Malzeme bilimindeki birçok buluş, metal üretimi konusunda devrim yaratmış ve geleneksel malzemelerden daha iyi performans gösteren son derece spesifik özelliklere sahip ileri malzemelerin geliştirilmesine yol açmıştır.
Endüstriler geliştikçe onları yönlendiren teknolojiler ve teknikler de gelişiyor. Metal üretimi, dökümü ve malzeme bilimi alanları bir istisna değildir ve bu iki disiplinin kesişimi, metal üretimi ve geleceğini önemli ölçüde şekillendirmektedir.
Son yıllarda metal üretimi ve döküm endüstrisinde sürdürülebilir uygulamalara ve çevre dostu malzemelere doğru kayda değer bir değişim yaşandı.
Araştırmacılar ve mühendisler çevresel etkiyi en aza indirirken gelişmiş güç ve performans sunan yeni alaşımlar ve kompozit malzemeler geliştirmek için çalışırken, malzeme bilimindeki ilerlemeler bu geçişte önemli bir rol oynadı.
Metal döküm endüstrisinin karşılaştığı en önemli zorluklardan biri, yüksek kaliteli, uygun maliyetli parçalara olan talebi, enerji tüketimini ve israfı azaltma ihtiyacıyla dengelemektir.
Malzeme bilimcileri ve dökümhane profesyonelleri bu zorluğun üstesinden gelmek için iş birliği yapıyor, üretim süreçlerini optimize eden ve metal döküm operasyonlarının genel sürdürülebilirliğini artıran yenilikçi çözümler arıyor.
Metal döküm tekniklerinin evrimi aynı zamanda malzeme bilimindeki gelişmelerden de etkilenmiştir. Yeni döküm yöntemlerinden gelişmiş kalıplama malzemelerinin geliştirilmesine kadar bu yenilikler, metal üretiminde verimliliği ve hassasiyeti artırıyor.
Bugün metal üretimi ve döküm endüstrisinde , malzeme bilimindeki gelişmelere ve bunların dökümhane üzerindeki etkilerine odaklanılıyor. Odak noktaları:
- Metal dökümde sürdürülebilir uygulamalar ve çevre dostu malzemeler
- Enerji tüketimi ve atık azaltımı ile kalite ve maliyet etkinliğinin dengelenmesi
- Geliştirilmiş güç ve performans için yeni alaşımların ve kompozit malzemelerin geliştirilmesi
- Geliştirilmiş sürdürülebilirlik ve verimlilik için üretim süreçlerinin optimize edilmesi
- Yeni döküm yöntemleri ve gelişmiş kalıplama malzemeleri
- Endüstrideki yenilikleri yönlendirmede ve metalin geleceğini şekillendirmede metal döküm ve malzeme biliminin kesişimi
Son dönmelerdeki önemli malzeme buluşlarından bazıları şunlardır:
Titanyum Florür Fosfat (Titanium Fluoride Phosphate:): Bu malzeme, yüksek mukavemeti ve korozyon direnci nedeniyle havacılık ve otomotiv dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerde potansiyel uygulamalara sahiptir.
Selüloz Nanolifler (Cellulose Nanofibers):Selüloz nano elyafları (CNF), tamamen selüloz moleküllerinden yapılan yeni bir doğal nano ölçekli elyaf türüdür. Bu lifler, yüksek elastik modül ve mükemmel dağılım özellikleriyle dikkat çekici mekanik özellikler göstermiştir.
CNF’ler tipik olarak birkaç mikrometre uzunluğunda ve 5 ila 20 nm genişliğindedir ve sulu çözeltilerde çözünmezler ancak belirli bir süspansiyon oluşturmak için oldukça dağılırlar.Tıp bilimi, gıda endüstrisi, kompozit malzemeler ve endüstriyel sektör gibi çeşitli endüstrilerde geniş bir uygulama alanına sahiptirler.
CNF’ler, isteğe bağlı ön işlemlerle mekanik ve/veya kimyasal yollarla üretilir ve biyomedikal uygulamalarda kullanım potansiyeline sahiptirler. Bu lifler mükemmel mekanik özelliklere sahiptir ve kompozitler, kaplamalar ve biyomedikal malzemeler gibi çeşitli uygulamalarda kullanılabilir.
Kendi Kendini İyileştiren Jel (Self-Healing Gel): Kendi kendini onaran jeller, hasar gördüklerinde kendilerini otonom olarak onarabilen özel bir tür polimer hidrojeldir. Hidrojelin şeklini değiştirmesine ve orijinal mekanik özelliklerini yeniden kazanmasına olanak tanıyan dinamik kovalent bağlar ve kovalent olmayan etkileşimler yoluyla oluşturulurlar.
Kendi kendini onaran jellerin çeşitli endüstrilerde çeşitli uygulamaları vardır:
- Doku Mühendisliği: Kendi kendini iyileştiren jeller, hasarlı dokuların büyümesini ve yenilenmesini desteklemek için doku mühendisliğinde kullanılabilir.
- Yara Tedavisi: Bu jeller iyileşmeyi hızlandırmak ve ikincil yaralanmaları önlemek için yaralara uygulanabilir.
- İlaç Dağıtımı: Kendi kendini onaran jeller, aşınma ve yıpranmanın neden olduğu kırıklardan kendilerini onarabildikleri ve hasarlardan kaynaklanan sızıntıyı önleyebildikleri için ilaç veya diğer biyoaktif ajanları dağıtmak için kullanılabilir.
- Biyomedikal Uygulamalar: Kendi kendini onaran jeller, çapraz bağların yeniden oluşturulması yoluyla kendilerine verilen hasarı tersine çevirebilen akıllı kendi kendini onaran hidrojellerin geliştirilmesi gibi biyomedikal uygulamalarda kullanılabilir. Kendi kendini onaran jeller, ürün kalitesini iyileştirerek, israfı azaltarak ve malzemelerin dayanıklılığını ve stabilitesini artırarak imalat endüstrisinde devrim yaratma potansiyeline sahiptir.
Bu malzeme, metaller de dahil olmak üzere çeşitli malzemelerdeki çatlakları ve hasarları onararak ürün performansının ve dayanıklılığının artmasını sağlar.
Platin-Altın Alaşımı (Platinum-Gold Alloy): Platin-altın alaşımları, platin ve altının birleşiminden oluşan malzemelerdir. Bu alaşımlar, yüksek aşınma direnci ve dayanıklılık gibi olağanüstü özelliklerinden dolayı son araştırmaların odak noktası olmuştur. Yüksek mukavemetli çelikten 100 kat daha dayanıklı olduğu bildirilen ve onu dünyadaki aşınmaya en dayanıklı metal yapan yeni bir platin-altın alaşımı geliştirildi.
%90 platin ve %10 altından oluşan bu alaşım, üstün mekanik ve termal stabilite sergileyecek şekilde tasarlanmıştır; bu da onu aşırı gerilim ve sıcaklıklar altında bile aşınmaya karşı oldukça dirençli kılar. Bu alaşımın geliştirilmesi, aşınmaya dirençli özellikleri ve elektronik kaplamalarda uygun maliyetli, uzun süreli kullanım potansiyeli nedeniyle elektronik dahil olmak üzere çeşitli endüstriler üzerinde önemli bir etkiye sahip olma potansiyeline sahiptir
Bu alaşım, platin ve altının özelliklerini birleştirerek daha yüksek mukavemet, iletkenlik ve korozyon direncine sahip bir malzeme ortaya çıkarır.
Kompozit Metal Köpükler (Composite Metal Foams): Kompozit metal köpükler (CMF), homojen içi boş metal kürelerin bunları çevreleyen metalik bir matris ile birleşiminden oluşan bir malzeme türüdür. Bu köpükler, toz presleme, ekstrüzyon ve düz haddeleme gibi çeşitli malzeme oluşturma işlemleriyle yapılır.Küreler malzemenin içinde rastgele düzenlenmiştir ve çoğu zaman basit bir kübik yapıya benzemektedir.
Kompozit metal köpüklerin tanımlayıcı özelliği, yüksek gözenekliliğidir; tipik olarak hacmin %5 ila %25’i arasında değişir ve geri kalan hacim ana metaldir,.
Kompozit metal köpüklerin bazı temel özellikleri ve uygulamaları şunları içerir:
- Hafiflik: Kompozit metal köpüklerin yaklaşık %70’i havadan oluşur ve bu da onları katı ana malzemelerden önemli ölçüde daha hafif yapar.
- Mukavemet: Hafif yapılarına rağmen kompozit metal köpükler, geleneksel metal köpüklere kıyasla 5-6 kat daha fazla mukavemete sahip, mevcut en güçlü metal köpüklerdir.
- Isı Yalıtımı: Kompozit metal köpüklerin içindeki yüksek hava içeriği, dökme malzemelere kıyasla neredeyse iki kat daha düşük ısı iletkenliğiyle mükemmel ısı yalıtım performansı sunar.
- Radyasyondan Korunma: Kompozit metal köpükler, geleneksel malzemelerle karşılaştırıldığında x ışınlarına karşı dört kat daha yüksek radyasyondan korunma yetenekleri göstermiştir.
- Uygulamalar: Kompozit metal köpüklerin ulaşım, havacılık, askeriye, aletler ve insan sağlığı dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerde çok sayıda uygulaması vardır.Kompozit metal köpükler, çeşitli uygulamalar için hafif, yüksek mukavemetli ve ısı yalıtımlı malzemeler sağlayarak imalat endüstrisinde devrim yaratma potansiyeline sahiptir.
Bu köpükler hafif ve yüksek mukavemetli olduğundan havacılık ve otomotiv gibi çeşitli endüstrilerde kullanıma uygundur.
Örümcek İpeği(Spider Silk): Örümcek ipeği, örümcekler tarafından eğrilen bir protein lifidir. Örümcekler, avını yakalamak, avını ısırmadan önce dolaştırmak ve dizginlemek, dokunsal bilgileri iletmek veya yavrularını korumak için yuva veya koza işlevi görmek üzere ağlar veya yapışkan tuzaklar işlevi gören diğer yapıları yapmak için ipeği kullanır. Ayrıca ipeği kendilerini yüksekte asmak, havada süzülmek veya yırtıcılardan kaçmak için de kullanabilirler.
Örümcek ipeği dünyadaki en çok yönlü malzemelerden biridir ve ulaşım, barınak, kur yapma ve avı tuzağa düşürmenin her türlü yaratıcı yolu için kullanılabilir. Örümcek ipeği inanılmaz derecede güçlü ve esnektir ve aynı zamanda çok temiz olma eğilimindedir ve anti-mikrobiyal özelliklere sahiptir çünkü örümcekler ağlarında küf ve mikropların büyümesini istemezler
Örümcek ipeğinin balistik zırh, spor ayakkabıları, kişisel bakım ürünleri, göğüs implantı ve kateter kaplamaları, mekanik insülin pompaları, moda kıyafetler ve dış giyim gibi askeri, tıbbi ve tüketim malları dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerde çok sayıda uygulaması vardır. Bu doğal malzeme mükemmel mekanik özelliklere sahiptir ve biyomedikal ve tekstil dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerdeki potansiyel uygulamalar için üzerinde çalışılmaktadır.
Bu buluşlara ek olarak araştırmacılar, benzersiz özelliklere sahip olan ve çeşitli malzemelerin performansını ve işlevselliğini geliştirmek için kullanılabilecek nadir toprak elementleri gibi yeni malzeme ve malzeme kombinasyonları geliştirmeye devam ediyor.
Endüstri 4.0, Nesnelerin İnterneti ve nano teknoloji ilerledikçe mühendisler, bilim adamları ve araştırmacılar malzeme biliminin sınırlarını zorlamaya devam edecek ve metal üretiminde daha fazla yeniliklere yol açacak.
Dökümhanelerde Endüstri 5.0 Nasıl Uygulanmalıdır?
