Karışımın kompozisyonunu değiştirmek!

Hammadde içerisinde bulunan bağlayıcılar, reçine, mum, plastik hamuru, yüzey kayganlaştırıcı, çeşitli dolgu maddeleri ve ayrıştırma işlemi için gerekli diğer bazı organik malzemelerin kompleks bir şekilde birleştirilmesiyle oluşturulmaktadır. Her bir katkı maddesi bağlayıcıya spesifik bir özellik kazandırmaktadır ve bunların bileşkesi bağlayıcının toplam özelliğini teşkil etmektedir. Bağlayıcının toplam özelliği de sonuçta elde edilecek hammaddeyi etkilemekte ve onun stabilite, çekme mukavemeti, uzama, viskozite vs. gibi niteliklerine katkıda bulunmaktadır. Kolayca anlaşılacağı gibi, eğer elimizdeki yüksek oranda toz içeren bir hammaddeye ait büzülme faktörünü düşürmek istersek, bağlayıcı içerisindeki katkı maddelerine ilave yaparız. Örneğin enjeksiyon sıcaklığında hammaddenin viskozitesini düşürecek ve yağlama kabiliyetini arttıracak katkı maddeleri parçanın kalıplanmasına fayda sağlayacaktır. Benzer biçimde enjeksiyon işlemi sırasında viskozitesi düşük olan bir hammaddeye ait büzülme faktörünü arttırmak istersek, viskoziteyi yükselten katkı maddelerini karışıma ilave ederiz. Alternatif olarak, farklı morfolojideki dolgu maddeleri de aynı sonucu elde etmek için kullanılabilmektedir.

Bu nedenle ister büzülme faktörünü düşürmek için dolgu malzemesi katılsın, ister arttırmak için bağlayıcı ilave edilsin, karışımın kompozisyonu istenilen özelliklerin kazandırılması amacıyla değiştirilebilir. Ancak neticede, mevcut karışımın kompozisyonu bir kez modifiye edildi mi, o karışım artık yeni bir hammadde olmuştur ve özellikleri optimize edilmelidir.

MIM teknolojisinde mühendisler metal tozu ve plastik bağlayıcıların karışım formülünü keşfettiklerinde ve karışım malzemenin kendini çekme özelliğini yönetmeye başladıklarında adeta birer büyücüye dönüşüyorlar: Onlar artık çok hassas toleranslara sahip MIM parçaları üretebilir, aynı malzemeden farklı büyüklüklerde ya da farklı malzemelerden aynı büyüklükte ürünler elde edebilirler. Ve bunların hepsini tek bir kalıp seti ile yapabilirler. Daha da ötesi; kalıp setleri işleme hataları içerse dahi bunu başarabilirler.

Şekil.6 - Nikel alaşımından MIM yöntemiyle imal edilmiş bir türbin çarkı

İşte MIM büyücülerinin ilk sırrı: "Kalıp işleme hataları düzeltilebilir." Bir önceki saat gövdesi örneğimize geri dönelim: 32.00 mm olması istenen gövde çapı 31.918 mm gelmekte ve hammadde üreticisi tarafından 1.176 olarak verilen büzülme faktörünün de gerçekte K=1.178 olduğunu tesbit etmiştik. Tabi bu arada kalıbımızı da imal etmiştik. Şimdi toleranslar içerisinde kalacak saat gövdesi imal etmek için karışımın büzülme faktörünü değiştirmemiz gerekmektedir. Olması gereken faktör K=37.60/32.00 = 1.175 dir. Görüldüğü gibi daha az büzülmeye ihtiyaç olduğundan mevcut karışıma metal tozunun ilave edilmesi gereklidir. İlave edilecek miktar karışımın orijinal kompozisyonuna bağlıdır. Bu nedenle toz ilavesi yapılırken hammaddenin viskozitesini de koruyabilmek için eş zamanlı olarak bağlayıcı da karışıma katılmalıdır. Bu noktada ikinci sır da ortaya çıkmaktadır: "Çok hassas toleranslara sahip parçalar üretilebilir."

Karışımın formülünü değiştirme konusunda yeterince tecrübeye sahip olan MIM üreticileri dar toleranslara sahip parçaları imal edebilmektedirler. Kalıp işleme hatalarını bertaraf etmek için uygulanan çözüm yöntemi, aynı şekilde hassas toleranslara ulaşmak için de kullanılabilmektedir. Sadece bu kez, modifiye edilecek büzülme faktörü, sinterlenmiş parçanın toleranslardan sapmasına göre hesaplanır.

Büyü işe yarıyor!

Büzülme faktörü ile oynayabilmek, daha fazla imkanlar da sağlamaktadır. Üçüncü sır: "Aynı kalıp seti ile farklı büyüklüklerde parçalar üretilebilir." Kolayca anlaşılacağı gibi büzülme faktörü ile oynayabilmek, hacimsel manada metal tozu ve bağlayıcıların pratik limitler içerisinde karıştırılabileceği koşullarda olabilir. Kabaca hacimsel olarak oran %35-%70 arasındadır ve bu da büzülme faktörünün 1.41 - 1.126 arasında olabileceği anlamına gelmektedir. Böylesine değişebilen bir kendini çekme oranıyla da oldukça farklı ölçüler elde etmek mümkündür.

Çelik saat gövdesi örneğimizi tekrar ele alalım. Kalıp hatasını kompanze ettiğimizi ve 32mm çapında paslanmaz saat gövdeleri imal ettiğimizi varsayalım. Bununla beraber yine paslanmaz çelikten ama bu kez 28 mm çapa sahip bayan modeli için de gövde yapmak isteyelim. Bu halde büzülme faktörü K=37.60/28.00 = 1.342 olmalıdır. Yani faktörü büyütmek için karışıma bağlayıcı ilave etmek gerekmektedir. Bu örnek aynı kalıpla nasıl daha küçük bir parça yapılabileceğini göstermektedir. Daha büyük bir parça yapmak da benzer biçimde büzülme faktörünü küçültmek ile mümkün olacaktır.

Şekil.7 - MIM yöntemi ile sadece mini parçalar üretilmemektedir. Yukarıdaki roket kanatçığı yarım kilodan fazla gelmektedir.

Sıra dördüncü sırda: "Farklı malzemelerin büzülme faktörlerini eşitlemek." MIM hammaddesinin kendini çekme faktörünü yönetmeye başladığınızda farklı malzemelere ait büzülme değerlerini eşitlemek suretiyle aynı ölçülere sahip ancak farklı malzemelerden yapılmış MIM parçlar elde edebilirsiniz. Paslanmaz çelik saat gövdesi imal etmek için dizayn edilmiş bir kalıpla, aynı boyutta titanyum, tungsten karbür, zirkonyum gibi farklı malzemelerden saat gövdeleri de üretilebilmektedir.

Beşinci sır; "maliyet avantajının yakalanmasıdır." MIM teknolojisinin sunmuş olduğu yukarıda açıklanan imkanlar, bir çok tüketim malının imalatında kullanılacak kalıp yatırımlarının da azaltılmasına olanak sağlamaktadır. Hele günümüzde tüketim mallarının çok çeşitli ve ekonomik ömürlerinin kısa olduğu düşünülürse sağlanan tasarrufun büyüklüğü daha da iyi kavranabilecektir. Diğer tarafan bilhassa kompleks şekilli parçalarda kalıbı ürüne uydurmak yerine, ürünü kalıba uydurma felsefesi kalıp imalatındaki yeniden işleme maliyetlerini büyük oranda düşürmektedir. Diğer bir maliyet avantajı da kalıp ömrünün arttırılması şeklinde ortaya çıkmaktadır. Aşınma nedeniyle kalıp ölçüleri büyüdüğünde büzülme faktöründe yapılacak değişiklikle başlangıçtaki ölçüler yeniden elde edileceğinden kalıbın daha uzun süre hizmet vermesi mümkün olmaktadır.

Hammaddenin büzülme faktörünü kontrol edebilmek MIM mühendislerine altıncı bir imkan daha tanımaktadır: "Metal veya seramik parçaların minyatürize hale getirilmesi."

MIM prosesindeki yüksek oranlı kendini çekme özelliği, diğer konvensiyonel imalat yöntemleriyle üretilmesi pek de mümkün olamayan görece küçük boyutlu minyatürize parçaların imal edilebilmesini sağlar. Sinterleme öncesi parça ölçüleri (yeşil parça ölçüleri) nihai parça boyutlarından daha büyük olduğundan, imalat kolaylıkla yapılabilir ve parça sinterleme sonrası kendini çekerek minyatürize hale gelir. Bu özellik MIM mühendislerine imalatta sanki bir editör programı kullanma avantajı sunmaktadır.

Sonuç

Görece küçük (minyatürize), karmaşık şekilli (kompleks), dar imalat toleranslarına sahip (hassas) parçaların, yüksek mekanik özelliklere sahip metal malzemelerden kaliteli bir biçimde ve büyük miktarlarda üretilmesi, henüz emekleme safhasında bulunan ancak geleceğin imalat teknolojisi olarak gösterilen Metal Enjeksiyon Kalıplama - MIM yöntemi ile yapılmaktadır. Dizayn mühendislerine klasik imalat metodlarının ötesinde imkanlar sunan MIM, tasarım ve üretimde sınırların zorlanmasına neden olmaktadır.

Not: Daha fazla bilgi için yazarın aynı konudaki diğer makalesine başvurulabilir:
Geleceğin teknolojisi; Metalin plastik gibi şekillendirilmesi