İmalat sanayisinde en zorlu parçalar uzay ve havacılık sanayisi için üretilmektedir ve gereken tolerans değerleri herhangi bir üreticinin şekillendirme ve işleme yeteneklerini ciddi oranda zorlamaktadır. Dünya’da, Türkiye’nin de yer almak istediği büyük bir uzay ve havacılık yarışı sürmekte ve uçak ve uzay araçlarının şimdikinden çok daha hafif ve güçlü olması için IsoGrid ve OrthoGrid kalıplar, bu yarış için gereken karmaşık parçaların şekillendirilmesine olanak tanımakta.

IsoGrid yapıların kullanımı ilk olarak General Dynamics şirketi tarafından 1950’li yılların sonlarında tipik olarak üçgen takviye nervürlerinin tekrar eden bir modelini içeren bir kaplama olarak alüminyum-lityum alaşımı gibi bir malzemeden tek bir parça halinde işlenir ve bu yapı sayesinde olağanüstü güç-ağırlık ve sertlik-ağırlık özelliklerine sahip sertleştirilmiş nervürler ortaya çıkar. Tekrar eden desen ekvatoral üçgenlerden oluşur ve bu, üçgen yapıların son derece güçlü olduğu ve yükü eşit ve verimli bir şekilde dağıttığı basit ilkesinden yararlanır. Yapıdaki herhangi bir hasar yükün çevreye aktarılması anlamına gelmektedir. Isogrid hem sıkıştırma hem de eğilme yüklerine dayanabilmektedir, bu da onu uzay ve havacılık uygulamaları için ideal hale getirmektedir.

Orthogrid, Isogrid ile benzer avantajlara sahiptir, ancak yapısal modeli açısından farklılık gösterir – sertleştirici nervürler üçgen yerine kare veya dikdörtgen waffle deseni kullanır. Bu, Isogrid’den daha hafif bir yapı üretir ancak bunun karşılığında genellikle daha düşük bir sertlik profili elde edilir.

Isogrid ve Orthogrid desenleri, yakıt tanklarına, iticilere, aşamalar arası adaptörlere ve mürettebat modüllerine entegre edildikleri uzay programlarında uzun süredir kullanılmaktadır. Desen seçimi öncelikle yapının karşılaşacağı yüklere dayanmaktadır. Gerçek dünyadaki uygulama örnekleri arasında Uzay Mekiği’nin harici yakıt tankı ve NASA’nın Orion Mürettebat Modülü yer almaktadır – bunlar Orthogrid desenleri kullanırken Atlas V ve Delta IV roketleri Isogrid kullanmaktadır.

Uçak üreticileri artık Isogrid ve Orthogrid’in faydalarının farkına varmakta ve teknolojinin kaçınılmaz bir transferi olan desenleri uçak tasarımına dahil etmektedir. Airbus buna bir örnektir – A350, rib 1’de Airbus, gövdenin yan kaburgası, orta kanat kutusu için bir alüminyum-lityum izogrid desenini tanıtmıştır. Aksi takdirde birbirine tutturulmuş karmaşık bir dizi spar kapağı ve sertleştirici olacak olan şey şimdi tek, hafif, makine ile şekillendirilmiş bir izogrid parçasıdır. Isogrid kullanımı sadece ağırlığı azaltmakla kalmaz, aynı zamanda Airbus için montaj süresini de kısaltır.

IsoGrid ve OrthoGrid Yapılar Nedir?

Yukarıda girişini yaptığımız IsoGrid ve OrthoGrid yapılar neler biraz bunlara değinelim…

Uzay sanayisinde kullanılan isogrid yapı

Yukarıdaki görselde bir uzay sanayisinde kullanılan sistemin üzerinde eşkenar üçgenlerden oluşmuş bir nervürlü yapı tam olarak isogrid yapıya örnektir. Nervür nedir diye merak ediyorsanız, Google da ufak bir arama yaparak nervürlü demir nedir diye aratsanız karşınıza çıkacak olan görsellerden anlayabileceğiniz gibi yüzeyin üzerine yapılmış ince yapılar. Bizim bu görselimizde ise nervürlerimiz isogrid yani eşkenar üçgen formunda.

OrthoGrid yapı

OrthoGrid yapıda ise bir önceki durumda yer alan eşkenar üçgenler yerine dikdörtgenler almaktadır ve her iki durumunda amacı güç ve sertlik konusunda ağırlığa göre avantaj elde etmektir.

Tüm bunlar Soğuk Savaş döneminde, belirli hedeflere yönelik olarak roket, itici, gövde ve uçak kanatları inşa etme aciliyetiyle başladı:

• Hafif yapı
• Kanatlardan gelen yüksek torkları taşıma kabiliyeti, yüksek burulma direnci
• Dış termal koruma sistemini veya genel noktaları taşımak için birden fazla düğüm noktası oluşturmak

Böylece devasa bir alüminyum bloğun üçgenler ve dikdörtgenler halinde işlenmesi uygulaması, Satürn V5 ve Atlas V5 roketleri gibi NASA görevlerinde kendini göstermiştir. Roket iticileri için devasa bir CNC freze makinesi çalışmaktadır ve bu makine dış yüzey üzerinde iç mukavemet yapısını oluşturmaktadır. Ve tabii ki, Yüksek mukavemetli Alüminyum…

Bildiğimiz gibi, FEA (Sonlu Element Analizi) Gerilme ve Yer Değiştirmelerin Simüle edilmesinde büyük önem taşır. Yani 90’larda, yazılımda mevcut olan tek şekil kalıbı “Üçgen” idi ve bir şekilde hala roketlerde bulunuyor.

Ancak Üçgenlerin hala uygulamada olmasının tek nedeni bu değildir, Üçgenler doğada nispeten “Serttir (Yüksek sertlik) ve bu nedenle Uzun Köprülerde, Masalarda, Sandalyelerde ve hatta Otomobil Şasilerinde buluruz.

OrthoGrids ve IsoGrids, yüksek malzeme kaybına neden olan büyük bir metal parçasından kesilir. Kompozit Izgara Takviyeli Yapılar, Petek Sandviç ve Alüminyum Izgaraların yerine uzun zamandır ilgi görmektedir.

IsoGrid konstrüksiyonlar, yapımlarıyla ilgili muazzam üretim ve analiz zorlukları nedeniyle onlarca yıl boyunca kullanılmamıştır.
Kompozit Izgara Takviyeli Yapılar, sürekli elyaf, organik kompozit malzeme kullanılarak üretilir. Bu yapılar, sertleştiricilerden oluşan bir kafes deseni (veya ızgara) tarafından desteklenen bir kabuk yapısı (veya kaplama) ile karakterize edilir.

Kompozit malzemelerin yüksek yönlülüğü, malzemenin sertlik ve mukavemetinin büyük bir kısmının bu gerilme yönü boyunca yönlendirilmesine olanak tanıyarak birçok durumda sertleştirici mukavemetinde büyüklük sırasına göre bir artışa yol açar.
Izgara yapıların başlıca faydaları üç kategoride toplanabilir: çevresel sağlamlık, belirli geometriler için düşük maliyetli üretim ve belirli yükleme türlerine karşı yapısal verimlilik.

Otomatik, düşük maliyetli üretim bir başka ızgara yapı avantajıdır. Izgara yapıların otomatik, tek bir kürleme süreci kullanılarak imal edilebilmesi, önemli el işlemlerinin söz konusu olduğu deri kiriş ve sandviç yapılara göre potansiyel olarak daha üstündür.

Bununla birlikte, değerli malzemeyi israf etmeden ortogridleri eklemeli olarak üretmek mümkündür. Yani üretim yapmanın olası yolu – Katmanlı İmalat.

Bu işlem Verimli ve Süper Pürüzsüz ve Hızlı olmasına rağmen, Oldukça Karmaşık İşleme ve Toz Metalurjisi maliyetidir.

Toparlarsak…

Havacılık ve uzay endüstrisinin modernizasyonu ve yöntemleri hızla artıyor ve yayılıyor. Kompozitler ve müttefikleri gelişiyor ve geleneksel malzemelere göre bir nimet olduğunu kanıtlıyor ve İmalat Yöntemleri de öyle.

Her şeyin bir maliyeti vardır ve herhangi bir ürünün ana hedefleri, Ne Kadar Modern veya uyarlanabilir olduğunu değil, size neyin uygun olduğunu analiz etmektir.

Bu yazımızda isogrid, orthogrid ve uzay sanayisine giriş yaptık. Detaylı makalelerimizde görüşmek dileğiyle…