Kompozit Malzemelerin Robotik Sistemlerde Kullanımı
Son zamanlarda artan kullanım alanıyla kompozit malzeme, robotik sistemlerde de sıkça kullanılmaya başlandı. Yazıda tüm bunlara ilişkin detayları ele alacağız.
Robotik Sistemler Nelerdir?
Robotik sistemler; endüstriyel robot, parçalar, özel takım işlemleri gibi parçaların özel takım işlemleri ve çeşitli programlarla istenilen görevleri yapabilmesi için bir araya getirilen tasarımlardır. Özellikle bilgisayar uygulamalarının üretim sistemlerinde kullanılmasıyla bu alanda yapılan gelişmeler hız kazandı. 1950’li yıllarda ilk eklemli kolun geliştirilmesinden ve mikroişlemci teknolojisinin ivme kazanmasından sonra çeşitli tip ve boyuttaki robotik sistemler kullanılmaya başlandı. Bu sistemlerde ihtiyaç duyulan, güçlü ekonomik performanstan doğan rekabet ortamı ve her iş ortamına uygun olmasıdır.
Robotik Sistemlerde Kullanılan Kompozitler
Uzun yıllardır modern kompozit kullanımı üretimlerin birçok uygulamasında var olmaya devam ediyor. Kompozit malzemelerin farklı fonksiyonel özellikleri bir arada sunması, kompozit malzemeleri, bu sistemler için de olmazsa olmaz bir konuma getiriyor.
Geleneksel ürünlerde öne çıkan çelik ve alüminyum, pazarda kompozit malzemelere alternatif olsa dahi kompozitlerin hafif ve dayanıklı olmaları robotik sistemlerde tercih edilmelerinin en temel sebebidir. Bunun yanı sıra kompozitler yüksek esnekliğe ve bu sistemler için de tercih sebebi olmasını sağlayan bir diğer özelliği olan yüksek mukavemet gösteren bir malzemedir.
Kompozit Malzeme Kullanmanın Zorlukları
Bu sistemlerde kompozit malzeme kullanımı bazı zorluklar doğurabilir. Bu zorluklar ve nedenlerini ele alalım:
1. Yüksek Maliyet
Yalnız robotik sistemlerde değil, kullanılan her sektörde kompozit malzeme kullanımının yaşattığı en büyük zorluk yüksek maliyettir. Geleneksel malzeme ve kompozit malzeme kullanımı arasında tercih yaparken yüksek maliyet dikkate alınan bir faktördür. Sektörlerde kullanılabilecek malzemeler arasında kompozit dışında tercih edilebilecek daha uygun bir malzeme varsa, üretici ona yönelmektedir. Kompozit kullanımı ciddi ve bulunmaz avantajlar sağlamadığı ve yüksek maliyetli olmaya devam ettiği sürece, yalnızca üst segment binek otomobillerde kullanılmaya devam edecektir.
2. Düşük Üretim Hızı
Hemen hemen her sektörde ciddi tercih sebebi olan seri üretimin yanı sıra, kompozit üretiminin yavaş ve uzun bir sürece yayılması dikkat çekmektedir. Yüksek üretim hacmine sahip olan otomotiv sektörü gibi sektörlerde bu durum ciddi dezavantaj sağlar. Seri üretimine entegre edilemeyen kompozit üretimi, robotik uygulamalar için de zorluk olarak değerlendirilir. Allience for Industry of the Future endüstri birliğine göre, kompozit malzemelerin karşılaştığı en büyük zorluk yüksek hızlı üretime ayak uyduramamasıdır.
3. Teknik Sorunlar
Özellikle otomotiv sektörü için kritik olan konulardan biri, metal parçalardaki çelik miktarını azaltmak ve azaltılan kısımları kompozit malzemelerde desteklemektir. Robotik sistemlerin seri üretiminde hibrit malzeme üretimi nedeniyle üretimde teknik problemeler yaşanmaktadır. Bu teknik sorunlar nedeniyle amaca uygun parçalar üretimi sekteye uğrayabilir.
4. Ürün Standardizasyonunun Sağlanamaması
Üretimde standartları yakalamak ve stabil bir malzeme elde etmek, kompozit üretimi için son derece önemlidir. Kompozit malzemelerde üretilen her parçanın aynı olmaması, daha az tercih edilmesine neden olabilir. Bazı durumlarda kompozit malzemelerin homojen üretiminde yaşanan zorluklar ve ortamın etkilerinden bağımsız olarak standart bir üretim yapılamaması, üreticiler için endişeye sebebiyet verebiliyor. Söz konusu kompozit malzemeler olduğunda yaşanabilecek kırılma, yapışma gibi problemler, farklı güvenlik sorunlarına sebebiyet verebilir.
5. Dışa Bağlılık
Reçine sektöründe yapıştırma malzemesi olan reçinenin hammaddesinde ithalata bir bağımlılık söz konusudur. Bu durum ciddi bir dezavantaj sağlar. Küresel kompozit pazarı genellikle Amerika, Almanya; İsviçre ve İngiltere tarafından domine edilmektedir. Ayrıca ithal edilen ürünler arasında da maliyette farklılıklar söz konusudur. Bu da zaten yüksek maliyetli olan kompozit malzemenin maliyetini daha da yukarıya çekmektedir.
Kompozit Malzeme Kullanmanın Avantajları
Bahsi geçen tüm bu dezavantajların yanında elbette ki kompozit kullanımı bazı fırsatlar da sağlar:
1. Doğal Elyaf Kullanmanın Avantajları
Hafif malzeme kullanımına duyulan ihtiyaç neticesinde, elyaf kullanımı ciddi avantaj sağlayabilir. Doğal elyaflar elde edilirken tarım arazileri ve ormanlar yer yer tahrip olmakta hatta yok edilmektedir. Bu durumda elyaf üretiminin sürdürülebilir olması bir zorunluluktur. Üretimde su tüketimini azaltmak için, algler ve bakteriler tarafından reçine üretimi yapılabilir. Bunun yanı sıra tarım atıkları da kullanılabilir.
2. Kompozit Atıkların Geri Dönüştürülmesi
Geri dönüşüm süreci tamamlanmış olan kompozit malzemelerin geri dönüşümü şu an için pek kıymet görmese de ilerleyen zamanlarda çok kıymetli fırsatlar sunabilir. Son zamanlarda teknolojiyi geliştirme amacıyla kurulan start-up şirketleri, geliştirdikleri geri dönüşüm teknolojileriyle endüstri sonrası kompozit atıkları üzerinde çalışmalar yapmaya özen göstermektedirler. Ancak bu geri dönüşüm sürecinden tam verim alabilmek için tüketici ağının da buna dahil edilmesi gerekir.
3. Sürdürülebilirlik
Günümüzde bazı sektörlerde kullanılan malzemelerin sürdürülebilirliklerini sağlayabilmek adına yerlerini biyokompozitler yerine yeni nesil malzemelere bırakması öngörülür. Özellikle beyaz eşya sektöründe kullanılan ambalajlar atıklarının takip edilmemesi sebebiyle, yerini yüksek mukavemetli biyokompozit malzemelere bırakması için çalışmalar yapılmalıdır. Sürdürülebilirlik ilkesi dahilinde yakın gelecekte birçok önemli fırsat doğacağı düşünülmektedir.
4. Kompozit Üretiminin Hızlanması
Robotik sistemler ve otomasyon teknolojilerinin yakın gelecekte havacılık sektörü dışında da diğer sektörlerde kullanılması öngörülmektedir. İlerleyen dönemlerde kompozit endüstrisinde tam otomasyonu sağlamak için robotik sistemlerin üretimi hızlandırılması de standart bir hale getirilmesi gerekmektedir. Böylece bu alanda önemli fırsatlar yakalanabilir.
Robotik Sistemlerde Kullanılan Kompozit Trendleri
Günümüzde bu sistemler için kullanılan üç kompozit trendi mevcuttur:
1. Nanomalzeme Kullanımı
Nanomalzeme kullanımı son 10 yıldır oldukça popülerdir ve ilerleyen zamanlarda da bu talebin artması beklenmektedir. Özellikle hafifleştirme konusunda tercih edilir. Birçok sektör için kompozit ağırlıklarının hala istenilen seviyede olmaması, nanomalzeme kullanımına yöneltmektedir. Son zamanlarda sık sık karşılaşılan ağırlık arttıran bir malzeme olan cam-fiber yerine nanomalzeme kullanımı, günümüzde de sık sık tercih edildiği gibi gelecekte de tercih edilecek bir trend olacak gibi duruyor.
2. Atıktan Kompozit Üretimi
Son zamanlarda sıklıkla tercih edilen ve tercih edilmeye devam edeceği düşünülen bir trenddir. Buna verilebilecek en güzel örnek, buzdolabında kullanılan yumurtalıklarda yumurta kabuklarının kullanılmasıdır. Bunun dışında katma değeri düşük atıkların kullanımıyla, normalde düşük katma değere sahip malzemelerin kompozit malzemeler içinde daha yüksek katma değere sahip olabilmesini sağlayacak teknoloji de ilerleyen zamanlarda trend olabilir.
3. Çevre Dostu Kompozitler
Özellikle havacılık ve lüks otomotiv sektöründe kalıp maliyeti, çok ciddi orandadır. Bununla beraber, otoklav kullanımı da ciddi manada enerji ve üretim maliyetine sebebiyet verir. Tüm bu olumsuzlar, üreticileri çevre dostu, düşük karbon ayak izine sahip yeni üretim teknolojileri kullanmaya sevk eder.