Yeni nesil üretim teknolojilerinden olan eklemeli imalat (additive manufacturing) bazen katmanlı imalat ya da 3-boyutlu baskı olarak da isimlendirilmekte olup bu çağın yıkıcı (disruptive) imalat teknolojilerinden birisi olarak gösterilmektedir. Başka bir tanımlama ile de katmanlı imalat, bir bütünden parçanın elde edildiği geleneksel üretim yöntemlerindeki tümden gelim yaklaşımının aksine, tümevarım mantığı ile bir parçanın katman katman malzeme eklenerek elde edildiği bir üretim teknolojisidir. Bu yöntemle karmaşık geometrilere sahip parçalar ve ürünler ekonomik ve hızlı bir şekilde üretilebilir hâle gelmiştir.
Bu yöntem, çok uzun yıllardır çalışılmakta olup son on yılda bu alandaki gelişmeler büyük hız kazanmıştır. Yöntemin esası, bir bütünü ince katmanları üst üste ekleyerek üretme prensibine dayanmaktadır. Geleneksel talaşlı imalat yöntemleriyle bir parça üretmek istenildiğinde, üretilecek geometriden daha büyük ölçülerdeki bir malzeme alınıp işlenerek nihai geometriye getirilir. Bu talaş kaldırma ya da form verme işlemi esnasında pek çok farklı üretim yöntemi kullanılabilir. Eklemeli imalat teknolojilerinde ise bir bilgisayar ortamında ince dilimlere ayrılmış katmanlar üst üste eklenerek nihai tasarlanmış parça geometrisi elde edilmektedir. Katmanların kalınlığına ve diğer parametrelere bakılarak çok hassas yüzeyler ve geometriler elde edilebilmektedir. Döküm, talaşlı imalat ve dövme gibi geleneksel imalat yöntemlerinden farklılıklar göstermektedir. Bir başka önemli nokta da geleneksel üretim tekniklerinde olan kalıp ihtiyacının bulunmaması doğal olarak maliyetleri önemli ölçüde azaltmaktadır. Bu yönteme her geçen gün yeni gelişmeler eklenerek teknolojinin uygulanabilirliği arttırılmaktadır. Örnek olarak; anlık deformasyon takibi ya da eş-zamanlı hata analizi kabiliyetleri ve Endüstri 4.0 sürecinin entegrasyonu, eklemeli imalat teknolojilerini bir üretim yöntemi olmanın yanı sıra aynı zamanda yenilikçi bir üretim ekosisteminin odağı hâline getirmektedir. Buraya kadar hep imalat sanayinden bahsettik. Detaylarını ileride anlatacak olmakla birlikte, bu yöntemle inşaat sektöründe de farklı uygulamalar yapmak mümkündür. Sağlık sektöründe de önemli gelişmeler yaşanmaktadır. Özellikle kişiye özel yapılan tasarımların kolaylıkla üretilmesi sayesinde sağlık sektöründe de uygulaması hızla artmaktadır. Yapay organ üretiminde de farklı uygulamalar mevcuttur.
Eklemeli imalat; teknolojinin endüstride yaygınlaşması ile birlikte üretim süreçleri hızlanmış, üretim esnasında oluşan hurda malzeme miktarı azalmış ve birden çok fonksiyona sahip yenilikçi ürünlerin üretilmesi sağlanmıştır. Araştırma-Geliştirme (Ar-Ge) faaliyetleriyle beraber daha çok kullanım ve yeni gelişmeler ortaya çıkmaktadır.
1970’li yıllarda “hızlı prototipleme” (rapid prototyping) adıyla endüstride yer bulmaya başlayan eklemeli imalat, 1980’lerde önemli teknolojik gelişmelerle popüler hâle gelmiştir. Örneğin, 1981 yılında Hideo Kodama tarafından ultraviyole ışın ile reçine kürleme yönteminin patentinin alınması reçineli sistemlerin gelişmesine katkıda bulunmuştur. 1984’te ise Chuck Hull tarafından Stereolitografi (Stereolithography, SLA) teknolojisinin icadıyla, farklı bir yaklaşım ile eklemeli imalat yapılabilen teknoloji sayesinde ciddi bir ivme kazanılmış oldu. 1988’de Joe Beaman ve Carl Deckard tarafından bu sefer toz ham malzeme kullanan bir teknoloji olan Seçici Lazer Sinterleme (Selective Laser Sintering, SLS) yöntemi ile katmanlı üretim yaparak 3 boyutlu plastik parçalar üretmenin mümkün olduğu gösterilmiştir. Bu teknolojileri takiben Scott Crump, filament ham malzeme ile ekstrüzyon yaparak katmanlar halinde 3 boyutlu cisim üretmeye imkan sağlayan Erimiş Biriktirme Modellemesi (Fused Deposition Modelling, FDM) yöntemini araştırmacı ve üreticilerin kullanımına sunmuştur. Bu süreçte eklemeli imalatın evrimi, teknolojik yeniliklerle hızlanmıştır. Bugün, bu teknolojinin farklı türevleri geliştirilmiş ve endüstriyel kullanım alanları prototiplemeden kalıpçılığa, fonksiyonel parça üretiminden seri üretime kadar genişlemiştir. Eklemeli imalat, geleneksel üretim yöntemlerinin sınırlarını zorlayarak yenilikçi çözümler sunmaktadır.
Eklemeli imalat endüstrisi günümüzde çok farklı şekilde sınıflandırılabilmektedir. Genel olarak sektör; makine imalatçıları, malzeme tedarikçileri, yazılım ve servis sağlayan şirketlerden oluşmaktadır. Sistem olarak; reçineli, bağlayıcılı, malzeme ekstrüzyonu yapan sistemler olarak adlandırılabilir. Bu teknolojinin sunduğu avantajlar hızla artmaktadır. Karmaşık geometrilerin kolayca üretilebilmesi, üretim süreçlerinin hızlanması ve çevresel etkilerin azaltılması gibi faktörler endüstrinin bu teknolojiye yönelmesini teşvik etmektedir. Bununla birlikte, sektörün karşılaştığı teknik ve operasyonel zorluklar da çözüme kavuşturulması gereken önemli alanlar arasında yer almaktadır.
Sektörün mevcut büyüklüğü günümüzde 20 milyar dolar mertebelerinde olmakla birlikte Amerika, Avrupa ve Asya Pasifik ülkelerinde binlerce farklı firma tarafından teknoloji geliştirilmekte ve endüstrinin kullanımına sunulmaktadır. Teknolojinin sunduğu avantajlar giderek artmakta olduğundan yıllık %22 civarında büyüme tahminiyle 2036 yılına kadar sektör büyüklüğünün 180 milyar dolar mertebelerine kadar çıkacağı market raporlarında yer almaktadır. Her sektörde olduğu gibi bu alanda da fırsatlar belirli zorlukları beraberinde getirmektedir. Sektördeki fırsatları dört katlı bir piramit gibi düşünürsek en altta teknik olarak ortaya çıkan fırsatları sayabiliriz. Bu alana özel yeni malzemelerin geliştirilmesi, diğer teknolojiler ile bu teknolojinin çapraz bağlanmasıyla teknolojik etkinliğin artırılması [Örn: yapay zeka destekli görüntüleme, nesnelerin interneti (Internet of Things, IoT) ve Endüstri 4.0 (Industry 4.0) ile birleştirme] ya da geleneksel üretim yöntemleri ile birlikte kullanımını sağlayan hibrit prosesler gibi gelişmeler teknik olarak teknolojide çarpan etkisi oluşturmaktadır. Piramidin bir üst basamağında ise finansal ve operasyonel fırsatları sayabiliriz. Eklemeli imalat adaptasyonu ile verimli üretim ağı oluşturma, yeniden kullanım ve tamir stratejilerinde teknolojinin sunduğu avantajlar sayesinde çevresel ekonomiye katkı, yerinde üretim v.b. avantajları ile operasyonel maliyetlerinin düşürülmesi sayılabilir. Bir üst pencerede ise regülasyonlar ile ilgili fırsatları sayabiliriz. Bu alanın gelişmesine belki de en önemli katkı tüm teknoloji alanlarındaki regülasyonların net olarak ortaya çıkması ile olacaktır ki bir ürünün endüstride yer bulması da en çok kalifikasyon ve regülasyonlara uyumlu olması ile sağlanabilmektedir. Geniş ölçekli eklemeli imalat standartlarının yayınlanması, iş akışlarının ve sertifikasyon süreçlerinin her alanda belirli olması kolaylıkla kullanımını sağlayacaktır. Birçok üretim firması, piramidin bu aşamasında özellikle son yıllarda gerçekleştirdiği standartlaşma faaliyetlerine ağırlık vermiş ve “Lazer ve Elektron Işınlı Metalik Toz Yataklı Eklemeli İmalat (Laser and Electron Beam Metallic Powder Bed Additive Manufacturing)” özel prosesi ile “Ulusal Havacılık ve Savunma Yüklenicileri Akreditasyon Programı (National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program, NADCAP) Eklemeli İmalat” akreditasyonunu almıştır. Tabii ki en üstte iş gücü ve çevresel imkânlar olarak ortaya çıkan fırsatları sayabiliriz. Akademik çalışmaların endüstri ile buluşmasının artması, bu konuda nitelikli personel yetiştirilmesi ve yeni istihdamların oluşacak olması en önemli fırsatlardandır. Tüm bu fırsatlar aslında aynı ölçekte zorlukları da beraberinde getirmektedir. Teknik olarak geliştirilen malzemelerdeki ardıl – öncül işlemlerin maliyetlerde yaratacağı zorluklar, benzer şekilde yeni geliştirilen proseslerin güvenilirliği ve malzemeler ile ilgili kısıtlamalar önemli teknik zorluklardandır. Finansal ve operasyonel açıdan maliyet ile ilgili bariyerler; özellikle eklemeli imalat altyapı yatırım maliyetlerinin yüksek olması ve üretilen ürünlerin bir sisteme entegrasyonundaki diğer maliyetler önemli operasyonel zorluklardandır. Regülasyonlar ile ilgili en önemli konuların başında ise fikri ve sınai mülkiyet haklar ve kalite standartları gelmektedir. İş gücü açısından ise değerlendirdiğim en önemli zorluk bu teknolojide ihtiyaç duyulan yetenek açığını geliştirmek için eğitim sisteminin entegrasyonunun tamamlanmamış olmasıdır.
Öyle ya da böyle yaklaşık elli yıldır endüstride bir alternatif üretim yöntemi olarak yer alan eklemeli imalat, özellikle 2010’lu yıllardan sonra farklı teknolojik alanlarda kendini göstermiştir ve hızlı bir yükselişe geçmiştir. Bu teknoloji gibi uzun yıllardır bilinen ancak buna rağmen hala geleceğin teknolojisi olarak nitelendirilen başka bir teknoloji yoktur diyebiliriz. Eklemeli imalat teknolojileri, birçok sektörde devrim niteliğinde uygulamalarla dikkat çekmektedir. Örneğin havacılık endüstrisinde bazı firmalar, uçak motorları için metal parçaları bu yöntemle üreterek üretim maliyetlerini ve parça ağırlığını önemli ölçüde azaltmışlardır. Havacılıktaki örnekler sektörde önemli bir etki yapmış ve hem akademik hem de endüstriyel çalışmaları ciddi ölçüde tetiklemiştir. Tıbbi alanda ise eklemeli imalat, hastalara özel protezler ve implant üretiminde yaygınlaşmıştır. Organovo gibi medikal şirketler, biyo yazıcılar kullanarak insan dokusu üretimi üzerinde çalışmaktadır. İnşaat sektöründe Çin ilk defa malzeme ekstrüzyonu yöntemi ile 3 boyutlu yapı inşa etmiştir. Özellikle 2020 yılında tüm dünyada pandeminin başlaması ile birlikte insanlar evlerinde polimer eklemeli imalat makineleri ile solunum maskeleri, respiratör gibi ekipmanların üretimi yapmış ve bu sayede yöntem çok bilinir hale gelmiştir. Otomotiv sektöründe ise Bugatti, yüksek performanslı fren kaliperlerini 3 boyutlu yazıcılarla üreterek dayanıklılık ve hafiflikte yeni standartlar belirlemiştir ki son yıllarda artık orta sınıf seri üretim otomotiv parçalarında bile yöntem kullanılmaktadır. Havacılık sektöründe kullanımı giderek artmaktadır. Havacılığın devleri olan Airbus, Boeing, Safran, Lockheed Martin gibi firmalar milyonlarca dolar harcayarak Ar-Ge çalışmalara ciddi kaynak ayırmışlar ve tesisleşme faaliyetlerine hız vermişlerdir. Uzay uygulamalarında uydularda kullanımı ciddi şekilde artmıştır. Uzay araçlarının uzaya fırlatılmasında kullanılan roket teknolojilerinde yakıt tankı ya da itki sistemlerinde efektif olarak kullanılmaktadır. Hatta geçtiğimiz yıl, dünyadan 400 km yukarıdaki Uluslararası Uzay İstasyonunda Avrupa Uzay Ajansı’nın geliştirdiği bir metal üç boyutlu yazıcı ile uzayda ilk paslanmaz çelik metal parçalar üretilmiştir. Bu teknoloji insanlığın Ay ve Mars ile olan serüveninde bile bir kilometre taşı olarak yer almış ve ilerleyen yıllarda bu anlamda kullanımının artacağı görülmektedir. Son yıllarda ise sektördeki firmaların geliştirdikleri teknolojilerde farklı teknolojik alanlara yöneldiğini görmekteyiz. Örneğin, polimer hassas parça üreten firmalar daha hızlı ve daha hassas yüzeyli parçalar üretmeye çalışmaktadırlar. Malzeme geliştiricilerin sektörün her zaman en başta beklentisi olan daha dayanıklı malzeme üretimine yoğunlaştığını görüyoruz. Birden fazla malzemenin birlikte kullanımını sağlayarak çok fonksiyonlu kullanım sağlayan örneklere de rastlamaktayız. Büyük ölçekli parçalar üretmeye imkân sağlayan eklemeli imalat sistemlerinin ise daha büyüğünü tek seferde daha hızlı üretme çabasını görmekteyiz. Tabii ki bütün firmalar bunu yaparken maliyet etkin çözümler ekseninde tüm bu çalışmalarını yürütmekteler. Bunun yanı sıra, akıllı yazılım çözümleri ile üretim süreçlerinin optimize edilmesi konusunda yazılım firmaları sürekli olarak yeni çözümler sunmaktadır. Gelecekte bu teknolojinin, yapay zekâ ve otomasyonla birleşerek tamamen özelleştirilmiş üretim süreçlerine imkân tanıyacağı öngörülmektedir. Ayrıca, yenilenebilir enerji ve sürdürülebilirlik konularında da eklemeli imalatın daha fazla rol üstleneceği de görülmektedir.
Türkiye, eklemeli imalat alanında son yıllarda önemli atılımlar gerçekleştirmiştir. Üniversiteler, teknokentler ve özel sektör işbirlikleriyle ile yenilikçi projeler hayata geçirilmektedir. Özellikle savunma sanayii, bu teknolojinin kullanıldığı bir alan hâline gelmiştir. Ancak, teknolojiye erişim maliyetleri ve bilgi birikimi eksikliği gibi faktörler, ilerlemeyi kısıtlayan unsurlar arasında yer almaktadır. Türkiye’nin eklemeli imalat konusundaki potansiyelini artırması için daha fazla araştırma ve geliştirme yatırımı yapılması ve uluslararası iş birliklerinin güçlendirilmesi gerekmektedir.
Türkiye’nin eklemeli imalatta küresel bir oyuncu hâline gelebilmesi için stratejik bir vizyon geliştirilmesi elzemdir. Bununla birlikte uluslararası iş birliklerinin güçlendirilmesi, küresel çapta bilgi transferini hızlandıracak ve sektörde rekabet avantajı sağlayacaktır. Eğitim sistemine yapılacak yenilikçi yatırımlarla bu alanda uzmanlaşmış bir iş gücü oluşturulması, sadece teknolojinin kullanımını değil, aynı zamanda Türkiye’nin eklemeli imalat alanında teknoloji ihraç eden bir ülke haline gelmesini de mümkün kılacaktır.
Eklemeli imalat teknolojisi, dünya genelinde olduğu gibi Türkiye’de de geleceğin üretim anlayışını şekillendirecek bir alan olarak öne çıkmaktadır. Eklemeli imalatın sağladığı avantajları etkin bir şekilde değerlendirmek, Türkiye’nin üretim kabiliyetlerini geleceğe taşımak ve küresel pazarda sürdürülebilir bir yer edinmek için eşsiz bir fırsattır. Bu teknolojiyi etkin bir şekilde kullanabilmek, ülkemizin küresel rekabet gücünü artıracaktır.
Yıllar içerisinde farklı alanlarda baş döndürücü gelişmeler yaşanmaktadır. Aslında bizim gibi gelişmekte olan ülkelere yeni fırsatlar doğmaktadır. Bir şekilde bir alanda öncü olmak için bütün şartlar oluşmaktadır. Eklemeli imalat da bu alanlardan biridir. Bu anlamda lider olamamamız için hiçbir sebep yoktur, yeter ki azimle çalışalım. Bunu iyi değerlendirmek lazımdır. Devletimizin çok kritik alanlarda bu atılımı yapması gerekir. İyi bir planlamayla kısa sürede amaca ulaşılabilir.
Yazarın Diğer Yazıları
Bu gönderi kategorisi hakkında gerçek zamanlı güncellemeleri doğrudan bildirim almak için tıklayın.
