3D Baskılı Arabalar Mümkün mü? Yeni Gelişmeler Bir Cevap Işığı Tutuyor

3D baskı, dünya çapında çeşitli endüstrilerin hayal gücünü yakaladı. Katmanlı imalat olarak da bilinen 3D baskı, zamanımızın en belirleyici teknolojilerinden biri olarak doğru bir şekilde adlandırıldı. Geleneksel imalat teknolojilerinin aksine, neredeyse her türlü 3D nesneyi katmanlar halinde inşa edebilen bir yöntemdir. Bunu başarmak için teknoloji, bilgisayar destekli tasarım (CAD) ve metal, plastik, beton ya da kağıt gibi geniş bir malzeme yelpazesinden yararlanır.

Üreticilerin küresel ölçekte maliyet ve zaman açısından üretim akışlarını optimize etmelerine sağladığı çok yönlülük, onu kısa vadede üssel bir benimseme için birincil aday yapıyor. Tahminlere göre, 2020’de 12,6 Milyar ABD Doları’ndan 2026’da 37,2 Milyar ABD Doları’na kadar büyüyebilir. 2030 yılına gelindiğinde, dünya çapında katmanlı imalat ve 3D baskı cihazlarının sayısı 2,8 milyon seviyesine ulaşabilir.

Bu kadar güçlü bir büyüme, 3D baskıyı pratikte her yerde bulunan bir teknoloji haline getirebilir. Bu nedenle herkes soruyor: 3D baskı, üretim hassasiyetinin son derece değerli ve takdir edildiği otomotiv sektörüne uygun olabilir mi? Daha doğrudan söylemek gerekirse, arabaları 3D baskı ile üretmek mümkün mü? Olasılıkları ilerleyen bölümlerde tartışacağız.

3D baskının potansiyel 500 Milyar Dolarlık bir pazar olduğunu öğrenmek için buraya tıklayın.

Tohoku Üniversitesi’nin Çok Malzemeli 3D Baskı Tekniğindeki Çığır Açması

Üniversitenin Malzeme Araştırmaları Enstitüsü ve Yeni Endüstri Yaratma Kuluçka Merkezi, öncü bir başarı elde etti. Araştırmacılar, çok malzemeli bir 3D baskı tekniğiyle hafif ama dayanıklı bir otomotiv parçası oluşturma sürecini gösterdiler. 

Kaynak: Tohuku University

Burada, çok malzemeli 3D baskı teknikleri olgusuna daha yakından bakmamız gerekiyor. Çok malzemeli yapılar, adından da anlaşılacağı gibi, bir bileşenin optimum performansı için farklı malzemeleri stratejik olarak birleştirir. Daha da önemlisi, bunlar 3D baskı yoluyla üretilebilir.

Bu tekniğin ortaya çıkışını açıklarken, Tohoku Üniversitesi’nden Doçent Kenta Yamanaka şu sözleri söyledi:

“Çok malzemeler, süreç esnekliği nedeniyle katmanlı imalat alanında sıcak bir konudur.”

Ancak, teknolojinin getirdiği sınırlamalardan da bahsetti. Ona göre:

“Çelik ve alüminyum gibi belirli metal kombinasyonları için, farklı metal arayüzlerinde kırılgan intermetalik bileşikler oluşabilir. Bu yüzden, malzeme daha hafif olsa da daha kırılgan hale gelir.”

Bu araştırmanın en ilgili yönü, bilim insanlarının bu darboğazı hafif olmasına rağmen dayanıklılıktan ödün vermeyen bir çelik-alüminyum alaşımı üreterek çözmeye çalışmalarıydı. 

Amaç, lazerle metal tozlarını seçici olarak eriten temel metal 3D baskı teknolojilerinden biri olan Lazer Toz Yatağı Füzyonu (L-PBF) kullanılarak gerçekleştirildi. Araştırmacılar, lazerin tarama hızını artırmanın kırılgan intermetalik bileşiklerin (örneğin Al5Fe2 ve Al13Fe4) oluşumunu önemli ölçüde bastırabileceğini buldular. Daha yüksek tarama hızının, malzemedeki zayıf noktalara yol açan çözücü bölünmeyi en aza indiren ‘dengede olmayan katılaşma’ olarak adlandırılan bir sürece yol açabileceğini önerdiler. Nihai sonuç, güçlü bağ arayüzlerine sahip bir ürün şeklinde ortaya çıktı. 

Bu yerinde alaşım mekanizmasının anlaşılmasının değerini açıklarken, Tohoku Üniversitesi’nden özel olarak atanan Yardımcı Doçent Seungkyun Yim şöyle dedi:

“Başka bir deyişle, iki metali sadece bir araya yapıştırıp bir plan olmadan tutunacaklarını bekleyemezsiniz.”

Tohoku Üniversitesi araştırmacılarının bulguları teknik ve karmaşık görünse de, otomotiv üretiminde büyük etkileri var. Özetle, araştırmacılar, özel bir geometriye sahip dünyanın ilk tam ölçekli otomotiv çok malzemeli bileşenini (süspansiyon kulesi) prototipleme başarısı gösterdi. İleride, bu bulgular bağlanma sorunları benzer olan diğer metal kombinasyonlarını da etkileyebilir. 

Bu araştırma otomotiv endüstrisi için yeni ufuklar açsa da, bu alanda 3D baskı kullanımı yeni değildir.

3D baskının geleceğin üretimine nasıl konsolide olduğunu öğrenmek için buraya tıklayın.

Daha Hızlı Prototip ve Yeniden Tasarlanmış Bileşenler veya Parçalar İçin 3D Baskı

Endüstri uzmanları şöyle diyor ki 3D baskı zaten prototip oluşturmayı hızlandırmak, seçilmiş parçaları ve bileşenleri yeniden tasarlamak ve hatta bunların yerine geçmek için kullanıldı. Ancak zamanla, 3D baskının kullanımı ilk alanının ötesine geçerek bazı mevcut araçlarda düşük hacimli, özelleştirilmiş 3D baskılı trim parçaları üretmeye ve prototip üretimine yöneldi. 

Robert Wilig, yürütücü direktör ve CEO, SME (eski adıyla Society of Manufacturing Engineers) göre, ‘Yalnızca yazıcıların bulunduğu devasa bir fabrika’ olmayabilir.

“Otomotiv sektörü daha hafif odaklı hibrit ya da hatta elektrifikasyonlu araç platformlarına doğru ilerlerken, katmanlı imalat bu konuda çok iyi bir uyum sağlıyor çünkü verimli tasarımları oluşturmanın gerçekten etkili yollarını sunuyor.” 

Üç parçanın yerine, önceki gereksinim olabilecek bir tasarım, 3D baskı sayesinde tek bir parçaya optimize edilebiliyor; sadece gerekli olan yerde malzeme konularak daha hafif, daha güçlü ve daha esnek bir yapı elde ediliyor.

Dallas Martin, Toyota Motor (TM ) North America’da katmanlı imalat mühendisi, şöyle diyor:

“Araç kalıpları ve takoz üretiminde 3D baskının entegrasyonu, üretim hattı verimliliğini ve esnekliğini artırdı.”

Bu alandaki araştırma incelemesi, 3D baskının otomotiv endüstrisini tasarımları daha esnek hale getirerek, prototiplemeyi daha hızlı ve atık azaltımını daha verimli yaparak devrim yaratabileceğini gösteriyor. Bu, üretimin hafif tutulmasıyla sağlanabilir. Araştırmacılar, otomobil üreticilerinin AM tekniklerine artan yatırımlarının bu nedenlerden kaynaklandığını belirtiyor.

Bu alanda faaliyet gösteren birkaç öncü şirketi gelecek bölümlerde inceleyecekken, araştırmacılar sürdürülebilir ve yeşil çözümler, özellikle batarya sistemlerinin ve elektrikli arabaların ilerletilmesi konusunda katmanlı imalata daha fazla fırsat olduğunu belirtti. 3D baskı, ısı dağılımını ve batarya soğutmasını iyileştiren ısıya dayanıklı batarya tutucuları üretmede faydalı olabilir. Ayrıca katı hal lityum bataryalarının üretimi için umut vadeden bir çözüm olarak görülüyor.

Gelecek bölümlerde, tanınmış otomotiv üreticilerinin etkili çözümler geliştirdiği kullanım örneklerine bakacağız.

1. Toyota

Temmuz 2024’te, Toyota’nın 3D baskılı parçalarla Hyper-F konsept arabalarını tanıttığı raporlar çıktı. Bu alanda deneyimli bir şirket olan Toyota, TCD Asia (Toyota Customizing & Development) aracılığıyla— çeşitli Toyota modelleri için araç aksesuarları üretiminde zaten yer alıyordu—3D baskılı parçalar ve ileri malzemeler içeren yüksek performanslı bir SUV konsepti ortaya koydu. Bu, yalnızca Japon şirketleri Mitsui Chemicals ve ARRK Corporation ile yapılan işbirlikleri sayesinde mümkün oldu. 

Raporlar, Toyota’nın Hyper-F konsept arabasının TCD Asia tarafından geliştirilen Toyota Fortuner üzerine kurulu olduğunu gösteriyor. Mitsui Chemicals’in ileri teknik uzmanlığından yararlanarak, Toyota düşük maliyetle plastik granüllerden parçalar üretmek için peletli 3D baskı kullandı ve geliştirme süresi ile yatırım maliyetlerini azalttı.

Şirket, bu 3D baskılı parçaların özellikle stabil olduğunu ve büyük formatlı parçalar üretmek için hazır olduğunu iddia etti. Toyota Hyper-F konsept arabasında, 3D baskılı bileşenler kaput hava kanallarının panellerini süslüyor.

Bundan önce, Toyota’nın global ürün geliştirme mühendisliği ortağı ve mühendislik hizmetleri sağlayıcısı Solize ile iş birliği yaparak talep üzerine 3D yedek araba bileşenleri yazdırdığı da rapor edilmiştir. Daha spesifik olarak, Toyota çoklu jet füzyon 3D baskı kullanarak stok parçalar üretti ve bunları geleneksel olarak üretilen yedek parçalarla birlikte sattı. Bir diğer küresel teknoloji devi HP, Toyota’ya yazıcıları sağladı.

Otomotiv endüstrisinin 3D baskıdan yararlanma ilgisinden bahsederken, HP Japonya MD’si Nobuki Okado şöyle dedi:

“Her gün, birçok farklı sektörde, özellikle otomotivde, giderek artan bir ilgi ve daha olgun 3D baskı uygulamaları görüyoruz. Toyota Motor Corporation gibi önde gelen otomobil üreticileri, esnek tasarım, pazara hızlı çıkış ve sürdürülebilir etki için 3D baskının gücünü sergiliyorlar.”

HP’nin yanı sıra, Toyota 3D otomotiv çözümlerini ince ayar yapmak ve geliştirmek için birkaç diğer şirketin çözümlerinden yararlandı. Örneğin, şirket Materialise ile ultra hafif bir 3D baskılı araba koltuğu geliştirdi. DSM ile birlikte Somos Taurus’u ortak geliştirerek, 95 °C ısı deformasyon sıcaklığıyla otomotiv uygulamaları için ideal olduğu söylenen bir malzemeye teknoloji araştırma ve geliştirmesine yatırım yaptı. Şirket, Waterloo Üniversitesi’nde 3D baskı biriminin adını taşıyan bir kanat oluşturdu. 

Mayıs 2024’te, Toyota Motor Corporation 1 Nisan 2023 – 31 Mart 2024 dönemi için FY 2024 raporunu yayımladı. Şirket, 45.095.325 milyon yen satış geliri ve 5.352.934 milyon yen işletme geliri kaydetti. 

2. General Motors

2022’de, muhtemelen dünyadaki en tanınmış otomotiv oyuncusu, 3D baskı ya da katmanlı imalat kullanımında prototiplerin ve düşük hacimli parçaların ötesine geçtiği bildirildi. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki en büyük otomobil üreticisi, tesis operatörleri için özel araçlar basarak işlerini daha güvenli ve verimli hale getiriyor. 

General Motors’ (GM ) un 3D baskı ile ilişkisi, 1989’da Detroit yakınlarındaki Warren (Michigan) Tech Center kampüsünde seri numarası “3” olan erken bir stereolitografi makinesi kurmasıyla başlar.

GM’de katmanlı imalatı endüstrileştirme konusunda mühendislik grup yöneticisi Ali Shabbir’e göre:

“Teknoloji, malzeme dayanımları ve metal bulunabilirliği gerçekten ivme kazanmaya başladığında, yöneticiler ‘Biliyor musunuz, bu gerçekten dikkat etmemiz gereken bir şey, bu yüzden bunu gerçekten araştıracak küçük bir ekip kuralım’ dediler.”

2019’da GM, Global Teknik Merkez’deki Cole Engineering Center’da 4.000 sq. ft. büyüklüğünde Additive Innovation Lab (AIL) adlı bir tesis açtı. 

Ali Shabbir’e göre, bu laboratuvar GM’nin katmanlı eğitim programının en değerli parçasıydı. Çalışanların katmanlı yapıları tasarlamayı ve kurmayı ve parçaları son işlemeyi öğrenebildiği bir DIY yapım alanı ve öğrenme merkeziydi.

GM’nin otomotiv endüstrisinde 3D baskı ya da katmanlı imalatı başarıyla uyguladığı birçok örnek arasında birkaç öne çıkıyor. Örneğin, 2020’de şirket, ilk 2020 Chevy C8 Corvette’in (üretim aracı olmayan) çalışmayan prototipi için parçaların %75’ini 3D baskı ile üretti; bu, mühendislerin son montaj sürecini incelemesine ve üretim zorluklarını belirlemesine olanak sağladı.

O yıl, şirket Corvette C8.R, INDYCAR, NASCAR Camaro ve Silverado yarış takımları için yarış sezonu katmanlı parçalar üretti. 

2021’de, GKN Additive Forecast 3D ile ortaklığı sayesinde, şirket 60.000 esnek “spoiler kapatma contası” 3D baskı yaparak beş hafta içinde 30.000 Chevrolet Tahoe SUV’yi tamamladı. Geleneksel üretim yöntemi – enjeksiyon kalıplama – 10 haftaya kadar sürebilirdi. 

GM ayrıca iki HVAC kanalı ve bir elektrik kablo tutucu dahil olmak üzere 3D baskılı parçaları Cadillac CT4-V ve CT5-V Blackwing araçlarına entegre etti. Ekim 2022’de, en iddialı projesi olan 300.000 dolar değerindeki Cadillac CELESTIQ EV’yi duyurdu; bu araç, sipariş üzerine özelleştirmeler için metal katmanlı imalatı kapsamlı bir şekilde kullanacaktı.

31 Aralık 2023’te sona eren mali yıl için yayınladığı yıllık raporuna göre, GM 171,8 milyar dolar gelir, hissedarlara ait 10,1 milyar dolar net gelir ve 12,4 milyar dolar ayarlanmış EBIT bildirdi.

3. Daimler Truck

Daimler Truck Holding AG (DTG.DE ), dünyanın en büyük ticari araç üreticilerinden biridir. Dünya çapında 40’tan fazla üretim tesisi ve 100.000’den fazla çalışanı ile hafif, orta ve ağır hizmet kamyonları, şehir ve şehirlerarası otobüsler, seyahat otobüsleri ve otobüs şasileri sunmaktadır.

Şirket, yenilikçi 3D baskı teknolojisinden büyük ölçüde faydalandığını iddia ediyor. Yaklaşık 30 yıllık 3D baskı prototip inşası deneyimi, şimdi yüksek kalite standartlarıyla seri üretime aktarılmıştır. 3D baskı kullanarak, Daimler’in otobüs bölümü, kapaklar, kollar ve çeşitli bireysel brakletler gibi özel bileşenlerin üretimi dahil olmak üzere acil müşteri taleplerine hızlı, esnek, ekonomik ve çevre dostu bir şekilde yanıt verebiliyor.

Daimler’in “3D Baskı Yetkinlik Merkezi” 2019’da mevcut 300.000’den fazla otobüs yedek parçasını 3D baskı parçaları olarak uygunluk açısından detaylı incelemeye başladı. Şirket, tedarik süresinde %80’e varan azalma sağlayan, 7.000’den fazla potansiyel 3D baskı bileşeni belirleyen ve 400’den fazla onaylanmış yedek parçadan oluşan bir portföy geliştiren tam donanımlı bir Katmanlı İmalat Çözümleri birimine sahiptir.

Daimler Buses’ta Katmanlı İmalat, Baskı Dükkanı ve Medya Yetkinlik Merkezinin Başkanı Ralf Anderhofstadt’a göre, şirketin katmanlı imalat alanındaki faaliyetleri, “teknolojinin tüm değer zinciri boyunca muazzam potansiyeli” adım adım ortaya çıkmıştır. Ralf’in görüşüne göre, Daimler’in işine ve müşterilerine yönelik fırsatlar, tasarruf potansiyelinden yeni iş modellerine kadar uzanmaktadır.

2023’te Daimler Truck, 55.890 milyon Euro gelir bildirdi; bu, 2022’deki 50.945 milyon Euro’luk rakamdan önemli bir artıştır.

Gelecek Görünümü

Gelecekte 3D baskının otomobil üretimini tamamen devralıp devralmayacağı konusunda görüşler hâlâ bölünmüş durumda. Robert Willig, yürütücü direktör ve CEO, SME (eski adıyla Society of Manufacturing Engineers) göre, ‘Yazıcılar dışında hiçbir şeyin olmadığı devasa bir fabrika’ olmayabilir.

Bununla birlikte, Divergent Technologies’in kurucu ortağı ve COO’su Luke Czinger’a göre, şu anda Mercedes-Benz (MBG.DE ), Aston Martin, Bugatti ve McLaren dahil olmak üzere altı otomotiv üreticisiyle çalışıyor; 3D baskı, özellikle süspansiyon ve takviye bileşenleri, 3D baskılı malzemelerin özellikleri elektrikli araçların performansını artırabilir.

“EV hikayesi menzil açısından etkileyici. Şasi yapısında %20‑30 oranında kütle tasarrufu yapabilirseniz, menzili artırabilir ya da batarya paketinin boyutunu küçültebilirsiniz. Özellikle bu düşük maliyetli EV’ler için bu, işin kârlılığı açısından gerçekten anlamlıdır. Ayrıca sürdürülebilirlik yönü de var. Daha hafif bir araç üretiyorsanız, daha az lastik aşınması olur, aynı zamanda üretim sürecinde daha az alüminyum ve daha az CO2 kullanırsınız.

– Czinger

Araştırmacılar, arabaların üretiminde 3D baskının gücünün, fazla malzeme kullanımını ve dolayısıyla gereksiz atıkları ortadan kaldırabilmesi, uzun taşıma rotalarına ve depolama alanlarına olan ihtiyacı azaltabilmesi ve çevresel etkileri büyük ölçüde azaltması olduğunu düşünüyor.

Özetle, bu umut vadeden sürdürülebilir bir üretim yöntemidir. Ancak gerçekten başarılı olabilmesi için birkaç darboğazın üstesinden gelmesi gerekir. Örneğin, ürün kalitesinin kontrolü üzerinde sağlam bir tutuşa sahip olmalı; aşırı son işlem gereksinimini ortadan kaldırmalı; üretim hacmini artırmalı ve standart eksikliğini gidermelidir.

Otomotiv endüstrisinde 3D baskının başarılı bir şekilde uygulanabilmesi için standartlaştırılmış süreçler ve malzemeler gereklidir. Evrensel standartların eksikliği, farklı 3D yazıcılar ve yazılımlar arasındaki birlikte çalışabilirliği engelleyebilir ve aynı süreç parametreleri altında aynı performansı elde etmeyi zorlaştırabilir.

En iyi katmanlı imalat ve 3D baskı hisselerinin listesi için buraya tıklayın.