuk kalıbına uyguladık.”

Paronetto, “Bu kombinasyon, karmaşık parçaları üretmenin yeni bir yolunu sağladı” diyor. “Parça boyutlarının, şeklinin ve yüzey kalitesinin güvenilir bir şekilde kontrol edildiği son derece verimli ve hızlı bir prosesimiz var. Ayrıca, ısıtma ve soğutma hızını ayarlama özgürlüğüne sahibiz. İnce bir çelik kabuk kalıbı için ısıtma dakikada 50°C’ye ulaşabilir. Ancak bunu daha yavaş ayarlayabilir ve soğutmayı da özelleştirebilirsiniz.”

“Bu aynı zamanda Koridion core ile sahip olduğumuz sürdürülebilirlik konseptine de uyuyor” diye ekliyor. “Kalıpta en az malzemeyi ve sadece ihtiyacımız olan yerde kullanmak istiyoruz.” Bu, Corebon’un indüksiyon teknolojisini kullanarak zaten büyük olan azalmaya ek olarak termal kütleyi ve aleti ısıtmak ve soğutmak için gereken enerjiyi azaltıyor. Paronetto, “Geleneksel CFRP süreçlerine kıyasla enerji tüketimini %90 oranında azaltabiliyoruz” diyor. “Araba kaputu için bir hesaplama yaptık ve maliyeti parça başına 40 €’dan 1,6 €’ya düşürebiliyoruz.” Buna otoklava kıyasla presklavda geçirilen işlem saatleri, vakum torbalama için harcanan işçilik ve presklava kıyasla bu sarf malzemelerinin maliyeti de dahildir. “Ve bu yeni entegre süreç sayesinde,” diye ekliyor, ”aynı araba kaputu 8 dakika içinde kalıplanabiliyor.”

Class A Preformlar, 3D Baskılı Kalıplar

Paronetto, Alia Mentis’in ayrıca prepreg üreticileriyle birlikte, indüksiyonla ısıtılan kalıplara yerleştirilebilen ve A Sınıfı bir yüzey elde ederken hızlı bir şekilde şekillendirilebilen preformlar olarak kesici uçlu katmanların nasıl hazırlanacağı üzerinde çalıştığını söylüyor. “Bazı OEM’ler ve Tier 1 tedarikçileriyle birlikte karmaşık parçaların ilk üretimine hazırlanıyoruz – örneğin, yaklaşık 20 dakikalık bir döngüye sahip bir kaput veya tavan. Bu parçayı kalıptan çıkardıktan sonra, kalıba yeni bir preform yerleştirerek yeniden yüklüyor, tekrar kapatıyor ve başka bir parça yapmak için pres makinesini etkinleştiriyorsunuz.”

Caseley, Paronetto’nun yukarıda bahsettiği bu 3D kabuk kalıplarının aslında 3D olarak basılmak üzere geliştirildiğine dikkat çekiyor. “Ve bu çok ilginç bir hal alıyor, çünkü bir alüminyum bloğu doğru kalınlıkta basarak onu bir kalıp haline getirmenin zamanını ve israfını önemli ölçüde azaltıyoruz.” Ama yine de A Sınıfı parçalar için kalıbı işlemek zorunda değil misiniz? “Evet, ama bu mevcut kalıp yapımına kıyasla çok daha az zaman ve maliyet demek” diyor. “Daha sonra Corebon indüksiyon teknolojisini entegre ediyor ve K1 pressclave sistemine yerleştiriyoruz.”

Devrim Niteliğinde Sistem, Geleceğin Parçaları

Paronetto, Alia Mentis’in bu devrim niteliğindeki sistemi 2025 yılında JEC World’de sergileyeceğini belirtiyor. “Ayrıca Corebon tarafından desteklenen yeni nesil kabuk kalıplarını ve Alia Mentis’te bu yeni sistemleri talep eden pazarı beslemek için bu 3D şekilli kalıpları yapacak olan yeni kalıp üretim departmanını da tanıtacağız.” Frogner bunların Corebon’un yeni otomatik indüktör tasarım ve üretim konseptlerini uygulayacağını da ekliyor. “Bu aynı zamanda ayda çok sayıda parçaya kadar ölçeklendirme becerisinde kilit bir teknoloji olacak” diye açıklıyor.

Paronetto, “Bu yaz ve sonbahar boyunca OEM’lere gerçek zamanlı tanıtımlar yapacağız” diyor. “İlk hedefimiz, önemli bir OEM ile doğrulama sürecini tamamlamak ve ardından yeni parça üretim sistemini Tier 1 üretim hatlarına uygulamak için çalışmak.”

Bu yeni süreç gelecekte ne tür parçaları kökten değiştirebilecek? Caseley, “Neredeyse 12 yılımızı aldı ama artık otomobil üreticileri otomobil tasarlamaya başlamadan önce bizimle konuşmak istiyorlar” diyor. “Daha önce hiç mümkün olmayan yeni şekiller yapabiliyorlar. Bu yeni malzeme ve sürecin kapasitesi üzerine yaptığımız tamamen endüstriyel tasarımla ilgili bir konuşma. Sonra da bunu en iyi nasıl uygulayabileceğimiz üzerinde birlikte çalışıyoruz. Yani bu yepyeni bir zihniyet.”

“Ayrıca drone ve İHA üreticileri de bizimle temasa geçiyor” diye devam ediyor ve ekliyor: ”Elektrifikasyona geçiş, ağırlığı azaltma ihtiyacını da beraberinde getiriyor. Ayrıca çeşitli yolcu uçakları üreten şirketler de var. Ancak bunu her tür yapıya uygulayabilirsiniz. En ucuz teknoloji değil ama yüksek performanslı ürünler için iyi bir değer sağlıyor.”

Koridion’u karbon elyafı farklı bir şekilde yüksek performanslı CFRP parçalara dönüştürmek için geliştirdik” diyor Paronetto. “Sonunda darboğazları ortadan kaldırıyor ve daha az malzeme, ağırlık ve enerji tüketimiyle yeni, daha da karmaşık şekillere olanak sağlıyoruz. Ancak bu faydalardan çok daha fazlası söz konusu. Kompozit parçalar geliştirmenin tamamen yeni bir yolu olan bu yöntem, tasarım ve üretimde özgürlüğün ve mümkün olanın kilidini açıyor.”

 

KAYNAK: https://www.compositesworld.com/articles/active-core-molding-a-new-way-to-make-composite-parts