BlogHavacılık Sektöründe Metal Tozları

Havacılık endüstrisinde metal tozları, gelişmiş malzeme özellikleri ve yenilikçi üretim teknikleri sayesinde kritik bir rol oynar. Bu incelemede, havacılıkta yaygın kullanılan metal tozlarının türleri ve özellikleri, üretim yöntemlerinin çevresel etkileri, mekanik performans ile sürdürülebilirlik ilişkisi, uygulama alanları, ileri imalat teknolojileri, geleneksel yöntemlerle karşılaştırmalı avantaj ve zorluklar, pazar trendleri ile sürdürülebilir tedarik zinciri uygulamaları ve ilgili regülasyonlar ele alınacaktır.

1. Malzeme Türleri

• Titanyum:
  • Özellikler: Yüksek mukavemet/ağırlık oranı, korozyon direnci.
  • Kullanım: Yapısal parçalar, iniş takımları (Boeing 787, Airbus A350).
• Alüminyum Alaşımları:
  • Özellikler: Hafif, iyi işlenebilirlik.
  • Kullanım: Füze kabuğu, kanatlar.
• Nikel Alaşımları (Inconel, Hastelloy):
  • Özellikler: Yüksek sıcaklık dayanımı (>1000°C).
  • Kullanım: Türbin kanatları, motor bileşenleri (GE Aviation LEAP motoru).
• Paslanmaz Çelik:
  • Kullanım: Yakıt sistemleri, bağlantı elemanları.
• Kobalt-Krom:
  • Özellikler: Aşınma direnci.
  • Kullanım: Dişli sistemleri, türbin parçaları.
• Tungsten:
  • Özellikler: Yüksek yoğunluk.
  • Kullanım: Denge ağırlıkları, ısı kalkanları.

Kaynak: ASM International, Aerospace Materials Handbook (2022).

---

2. Üretim Yöntemleri

• Atomizasyon:
  • Gaz Atomizasyon: İnce tozlar (düşük oksit, yüksek saflık).
  • Su Atomizasyon: Ekonomik, düzensiz partikül şekli.
  • Plazma Atomizasyon: Yüksek ergime noktalı metaller (tungsten).
• Mekanik Öğütme: Kaba tozlar (düşük maliyet).
• Kimyasal Çöktürme: Nano-toz üretimi (özel kaplamalar).
• Elektro-Kimyasal: Hassas alaşım kontrolü.

Kaynak: Journal of Materials Processing Technology (2021).

---

3. Özellikler ve Performans

Malzeme	Mukavemet (MPa)	Sıcaklık Dayanımı	Yorulma Ömrü
Titanyum (Ti-6Al-4V)	950-1100	600°C	Yüksek
Inconel 718	1350	700°C	Orta
Alüminyum 7075	570	200°C	Düşük

Kaynak: NASA Technical Report (2020).

---

4. Uygulama Alanları

• Motor Bileşenleri: Nikel tozlarıyla üretilen türbin kanatları (Rolls-Royce Trent XWB).
• 3D Baskı: GE Additive’in DMLS ile yakıt enjektörleri.
• Isı Kalkanları: Tungsten tozları (SpaceX Dragon kapsülü).

---

5. İleri Üretim Teknolojileri

• Katmanlı İmalat:
  • DMLS: Lazerle sinterleme (hassas iç kanallar).
  • EBM: Vakum ortamında elektron ışını (titanyum alaşımları).
• Avantajlar: %30-50 malzeme tasarrufu, karmaşık geometriler.

Kaynak: Additive Manufacturing Journal (2023).

---

6. Avantajlar ve Zorluklar

• Avantajlar:
  • Geleneksel yöntemlere göre %20 hafiflik.
  • Hızlı prototipleme (Airbus A320neo parçaları).
• Zorluklar:
  • Toz maliyeti ($200-500/kg, titanyum).
  • Porozite kontrolü (ASTM F3056 standartları).

---

7. Pazar ve Trendler

• Küresel Pazar Büyüklüğü: 2023’te $3.5milyar,2030’da$7.1 milyar (CAGR 9.2%).
• Oyuncular:
  • Boeing (Ti-6Al-4V tozu tedarikçisi: Praxair).
  • Safran: Kobalt-krom tozlarıyla türbin diskleri.
• Trendler: Hibrit elektrik motorları için yeni alaşımlar.

Kaynak: Grand View Research (2023).

 

---

8. Regülasyonlar ve Standartlar

• FAA 14 CFR Part 33: Motor bileşenleri için sertifikasyon.
• ASTM F3001: Titanyum tozu kimyasal kompozisyonu.
• ISO/ASTM 52900: Katmanlı imalat proses standartları.

Havacılık Sektöründe Kullanılan Tozlar

1. Titanyum Tozları

• Ürün Adı: Ti-6Al-4V (Grade 5) Tozu
  • Saflık: %99.7 (ASTM F3001)
  • Tane Boyutu: 15-45 µm (Gaz Atomizasyon)
  • Kullanım: 3D baskılı yapısal parçalar, türbin bileşenleri.
  • Tedarikçiler: NANOKAR
• Ürün Adı: CP-Ti (Saf Titanyum) Tozu
  • Saflık: %99.5
  • Tane Boyutu: 20-53 µm
  • Kullanım: Hafif bağlantı elemanları, kaplamalar.
  • Tedarikçiler: NANOKAR

---

2. Nikel Alaşım Tozları

• Ürün Adı: Inconel 718 Tozu
  • Saflık: %99.9 (AMS 5662)
  • Tane Boyutu: 15-45 µm (Plazma Atomizasyon)
  • Kullanım: Motor türbin diskleri, yüksek sıcaklık parçaları.
  • Tedarikçiler: NANOKAR
• Ürün Adı: Hastelloy X Tozu
  • Saflık: %99.8
  • Tane Boyutu: 10-45 µm
  • Kullanım: Yakıt nozulları, ısı eşanjörleri.
  • Tedarikçiler: NANOKAR

---

3. Alüminyum Tozları

• Ürün Adı: AlSi10Mg Tozu
  • Saflık: %99.5 (ASTM B928)
  • Tane Boyutu: 20-63 µm
  • Kullanım: Hava araçları kabukları, ısı dağıtıcılar.
  • Tedarikçiler:NANOKAR
• Ürün Adı: Al 7075 Tozu
  • Saflık: %99.3
  • Tane Boyutu: 25-75 µm
  • Kullanım: Yüksek mukavemetli yapısal parçalar.
  • Tedarikçiler: NANOKAR

---

4. Kobalt-Krom Tozları

• Ürün Adı: CoCrMo (ASTM F75) Tozu
  • Saflık: %99.6
  • Tane Boyutu: 15-45 µm
  • Kullanım: Türbin kanatları, dişli sistemleri.
  • Tedarikçiler: NANOKAR
• Ürün Adı: CoCrW (Stellite 21) Tozu
  • Saflık: %99.4
  • Tane Boyutu: 10-50 µm
  • Kullanım: Aşınma direnci gereken motor parçaları.
  • Tedarikçiler: NANOKAR

---

5. Paslanmaz Çelik Tozları

• Ürün Adı: 17-4 PH Tozu
  • Saflık: %99.5 (AMS 5643)
  • Tane Boyutu: 15-45 µm
  • Kullanım: Hidrolik sistemler, bağlantı elemanları.
  • Tedarikçiler: NANOKAR
• Ürün Adı: 316L Tozu
  • Saflık: %99.3
  • Tane Boyutu: 10-53 µm
  • Kullanım: Yakıt boruları, korozyon dirençli parçalar.
  • Tedarikçiler: NANOKAR

---

6. Tungsten Tozları

• Ürün Adı: W-Ni-Fe Tozu
  • Saflık: %99.95
  • Tane Boyutu: 5-25 µm (Mekanik Öğütme)
  • Kullanım: Isı kalkanları, denge ağırlıkları.
  • Tedarikçiler: NANOKAR
• Ürün Adı: Saf Tungsten Tozu
  • Saflık: %99.9
  • Tane Boyutu: 1-10 µm (Kimyasal Çöktürme)
  • Kullanım: Yüksek sıcaklık kaplamaları.
  • Tedarikçiler:NANOKAR

---

7. Diğer Özel Tozlar

• Ürün Adı: CuCrZr (Bakır-Krom-Zirkonyum) Tozu
  • Saflık: %99.8
  • Tane Boyutu: 15-53 µm
  • Kullanım: Elektriksel bağlantılar, soğutma kanalları.
  • Tedarikçiler: NANOKAR

Malzeme Türleri ve Sürdürülebilirlik

Titanyum Alaşımları: Titanyum, yüksek mukavemet/ağırlık oranı ve korozyon direnci nedeniyle havacılıkta vazgeçilmezdir. Özellikle Ti-6Al-4V alaşımı, yapısal parçalardan motor bileşenlerine kadar geniş kullanım alanı bulur. Birim ağırlık başına yüksek maliyeti ve enerji yoğun primer üretim süreci (Kroll prosesi) sürdürülebilirlik açısından zorluk yaratır. Ancak titanyumun geri dönüştürülebilirliği yüksektir; kapalı çevrim hurdadan geri kazanım programları sayesinde hem maliyet hem çevresel etki azaltılabilir. Örneğin, Boeing son yıllarda kapalı döngü titanyum hurda geri dönüşüm programlarını tedarik zincirine entegre ederek, talaş ve hurda malzemelerin yeniden kullanılmasını sağlamıştır​

. Bu sayede hem atık azaltılır hem de yeni ham madde ihtiyacı ve ilgili karbon ayak izi düşer. Titanyum tozları özelinde, üretimde geri dönüştürülmüş titanyum hurdanın kullanımı ve yenilenebilir enerjiyle üretim, karbon ayak izini önemli ölçüde azaltmıştır. Örneğin Sandvik Osprey titanyum tozlarının ham maddesinin bir kısmı geri dönüştürülmüş hurdadan sağlanmakta ve üretim %100 yenilenebilir enerjiyle yapılmaktadır. Titanyumun hafifliği, uçaklarda yakıt tasarrufu ve emisyon azaltımı sağlar: Uçakta her 1 kg ağırlık tasarrufu, yıllık yaklaşık 3000 ABD doları yakıt tasarrufu ve buna bağlı ciddi karbon azaltımı getirir. Bu nedenle titanyum alaşımlarının kullanımı, operasyonel sürdürülebilirliğe de katkı yapar.

Alüminyum Alaşımları: Alüminyum, özellikle hafiflik ve iyi işlenebilirlik özellikleriyle uçak gövdeleri, kanatlar ve iç yapı elemanlarında kullanılır. Yoğunluğunun düşük olması yakıt verimliliğini artırdığı için sürdürülebilirlik açısından değerlidir. Alüminyumun en büyük avantajlarından biri, sonsuz kere geri dönüştürülebilmesi ve geri dönüşümünün birincil üretime göre %95’e varan enerji tasarrufu sağlamasıdır. Örneğin, geri dönüştürülmüş alüminyum üretimi, birincil (boksitten) üretimin sadece %5’i kadar enerji gerektirir. Bu sayede karbon salımları ve maliyetler büyük ölçüde düşer. Havacılıkta yüksek performanslı alüminyum-magnezyum-skandiyum alaşımları (ör. Scalmalloy), hem hafif hem mukavemetli yapılarıyla dikkat çeker. Airbus tarafından geliştirilen Scalmalloy, lazerli toz yatağı füzyonu gibi eklemeli imalat tekniklerine uygun olarak optimize edilmiştir ve geleneksel alüminyum alaşımlarına kıyasla üstün mukavemet/ağırlık oranı ve korozyon direnci sunar. Bu özellikleri sayesinde yapısal parçalarda ağırlığı azaltırken gerekli dayanımı korur, böylece yakıt tüketimini ve emisyonları düşürmeye yardımcı olur.

Nikel ve Süperalaşımlar: Nikel bazlı süperalaşımlar (ör. Inconel 718, Hastelloy X), jet motoru türbin bileşenleri ve egzoz sistemleri gibi yüksek sıcaklık ve yüksek gerilim altındaki uygulamalarda kullanılır. Bu alaşımlar ısıya, oksidasyona ve sürünmeye karşı üstün direnç gösterir. Ancak nikelin birincil üretimi enerji yoğundur ve madencilik ile saflaştırma süreçlerinde sera gazı emisyonları yüksektir. Sürdürülebilirlik açısından, nikel alaşımlarının geri dönüşümü önem kazanır. Hurda nikel ve kobalt gibi alaşım elementlerinin geri kazanımı, birincil madenciliğe kıyasla hem ekonomik hem çevresel fayda sağlar. Örneğin, toz üreticileri havacılık standardındaki nikel alaşımlarını üretirken, mümkün olduğunca geri dönüştürülmüş girdilere yönelmekte ve üretim süreçlerini optimize etmektedir. Yapılan bir yaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA) çalışması, vakum ergitme ve gaz atomizasyonuyla üretilen nikel alaşımlı tozların karbon ayak izinin (~20 kg CO₂ eşdeğeri/kg toz) titanyum tozlara göre biraz daha düşük olduğunu ortaya koymuştur. Yine de bu değerler yüksektir; dolayısıyla toz üretiminde enerji verimliliği iyileştirmeleri kritik rol oynar.

Paslanmaz Çelik: Paslanmaz çelik tozları, havacılıkta motor parçaları, bağlantı elemanları ve iniş takımı bileşenleri gibi alanlarda kullanılır. Mekanik dayanım, sertlik ve korozyon direnci sunarlar. Paslanmaz çelik, yüksek oranda geri dönüştürülen bir malzeme olduğu için sürdürülebilirlik perspektifinden olumludur; dünya genelinde paslanmaz çelik üretiminde önemli oranda hurda kullanılır. Toz formunda üretildiğinde ise, örneğin su atomizasyonu yöntemleri ile uygun maliyetli ve çevreye görece daha az zararlı üretim mümkündür (su ile atomizasyonda toksik gaz kullanılmaz ve su geri dönüştürülebilir). Sürdürülebilirlik açısından paslanmaz çeliğin bir avantajı da, kullanım ömrü sonunda kolay ayrıştırılabilmesi ve değerli alaşım elementlerinin (ör. Cr, Ni, Mo) yeniden döngüye sokulabilmesidir. Ayrıca toz metalurjisi ile net-şekil paslanmaz çelik parça üretimi, geleneksel talaşlı imalata göre enerji tüketimini ve atıkları önemli ölçüde azaltır; yapılan bir çalışmada toz metalurjisiyle üretilen çelik parçalarda doğal kaynak kullanımı, asitleşme ve insan toksisitesi etkilerinin, geleneksel işlenmiş parçalara göre %26–41 aralığında kaldığı gösterilmiştir.

Kobalt-Krom Alaşımları: Kobalt-krom (Co-Cr) alaşımları genellikle biyouyumluluk ve aşınma direnci gerektiren medikal implantlarda bilinse de, havacılıkta da yüksek sıcaklık yatakları veya aşınma parçalarında kullanım alanı bulabilir. Co-Cr tozları, lazer veya elektron demeti ergitme gibi eklemeli imalat süreçlerinde başarıyla kullanılmaktadır. Mekanik olarak sert ve yüksek sıcaklık dayanımlı olmalarına karşın, sürdürülebilirlik açısından kobalt tedarik zinciri dikkatle yönetilmelidir. Kobaltın büyük bölümü, madencilikte çevresel ve sosyal sorunların yaşandığı Demokratik Kongo Cumhuriyeti gibi bölgelerden gelir. Havacılık sektörü, sorumlu kobalt temini konusunda katı standartlar uygular; üreticiler tedarik zincirlerinin şeffaflığını artırmakta ve insan hakları ile çevre standartlarını karşılayan kaynakları tercih etmektedir. Bunun yanı sıra, Co-Cr alaşımların geri dönüşümü de mümkündür, ancak içerdiği elementlerin saflığı kritik olduğu için genellikle proses atığı ve talaşların yine aynı kalitede hammaddeye dönüştürülmesi şeklinde “kapalı döngü” geri dönüşüm tercih edilir.

Tungsten ve Tungsten Alaşımları: Tungsten (W), çok yüksek erime noktası ve yoğunluğuyla dikkat çeken bir metaldir. Havacılıkta tungsten alaşımları, radyasyon kalkanları, denge ağırlıkları veya yüksek sıcaklık gerektiren roket nozulları gibi özel uygulamalarda kullanılır. Tungsten genellikle sert metal karbür formunda (tungsten karbür) kesici takımlarda da yer alsa da, uçaklarda da az miktarda kritik bileşen olarak karşımıza çıkabilir. Sürdürülebilirlik bağlamında tungsten tedarik zinciri stratejik bir konudur: Dünya tungsten üretiminin %80’inden fazlasını Çin gerçekleştirmektedir. Bu tek kaynaklı tedarik yapısı, jeopolitik riskleri ve arz kesintisi olasılığını artırır. ABD ve Avrupa, tungsten gibi kritik metallere yönelik yerel kaynak geliştirme ve geri dönüşüm çabalarını desteklemektedir. Tungsten geri dönüşümü teknik olarak zordur ancak ekonomik olarak cevherden üretime göre daha avantajlı hale gelebilmektedir; özellikle uçucu kesici takım hurdalarının geri dönüştürülmesi yaygındır. Çevresel açıdan tungsten madenciliği, yoğun enerji ve kimyasal kullanımını içerdiğinden, geri dönüşüm ve verimli kullanım sürdürülebilirlik için kilit önem taşır. Havacılık sanayinde tungsten yerine daha hafif ve bol bulunan malzemelerin (ör. kompozitler veya titanyum) kullanımı yönünde Ar-Ge çalışmaları da, yakıt tasarrufu ve çevresel kazanımlar amacıyla devam etmektedir.

Üretim Yöntemleri ve Çevresel Etkileri

Havacılık için metal tozu üretiminde çeşitli yöntemler kullanılmakta olup, her birinin hem teknik çıktıları hem de çevresel/tedarik zinciri etkileri farklıdır. Başlıca toz üretim yöntemleri ve sürdürülebilirlik boyutları şunlardır:

• Gaz Atomizasyonu: Bu en yaygın metal tozu üretim yönteminde, ergimiş metal yüksek basınçlı inert gaz (argon, azot gibi) akımıyla püskürtülerek küçük damlacıklara ayrılır ve katılaşır. Gaz atomizasyonu, küresel ve akışkanlığı yüksek tozlar ürettiği için havacılıkta kullanılan katmanlı imalat (Additive Manufacturing, AM) teknolojileri için tercih edilir. Ancak enerji yoğun bir süreçtir; ergitme ve gaz basınçlandırma aşamaları yüksek elektrik ve gaz tüketimi gerektirir. Yaşam Döngüsü Analizleri (LCA), gaz atomizasyonuyla üretilen metal tozlarının üretim aşamasında ciddi karbon ayak izine sahip olduğunu göstermektedir. Örneğin bir çalışmada, vakum ergitme ve gaz atomizasyonuyla titanyum ve nikel tozu üretiminin yaşam döngüsü karbon emisyonu ~20 kg CO₂ eşdeğeri/kg olarak hesaplanmıştır. Enerji tüketimi, toz üretiminin çevresel yükünün başlıca kaynağı olup, kullanılan metalin fiziksel özelliklerine göre değişir. Gaz atomizasyonunda inert gaz kullanımı, sera gazı etkisi doğrudan olmasa da dolaylı enerji tüketimiyle önemlidir; ayrıca argon gibi gazların üretimi de enerji ister. Bununla birlikte, prosesin optimizasyonuyla iyileştirmeler mümkündür: Geri kazanımlı ergitme fırınları, ısı eşanjörleri ile enerji geri kazanımı ve gaz resirkülasyonu gibi teknikler, birim toz başına enerji tüketimini azaltabilir. 6K Additive gibi yenilikçi girişimler, geleneksel atomizasyona alternatif proseslerle sürdürülebilirliği artırmaktadır. 6K Additive, titanyum ve süperalaşım hurdalarını plazma bazlı bir yöntemle tekrar ergitip toz haline getirerek, bakir hammaddeden bağımsız, enerji verimli bir yol izler. RTX (Raytheon Technologies) ile ortak yürütülen bir projede, 6K Additive’in süreçleriyle toz üretim enerjisinin %75 azaltılması ve genel olarak eklemeli imalat parça üretiminde %50 enerji tasarrufu hedeflenmiştir. Bu tür gelişmeler, gaz atomizasyonu süreçlerinin daha sürdürülebilir hale getirilmesine örnek teşkil eder.

• Su Atomizasyonu: Ergimiş metalin yüksek basınçlı su jetiyle atomize edilmesi yöntemidir. Su atomizasyonu, çelik ve bazı nikel alaşımları gibi reaksiyona girmeyen metaller için yaygın kullanılır; titanyum ve alüminyum gibi reaktif metallerde ise oksidasyon riskinden dolayı tercih edilmez. Çevresel açıdan su atomizasyonu, inert gaz kullanımına gerek olmadığı için avantajlıdır. İnert gaz yerine su kullanımı, sera gazı emisyonu potansiyelini düşürür ve suyun arıtılarak tekrar kullanımı mümkündür. Modern su atomizasyon tesisleri, suyu kapalı devre dolaştırarak israfı en aza indirir ve atık su arıtımıyla çevre etkilerini kontrol eder. Su atomizasyonunun bir diğer avantajı da enerji verimliliğidir; genellikle daha basit bir donanım ve tekniğe dayanır, büyük ölçekli üretim için ölçeklenebilir ve görece güvenli bir süreç sunar. Bununla birlikte, su atomizasyonunun ürettiği tozlar gaz atomizasyonuna göre daha düzensiz şekilli ve daha yüksek oksijen içerikli olabilir. Bu, toz akışkanlığını ve nihai parça özelliklerini olumsuz etkileyebileceğinden, havacılıkta kritik parçalarda kullanımını sınırlandırır. Yine de, bazı paslanmaz çelik veya düşük alaşımlı çelik parçaların toz metalurjisiyle üretiminde su atomize tozlar başarıyla kullanılır ve çevresel olarak gaz atomizasyonundan daha düşük ayak izi bırakır. Ayrıca su atomizasyonu, bakır, bronz gibi elektrik ve ısı iletkenliği uygulamalarında kullanılan tozların üretiminde de tercih edilir ve bu sektörlerde de sürdürülebilirlik kazanımları sağlar.

• Plazma Atomizasyonu ve Rotasyonel Elektrot (PREP): Plazma atomizasyonu, özellikle titanyum ve titanyum alaşımları gibi yüksek saflık ve küresellik istenen tozlar için kullanılan bir yöntemdir. Ergimiş metal, plazma arkı ile veya dönen bir elektrot üzerinden plazma aleviyle püskürtülerek ince damlacıklara ayrılır. PREP (Plasma Rotating Electrode Process) olarak bilinen yöntemde ise, bir metal çubuk yüksek hızda döndürülürken uç kısmı ark ile eritilir ve merkezkaç kuvvetle eriyik parçacıkları etrafa saçılarak katılaşır. Bu yöntemler, çok küresel, temiz (düşük oksijenli) ve akışkanlığı yüksek tozlar üretir. Havacılıkta titanyum tozlarının büyük kısmı bu yöntemlerle de üretilir ve lazer/EBM ile baskı süreçlerinde üstün performans gösterir. Dezavantajları, özel ekipman ve yüksek enerji gereksinimidir; plazma torçları ve vakum ortamları enerji tüketimini artırır. Sürdürülebilirlik bakışından, plazma bazlı yöntemler daha az oksitli toz ürettikleri için tozun yeniden kullanım ömrünü uzatır (toz daha az bozulur), bu da dolaylı bir faydadır. Aynı toz partisini birçok baskı döngüsünde kullanabilmek, toplam hammadde talebini ve atık toz miktarını azaltır. Nitekim bir araştırma, Ti-6Al-4V tozunun 21 kez yeniden kullanılması sonucunda toz parçacıklarında bir miktar şekil bozulması ve oksijen artışı gözlemlense de, üretilen parçaların çekme özelliklerinde kayda değer bir olumsuzluk tespit edilmediğini raporlamıştır. Tozun akışkanlığının hatta tekrar kullanımla iyileşebileceği ve belirli sınırlar içinde iki yıl boyunca yeniden kullanımın mümkün olabileceği belirtilmektedir. Bu da, plazma atomizasyonuyla elde edilen yüksek kaliteli tozların, iyi bir proses kontrolüyle sürdürülebilir şekilde döngüde tutulabileceğini gösterir.

• Mekanik Öğütme (Öğütme & Değirmenleme): Katı metal parçaların (örneğin döküm stok veya talaşların) mekanik kırma, öğütme ve değirmenleme yöntemleriyle toz haline getirilmesidir. Bu yöntem, düzensiz şekilli, daha geniş boyut dağılımına sahip tozlar üretir ve genellikle eklemeli imalatta değil, pres-sinter toz metalurjisi uygulamalarında veya lehim alaşımlarında kullanılır. Havacılıkta, örneğin bazı sürtünme malzemeleri veya sinterlenmiş parçaların tozları mekanik öğütme ile üretilebilir. Mekanik öğütme, diğer yöntemlere göre daha az enerji gerektirebilir çünkü metal tamamen ergitilmez; ancak elde edilen tozun kalitesi ve saflığı sınırlı olabilir. Çevresel açıdan, eğer öğütme işlemi soğuk bir süreçse, oksidasyon ve emisyon az olur, ancak tozun kalitesini artırmak için sonraki adımlarda separasyon, eleme ve belki kimyasal işlem gerekebilir. Mekanik öğütme, özellikle hurda malzemelerin değerlendirilmesinde faydalıdır: Örneğin, kullanılmayan bir titanyum plaka, talaş veya üretim artığı, ergitmeye göre daha düşük enerjili bir yöntemle toz haline getirilebilir. Ancak havacılık standartları çok yüksek olduğu için bu tozların kritik parçalarda kullanımı ancak sıkı kalite kontrollerinden sonra mümkündür.

• Kimyasal Çöktürme ve Elektro-kimyasal Yöntemler: Bu yöntemler, çözeltiden metal iyonlarının kimyasal indirgenme veya elektroliz ile metal tozu olarak çöktürülmesi esasına dayanır. Havacılıkta direkt kullanılmasa da, örneğin yüksek saflıkta nikel, bakır veya gümüş tozları kimyasal yolla üretilebilir. Kimyasal çöktürme, çok ince ve bazen dendritik (dallanmış) yapıda tozlar verir; bunlar genellikle özel kaplamalar veya yakıt pili elektrotları gibi uygulamalara yöneliktir. Çevresel açıdan, bu yöntemler kimyasal reaktif ve banyo kullanımı gerektirdiğinden, atık yönetimi kritik önemdedir. Kullanılan kimyasalların uygun şekilde nötralize edilip geri kazanılması ve atık suların arıtılması gerekir. Eğer bu sağlanırsa, bu yöntemler oldukça saf toz üretimini düşük sıcaklıklarda sağlayabilir, bu da enerji tasarrufu anlamına gelir. Örneğin, elektrolitik yöntemle paslanmaz çelik talaşlarından demir esaslı toz üretimi üzerine çalışmalar, katı atıkların değerlendirilmesi açısından ümit vaat etmektedir. Ancak havacılıkta uç kritik parçalarda henüz bu tozlar yaygın değildir; daha çok tedarik zincirinin alt kademelerinde yer alır (örneğin kimyasal olarak çöktürülmüş nikel tozu, daha sonra süperalaşım tozu üretiminde bir bileşen olarak kullanılabilir).

Çevresel Etki Değerlendirmesi: Genel olarak toz metalurjisi, “yeşil teknoloji” olarak tanınır çünkü net-şekil üretim sayesinde malzeme israfını en aza indirir ve yüksek materyal verimliliği sunar. Bir parça eklemeli imalatla üretilirken kullanılan tozun yaklaşık %95’i parçada değerlendirilir, geri kalan %5’i ise sonraki üretimler için geri dönüştürülebilir. Buna karşın, geleneksel talaşlı imalatta bir bloktan parçayı işlemek, malzemenin büyük bölümünün talaş olarak ziyan olmasına yol açar. Örneğin, geleneksel yöntemlerde hammadde kullanımının sadece %10’u nihai parçada kalırken, additive manufacturing ile bu oran çok daha yüksektir (1.5:1 malzeme kullanımı). Enerji boyutunda ise, toz üretiminin enerji maliyeti yüksek olsa da, nihai parça üretiminde birim parça başına enerji tüketimi iyi yönetilirse toplam karbon dengesi avantajlı olabilir. Yapılan karşılaştırmalar, metal eklemeli imalatın doğrudan enerji/emisyon açısından döküm, dövme gibi işlemlerden genelde daha yüksek olduğunu; ancak tasarım optimizasyonu ile daha hafif parçalar üreterek kullanım aşamasında yakıt tasarrufu sağlandığında, özellikle havacılıkta toplam yaşam döngüsü etkisinin olumluya dönebileceğini göstermektedir​

. Yani, üretimdeki karbon yoğunluğu, operasyonel kazançlarla telafi edilebilir.

Tedarik zinciri perspektifinden, havacılık için metal tozları genellikle uzmanlaşmış üreticilerden temin edilir (örneğin Höganäs, Carpenter Additive, ATI, Sandvik, GKN Additive, AP&C, Tekna gibi firmalar). Bu firmalar, sürdürülebilirlik adına enerji verimli teknolojilere yatırım yapmakta, bir kısmı yenilenebilir enerji kullanmakta veya karbon dengeleme programları uygulamaktadır. Ayrıca, toz tedarikinde coğrafi çeşitlilik de önem kazanmıştır: Kritik alaşımların tozları için birden fazla tedarikçi ve bölgeyle çalışmak, olası tedarik kesintilerini önler. Örneğin, niyobyum, tungsten, kobalt gibi elementlerde tek ülkeye bağımlılığı azaltmak için alternatif kaynak geliştirme ve stok stratejileri uygulanır. ABD Savunma Bakanlığı ve Avrupa Birliği, bu tür kritik malzemeler için stratejik stok ve geri dönüşüm projelerini destekleyerek havacılık sanayinde tedarik sürekliliğini ve sürdürülebilirliğini güvence altına almaya çalışmaktadır.

Malzeme Özellikleri, Performans ve Sürdürülebilirlik İlişkisi

Havacılık uygulamalarında malzemelerin üstün mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olması beklenir. Metal tozlarından üretilen malzemelerin mukavemet, ağırlık, yorulma ömrü gibi özellikleri, kullanılan alaşım ve üretim süreciyle şekillenir. Bu özelliklerin sürdürülebilir üretim ve kullanım açısından önemi büyüktür:

• Mukavemet ve Yorulma Dayanımı: Uçak yapısal bileşenleri ve motor parçaları yüksek statik yüklere ve tekrarlı yorulma yüklerine dayanabilmelidir. Titanyum ve nikel süperalaşımlar gibi tozlardan üretilen malzemeler, yüksek mukavemet seviyelerine ulaşabilir. Eklemeli üretimde mikroyapının katmanlı inşası sayesinde, tavlama süreçleriyle birlikte, dövme malzemelere yakın veya daha üstün mukavemet değerleri elde edilebilmektedir. Örneğin DMLS (Direct Metal Laser Sintering) veya EBM (Electron Beam Melting) süreçleriyle üretilen Ti-6Al-4V ve Inconel 718 parçaların çekme dayanımı, konvansiyonel döküm/dövme parçaları yakalamıştır ve kontrollü parametrelerle bunları aşabilmektedir. Yüksek mukavemet, daha az malzeme kullanarak aynı yükü taşıma olanağı sağladığı için, sürdürülebilir tasarım açısından avantajlıdır. Yani daha ince kesitlerle aynı görevi yapan yapılar tasarlamak mümkün olur, bu da malzeme tasarrufu ve ağırlık azalımı demektir. Yorulma dayanımı konusunda, eklemeli imalatla üretilen parçaların yüzey pürüzlülüğü ve iç kusurları dikkatle kontrol edilmelidir; aksi halde yorulma ömrü düşebilir. Bu nedenle, sürdürülebilirlik perspektifinde kalite kontrolünün sıkı tutulması önemlidir. Parça ömrünün uzun olması, daha seyrek parça değişimi ve daha az üretim ihtiyacı anlamına gelir ki bu da kaynak tüketimini azaltır.

• Yüksek Sıcaklık Dayanımı ve Oksidasyon Direnci: Jet motoru türbinleri, yanma odaları ve egzoz bileşenleri son derece yüksek sıcaklıklara maruz kalır. Nikel bazlı süperalaşımlar ve kobalt bazlı alaşımlar, bu ortamlarda mukavemetlerini korurken oksidasyona ve korozyona karşı direnç gösterirler. Eklemeli imalat sayesinde, bu malzemelerde iç yapıyı optimize eden karmaşık soğutma kanalları entegre edilebilir (konvansiyonel yöntemlerle mümkün olmayan geometriler). Bu dahili kanallar, parçanın çalışma sırasında daha iyi soğutulmasını sağlayarak malzemenin ömrünü uzatır ve verimliliği artırır. Malzeme performansı yüksek olunca, örneğin motor türbin kanatları daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilir ve motor verimi artar (daha az yakıtla daha fazla itki). Bu da yakıt tüketimini ve emisyonları azaltarak operasyonel sürdürülebilirliğe katkıda bulunur. Oksidasyon direnci yüksek malzemeler (içerdiği Al, Cr, Co gibi elementler sayesinde koruyucu oksit filmi oluşturan süperalaşımlar), kaplama ihtiyacını azaltabilir. Bu da bakım periyotlarını seyrekleştirir ve toplam malzeme kullanımını (yedek parça, kaplama malzemeleri vb.) düşürür. Örneğin, bir nikel süperalaşım türbin kanadının ömrünü 1000 saatten 1500 saate çıkarmak, 1.5 kat daha az sıklıkla üretim ve değiştirme anlamına gelir.

• Yoğunluk ve Ağırlık Optimizasyonu: Malzeme yoğunluğu, havacılığın yakıt verimliliği denkleminde kritik bir parametredir. Alüminyum ve titanyum gibi düşük yoğunluklu malzemeler, çelik veya nikel bazlı alaşımlara kıyasla aynı parça için %30-70 arasında ağırlık tasarrufu sağlayabilir. Bu yüzden uçak gövdesi, bağlantı parçaları, konsollar gibi orta-sıcaklık uygulamalarında titanyum ve alüminyum tercih edilir. Eklemeli imalatın getirdiği topoloji optimizasyonu imkânı ile, parça geometrilerinde sadece gerekli malzeme bırakılarak boşluklar ve kafes yapılar oluşturulabilir. Böylece geleneksel tasarıma göre çok daha hafif ancak fonksiyonel olarak eşdeğer parçalar üretmek mümkündür. Örneğin, topoloji optimizasyonuyla 3B basılan bir bağlantı parçası, klasik tasarımına göre yarı ağırlıkta olabilir. Hafifleme, yakıt tüketimini doğrudan düşürdüğü için sürdürülebilirlik açısından en etkili mühendislik araçlarından biridir. Airbus, Boeing gibi şirketler, uçaklarındaki her gramın hesabını yapar; eklemeli imalatla üretilen yakıt memesi (fuel nozzle), eski çok parçalı montaj tasarımına göre %25 daha hafif tasarlanmıştır. Bu parça, CFM LEAP motorlarında kullanılmış ve motorun yakıt verimliliğine katkıda bulunmuştur. Hafifleme yanında, bu yeni tasarım yakıt memesinin ömrü de beş kat artmıştır, bu da daha az yedek parça ihtiyacı ve atık anlamına gelir. Yüksek yoğunluklu malzemelerin (örneğin tungsten ağırlıklar) kullanıldığı yerlerde ise, eklemeli imalat pek avantaj sağlamasa da, bu malzemelerin sadece gerektiği kadar ve gerektiği yerde kullanımını optimize eden tasarımlar (insert gibi) uygulanarak ağırlık merkezi yönetimi daha verimli hale getirilebilir.

• İşlenebilirlik ve Üretilebilirlik: Malzemelerin üretim yöntemlerine uygunluğu, sürdürülebilir üretimin bir parçasıdır. Örneğin titanyumun talaşlı işlenmesi zordur: takım aşınması, yavaş işleme hızları ve yoğun soğutma sıvısı kullanımı gerektirir. Bu hem enerji tüketimi, hem de soğutma sıvılarının çevresel etkisi (atık sıvı) açısından dezavantajlıdır. Buna karşın titanyumun toz yatağı füzyonu ile net-şekil üretilmesi, talaşlı işlemede ortaya çıkan büyük malzeme kayıplarını ve kesme sıvısı kullanımını ortadan kaldırır. Yaklaşık olarak, eklemeli imalatta kullanılan malzemenin %95’i ürüne giderken, talaşlı imalatta malzemenin %5-10’u üründe kalır, kalanı talaş olur. Bu net-şekil üretim, atık tozun da tekrar ergitilip yeni toz üretiminde kullanılmasıyla neredeyse döngüsel bir malzeme akışı yakalayabilir. Paslanmaz çelik gibi malzemeler de, karmaşık parçaların geleneksel üretiminde birden fazla adım (döküm+dövme+işleme) gerektirirken, eklemeli imalat tek adımda nihai geometriyi verebilir. Bu, her bir ara adımın enerji ve kaynak tüketimini (fırınlar, presler, takımlar) ortadan kaldırdığı için sürdürülebilirlik hanesine yazılır. Ayrıca, işlenebilirliği zor süperalaşımlar (örn. Inconel 718), 3B baskıda daha kolay üretilebilir, çünkü makine yerine lazer/elektron demeti malzemeyi şekillendirir. Sonuç olarak, malzeme özellikleri ve performansı ile üretim verimliliği bir arada düşünülerek, üretim sürecinin optimizasyonu malzeme israfını, enerji tüketimini ve zararlı yan ürünleri (örn. kesme sıvıları, soğutucu gazlar) en aza indirebilir.

Uygulama Alanları ve Sürdürülebilirlik Perspektifi

Havacılık endüstrisinde metal tozlarından üretilen malzemeler, hem geleneksel toz metalurjisiyle hem de eklemeli imalatla çeşitli kritik parçalarda kullanılmaktadır. Bu uygulamalara sürdürülebilirlik merceğinden bakıldığında, her biri farklı kazanımlar ve gereklilikler gösterir:

• Motor Bileşenleri: Jet motorları ve roket motorları, metal tozlarının yüksek katma değer sağladığı en önemli alanlardandır. Özellikle yakıt memeleri (fuel nozzles), yanma odası parçaları, türbin kanatçıkları ve stator kanatları, eklemeli imalatın devrimsel tasarım avantajlarını kullanmaktadır. General Electric’in LEAP motorları için geliştirdiği 3B baskı yakıt memesi, 20 parçanın bir araya gelmesiyle yapılan eski tasarım yerine tek parça olarak basılmış ve %25 daha hafif, 5 kat daha dayanıklı olacak şekilde optimize edilmiştir. Bu parça aynı zamanda daha az montaj adımı gerektirdiği için hata olasılığını ve tedarik zincirinde farklı parça stoklama ihtiyacını azalttı. Motor bileşenlerinde iç kanallı soğutma yapıları (özellikle türbin kanatlarında) 3B baskıyla mümkün olduğundan, motorlar daha serin ve verimli çalışabilir. Sürdürülebilirlik açısından bu, daha düşük yakıt tüketimi ve emisyon anlamına gelir. Ayrıca, motor yedek parça üretiminde 3B baskı kullanımı (örn. eski motor modellerinin artık üretilmeyen parçaları için) ihtiyaç halinde üretim (on-demand) olanağı sağlar. Bu sayede büyük yedek parça stokları tutmaya gerek kalmaz, envanter atığı ve depolama kaynaklı masraflar önlenir. Yine motor komponentlerinde kullanılan süperalaşım tozları, tozdan-parçaya süreçte malzeme verimliliğini artırdığı için, nadir alaşım elementlerinin daha etkin kullanımını mümkün kılar.

• Yapısal Parçalar: Uçak gövdesi, kanat yapıları, kuyruk parçaları ve uydularda taşıyıcı yapı elemanları gibi alanlarda, titanyum ve alüminyum alaşım tozlarından üretilen parçalar kullanılmaktadır. Örneğin Airbus, A350 XWB uçağının kanat-pilon bağlantısında (motorun kanada bağlandığı noktadaki destek braketi) titanyum 3B baskı parçayı seri üretime almıştır. Bu braket parçası, geleneksel üretimle imal edilmesi çok zor bir geometriye sahip olup, 3B baskıyla hem hızlı prototiplenmiş hem de uygun sertifikasyon süreçlerinden geçirilerek uçuşa elverişli hale getirilmiştir. Yine Airbus, A350 yolcu uçağının kapı kilitleme millerini 2017’den beri eklemeli imalatla üretmekte ve bugüne kadar 9.400 adetten fazla parça imal etmiştir. Bu parçalar için 11 ton titanyum tozu kullanılmıştır, ancak bu miktar, eğer geleneksel talaşlı imalat yapılsaydı gereken hammaddenin çok altındadır (net-şekil üretim sayesinde). Yapısal parçaların eklemeli imalatla üretilmesi, daha az perçinleme ve montaj noktası ihtiyacı doğurabilir; tek parça halinde karmaşık yapıların basılması mümkün olduğundan, eskiden birden fazla bileşenin montajıyla elde edilen bütünleşik yapılar, şimdi bütüncül olarak üretilebiliyor. Bu da tedarik zincirinde daha az parça çeşidi ve envanter demektir. Sürdürülebilirlik boyutunda, malzeme hafifletmesi ve montaj işlemlerinin azalması (dolayısıyla enerji ve insan kaynağı tasarrufu) önemli kazanımlardır. Örneğin, 3B baskı ile yeni tasarlanan bir uydu braketi, hem ağırlığının azalmasıyla fırlatma için gereken yakıtı düşürür hem de üretimde tek parça çıktığı için alt montajlarda kullanılan cıvata ve ek parçaları ortadan kaldırarak kaynak tüketimini azaltır.

• Türbin Kanatları ve Türbin Bileşenleri: Gaz türbinleri (uçak motorları veya enerji santrali türbinleri) için kanat üretimi, süperalaşımların sınırlarını zorlayan bir alandır. Geleneksel yatırım dökümü ile üretilen tek kristalli türbin kanatlarına alternatif olarak, eklemeli imalat şu anda daha çok yedek parça, onarım ve prototip safhasında kullanılıyor. Siemens, 2017 yılında bir gaz türbini için 3B baskı türbin kanatlarını başarılı bir şekilde tam yük koşullarında test etmiştir. Bu kanatlar, geleneksel tasarımla basılmış olsa da, Siemens’in amacı tasarımda yeni özgürlükleri (ör. soğutma kanallarının optimizasyonu) gelecekte kullanmaktır. Türbin kanatlarında 3B baskının bir diğer uygulaması onarımdır: Aşınmış veya hasar görmüş kanatların hasarlı kısmı CNC ile alınıp, eklemeli imalatla yenisi eklenerek tamir edilebilir (örn. lazer ekleme yöntemi). Bu, yeni bir kanat üretmekten çok daha az malzeme ve enerji gerektirir, dolayısıyla sürdürülebilir bir bakım-onarım yöntemidir. Havacılıkta henüz uçuş kritik türbin kanatlarının tamamen eklemeli üretimi kısıtlı olsa da (malzeme kalifikasyonu ve mikro yapı gereksinimleri nedeniyle), kombine hibrit üretim (önce döküm, kritik bölgelerde 3B baskı takviye gibi) gelecekte mümkün olabilir. Bu alandaki uygulamalar, motor verimini artırarak dolaylı yoldan sürdürülebilirliğe katkı yapar; daha verimli türbin = daha az yakıt tüketimi.

• İniş Takımları: İniş takımı bileşenleri (özellikle dikmeler, bağlantılar), çok yüksek statik ve darbe yüklerini taşıyan çelik veya titanyum parçalardır. Bu parçalarda güvenlik faktörleri yüksek tutulur ve genellikle dövme yüksek mukavemetli çelik alaşımlar kullanılır. Eklemeli imalat, iniş takımlarında henüz sınırlı uygulanmaktadır; ancak ti7tanyum tozlarından 3B basılan kompleks mafsal parçaları bazı prototip uygulamalarda başarıyla denenmiştir. Örneğin, karmaşık bir iniş takımı bağlantı bloğu, eklemeli imalat ile gelenekselden daha hafif tasarlanarak test edilmiştir. Sürdürülebilirlik açısından, iniş takımlarında ağırlık azaltımı kritik olduğundan, titanyumun çeliğe göre hafifliği burada devreye girer. Yakıt tasarrufu için her kilogram önemli olduğundan, titanyum tozlarının kullanımı (dövme yerine 3B baskı yoluyla bile olsa) potansiyel olarak CO₂ emisyonlarında azalma sağlar. Ayrıca, iniş takımında kullanılan malzemelerin geri dönüştürülmesi de önemli bir konudur; ömrü dolan uçaklardan çıkan büyük titanyum ve çelik parçalar hurda olarak tekrar hammadde döngüsüne sokulur. Toz üreticileri için bu hurdalar değerli bir geri dönüşüm kaynağı olabilir.

• Isı Kalkanları ve Uzay Araçları Bileşenleri: Yüksek sıcaklık veya atmosfer girişine maruz kalan uzay aracı parçaları (örneğin roket motoru bileşenleri, uydu itki sistemleri) özel alaşım tozlarının kullanımını gerektirir. Bu alanda tungsten ve renyum içerikli süperalaşımlar, Inconel 718, Haynes 282 gibi malzemeler öne çıkar. 3B baskıyla, roket motorlarının yanma odaları ve enjektörleri bile üretilebilmektedir. SpaceX ve diğer uzay girişimleri, 3B baskı ile roket motoru parçalarını (yakıt manifoldu, turbo pompaları vb.) üretip test etmişlerdir. Bu sayede parça geometrileri optimize edilmiş, ağırlık azaltılmış ve montaj kolaylaşmıştır. Sürdürülebilirlik boyutunda, roketler tek kullanımlık olsa bile, additive manufacturing ile üretim sırasında malzeme tasarrufu ve üretim hızının artması (prototip döngülerinin kısalması) uzay teknolojilerinin gelişimini hızlandırarak, belki de uzun vadede tekrar kullanılabilir roketlerin yapılmasını kolaylaştırmıştır. Örneğin, karmaşık bir roket enjektörünün tek seferde basılması, geleneksel çok parçalı kaynaklı tasarıma göre hem üretim atıklarını azalttı hem de parçanın performansını yükseltti. Uzay araçları için ısı kalkanı bileşenlerinde de metal tozları kullanılabilir; örneğin, uzay mekiği benzeri araçların gövde altı kısımlarında metalik termal koruyucular denenmektedir. Bu malzemelerin, plasma sprey gibi yöntemlerle metal tozlarından kaplama halinde uygulanması da bir diğer uygulama alanıdır. Plasma sprey kaplamalarda kobalt, nikel, zirkonya takviyeli tozlar kullanılarak ısıya dayanıklı yüzeyler elde edilir. Bu da metal tozlarının dolaylı bir kullanımıdır ve uzay aracının aşırı ısınmasını engelleyerek bütünlüğünü korumasını sağlar.

• 3B Baskı ile Üretilen Parçalar (Yedek Parça ve MRO): Havacılıkta bakım, onarım ve revizyon (MRO) faaliyetlerinde, eskiden tedariki zor veya uzun süre alan parçalar için 3B baskı büyük avantaj sunmaktadır. Örneğin, 30 yıl önce üretilmiş bir uçak modelinin yedek bir parçası artık stokta yoksa, çizimlerinden veya taramasından 3B basılabilir. Bu, eskiyen uçak ve helikopterlerin ömrünü uzatır, kullan-at yerine bakım-yenile yaklaşımını güçlendirir. Airbus Helicopters, helikopter kapı menteşeleri gibi birçok yedek parçayı 3B baskıyla üretmeye başlamıştır. Donanım olarak bakım üssünde bir metal yazıcı bulundurmak, gerektiğinde küçük parça üretip uçağı hemen sefere koyabilmek anlamına gelir. Bu yerinde ve talebe göre üretim, gereksiz yedek parça üretiminin ve envanterde beklerken boşa gitmesinin önüne geçer. Ayrıca, lojistik açıdan da sürdürülebilirlik sağlar: Parçayı stoklamak veya acil taşımak yerine, dijital dosya transferiyle bulunduğu yerde üretmek, nakliye kaynaklı karbon ayak izini ortadan kaldırır veya azaltır. Bu kavram, özellikle uzak veya mobil operasyonlar (örneğin uçak gemileri, kutup üsleri) için çok değerlidir.

İleri Üretim Teknolojileri ve Sürdürülebilirliğe Etkileri

Havacılık sektöründe ileri üretim teknolojileri, metal tozlarının katmanlı üretim süreçleriyle birleşerek geleneksel imalatın sınırlarını aşmasını sağlamıştır. Bu teknolojilerin sürdürülebilirlik üzerinde çeşitli etkileri bulunur:

• Katmanlı İmalat (Additive Manufacturing, AM): Genel olarak 3B metal baskı olarak bilinen bu teknoloji, dijital bir modeli katman katman inşa ederek somut parçaya dönüştürür. Havacılıkta en yaygın kullanılan metal AM teknikleri Toz Yatak Füzyonu yöntemleridir:

  • Lazer Sinterleme/Ergitme (SLS/SLM/DMLS): İnce bir toz yatağı üzerinde yüksek güçlü lazer ile seçici ergitme yapılır. Her katmanda istenen bölgeler lazerle ergitilerek birleştirilir, sonra yeni toz serilip süreç tekrarlanır. Bu yöntemle titanyum, alüminyum, nikel süperalaşımları, paslanmaz çelik gibi birçok malzeme basılabilir. Direkt Metal Lazer Sinterleme (DMLS) terimi EOS firması tarafından kullanılırken, Seçici Lazer Ergitme (SLM) genel kullanımdadır; ikisi de esasen tam ergitme sürecidir. Lazer tabanlı süreçler, ~20-60 mikron katman kalınlıklarında yüksek hassasiyetli parçalar üretebilir. Sürdürülebilirlik bağlamında, lazerli sistemler elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştürerek ergitme yapar ve genellikle argon gibi koruyucu gaz atmosfere ihtiyaç duyar. Bu süreçlerin enerji yoğunluğu parça başına yüksek olabilir, ancak aynı anda çok karmaşık bir parçayı tek seferde üretebilmesi, alternatif imalat yöntemleriyle kıyaslandığında toplam enerji ve atık dengesini olumlu etkileyebilir. Örneğin, birden fazla parçanın tek bir entegre parçada yazdırılması (parça konsolidasyonu) sayesinde montaj aşamalarını ve bunların ihtiyaç duyduğu enerjiyi ortadan kaldırır. Lazerli sistemler artık çoklu lazer konfigürasyonlarıyla (örn. aynı anda 4 veya daha fazla lazer) donatılmaktadır; bu da üretim hızını arttırarak enerji tüketimini birim parça bazında düşürmeye yardımcı olur. Yeni geliştirilen alaşımlar (Scalmalloy gibi) bu sistemlerde başarıyla basılabilmekte ve yüksek mukavemetli hafif parçalar üretilmesini sağlamaktadır. Ayrıca lazer bazlı AM’de toz yeniden kullanımı yaygındır; bir üretimden artan toz elenip özellikleri kontrol edilerek sonraki üretimde tekrar kullanılır. Bu döngü, toz israfını minimuma indirir. Yapılan çalışmalar, yüksek kaliteli tozun en az 10-15 döngü rahatlıkla kullanılabileceğini, hatta 21 döngü sonunda dahi Ti-6Al-4V parçaların mekanik özelliklerinde bir bozulma görülmediğini göstermektedir. Böylece, lazerli AM süreçleri malzeme döngüselliğini destekler.

  • Elektron Işını Ergitme (EBM): Bu yöntemde enerji kaynağı olarak bir elektron demeti kullanılır. Elektron demeti, vakum altında çalıştığı için reaktif metallerin (Ti, Al) baskısında avantajlıdır ve aynı zamanda lazerden daha yüksek enerji yoğunluğu sağladığından daha büyük katman kalınlıklarında (70-200 mikron) çalışabilir. EBM ile genellikle titanyum alaşımları (Ti-6Al-4V, TiAl intermetalikleri gibi) havacılık ve uzay için üretilir. Örneğin, GE’nin bir yan kuruluşu olan Arcam firmasının EBM makineleri, uçak motoru blisk’leri ve implantlar üretmekte kullanılmıştır. Sürdürülebilirlik açısından, EBM’in vakum ortamında çalışması argon gibi gaz ihtiyacını ortadan kaldırır; ancak vakum pompaları ve elektron tabancası ciddi elektrik tüketir. Pozitif yönü, EBM çıktılarının gerilim gidermesi için genelde daha az ısıl işlem gerektirmesi ve parçaların zaten yüksek sıcaklıkta (yaklaşık 700-1000°C toz yatağı sıcaklığı) üretildiği için iç gerilmelerin düşük olmasıdır. Bu da ek işlem adımlarını azaltır. Toz geri kazanımı EBM’de de yüksektir: Kullanılmayan tozun %95-98’i yeniden kullanılabilir. Bu oranın pratikte gerçekleşebilmesi için oksijen kontrolü ve tane boyutu dağılımının izlenmesi şarttır. EBM ile üretilen parçalar (mesela uydular için anten tutucular veya uçak motoru parçaları) hafifleme ve performans getirisi sağladığından, operasyonel olarak yakıt/enerji tasarrufuna katkıda bulunur.

  • Doğrudan Enerji Deposu (DED) – Lazer/Elektron/Ark:* Bu tekniklerde, toz veya tel formdaki metal, bir lazer veya ark ile eriyik havuza beslenir ve parça bu şekilde oluşturulur. Uçak motor onarımlarında kullanılan Lazer Eklemeli İmalat (LMD) veya Soğuk sprey bu sınıfa girer. Sürdürülebilirlik açısından, DED yöntemleri genelde daha hızlı biriktirme yapar fakat daha düşük hassasiyetlidir; bu nedenle büyük parçaların ön-şekillendirilmesi ve ardından hafif talaşlı işlem ile bitirilmesi şeklinde hibrit yaklaşımlar kullanılır. Bu yöntemler özellikle onarım ve özellik artırma kaplamalarında önemlidir: Ömrü dolan bir parça, DED ile kaplanarak veya eksik kısmı yeniden basılarak kurtarılabilir, böylece yeni parça yapımına gerek kalmaz. Örneğin, bir iniş takımı aksının aşınmış yüzeyine Inconel 718 tozu ile lazer kaplama yapmak, onu yenisiyle değiştirmekten çok daha az malzeme ve enerji harcar.

Eklemeli imalatın sürdürülebilirliğe katkıları genel hatlarıyla şunlardır:

• Malzeme Verimliliği: Yukarıda belirtildiği gibi, net şekle yakın üretim ile hammadde israfı minimumdur. Tipik bir örnek, Airbus Helicopters’in açıkladığı üzere geleneksel yöntemle üretimde bir metal parçaya göre 10 kat fazla hammadde gerekebilirken, 3B baskıda yaklaşık 1.5 kat hammadde yeterli olabilmektedir. Bu dramatik fark, yüksek maliyetli havacılık alaşımlarının etkin kullanımını sağlar ve maden çıkarma ile ilgili çevresel yükleri azaltır.

• Ürün Yaşam Döngüsü ve Kullanım Aşaması Kazanımları: AM ile daha hafif, daha entegre ve optimize tasarımlar, uçakların ve motorların kullanım aşamasında yakıt tüketimini azaltır. Örneğin, yakıt memesi örneğinde parça ağırlığının %25 azaltılması motorun yıllık binlerce litre yakıt tasarrufuna gitmesi demektir. Bir başka etki, yakıt verimliliği daha yüksek motorlar sayesinde (CFM LEAP motorları geleneksel CFM56’ya göre %15 daha verimli yakıt yakıyor) sektör genelinde milyonlarca ton CO₂ salımının önüne geçilmesidir. Ayrıca parça konsolidasyonu ile, önceden 20 farklı parçanın üretimi, nakliyesi, stoklanması, montajı gerekirken şimdi tek bir parça bu işi görüyor. Bu, her bir alt parçanın üretim ve lojistik ayak izini ortadan kaldırdığı için çarpan etkisiyle sürdürülebilirlik getirir.

• Tedarik Zinciri Basitleştirmesi ve Yerelleşme: Metal 3B baskı, karmaşık bir montajı tek parçada üretebildiği için tedarik zincirini basitleştirir. Önceden farklı uzmanlık gerektiren bileşenler farklı tedarikçilerden alınıp birleştirilirken, şimdi üretici firma bünyesinde tek seferde üretilebilir. Örneğin, eskiden 5 tedarikçiden alınan parçalarla oluşturulan bir modül, şimdi dahili olarak 3B basılabilir. Bu durum, tedarik risklerini azaltır, nakliye süreçlerini kısaltır (ve emisyonlarını düşürür) ve stok yönetimini kolaylaştırır. Yerinde üretim konsepti, uçak bakımının yapıldığı veya uçakların üretildiği yerlerde 3B yazıcılarla anında parça basmayı mümkün kılarak coğrafi olarak dağıtık bir üretim ağı oluşturabilir. Bu da merkezi büyük fabrikalara bağımlılığı azaltarak daha esnek ve dayanıklı bir tedarik zinciri yaratır.

• Geri Dönüştürülebilirlik ve Toz Dönüşümü: AM sürecinde atık olarak kalan tozların büyük kısmı tekrar kullanılabildiği için, malzeme döngüsü daha kapalı hale gelir. Ayrıca, kullanım ömrü biten 3B baskı parçalar yeniden ergitilip toz yapılabilir. Özellikle titanyum gibi değerli malzemelerde, 6K Additive örneğinde olduğu gibi, hurdaların vakum ergitme toz proseslerine sokulması hem ekonomik hem çevresel kazanım sağlar.

Öte yandan, eklemeli imalatın zorlukları da vardır: Yüksek enerji tüketimi, makine ekipmanının üretimi (yani makinenin kendi karbon ayak izi), süreç içi emisyonlar (örn. toz kaçışı, ozon oluşumu) ve sonrasında gerekli ısıl işlemler gibi adımlar göz önüne alınmalıdır. Bir çalışmada, AM süreçlerinin kg başına CO₂ emisyonunun, döküm/dövme gibi işlemlerden yüksek olduğu, fakat bunun basit kg-başına karşılaştırmasının yanıltıcı olabileceği, çünkü AM ile daha az malzeme kullanılıp daha hafif ürünler elde edildiğinde toplam sistemin daha sürdürülebilir olabileceği vurgulanmıştır​

. Bu nedenle, ileri imalat teknolojilerinin değerlendirilmesinde sistem seviyesinde yaşam döngüsü düşüncesi önem kazanır. Örneğin, bir uçak parçasının üretim esnasında fazla enerji harcaması, eğer uçağın kullanım ömrü boyunca çok daha büyük enerji tasarrufu sağlıyorsa net pozitif etki yapacaktır.

Avantajlar ve Zorluklar: Eklemeli İmalat vs. Geleneksel Yöntemler

Avantajlar:

• Malzeme Tasarrufu ve Atık Azaltma: Eklemeli imalat (AM), hammaddenin büyük bölümünü nihai ürüne dönüştürür. Geleneksel döküm ve dövme süreçlerinde, özellikle sonrasında yapılan talaşlı işlemlerde, malzemenin önemli kısmı talaş/hurda olur. Örneğin, hassas bir uçak parçası dövme sonrası %80 oranında işlenerek talaş haline gelebilir. AM ile doğrudan nihai geometriye yakın üretim sayesinde bu israf büyük ölçüde önlenir. Ayrıca ortaya çıkan az miktardaki atık toz da yeniden kullanılabilir. Bu verimlilik, malzeme maliyetini düşürür ve kritik metallerin ömrünü uzatır (daha az maden çıkarma ihtiyacı).

• Tasarım Özgürlüğü ve Performans Artışı: AM, geometrik karmaşıklığı neredeyse bedavaya getirir – yani kompleks yapıların üretimi ek bir maliyet getirmez. Bu, mühendislerin topoloji optimizasyonu, iç kanal tasarımı, metamateryal kafes yapılar gibi geleneksel yöntemle imkânsız veya çok zor olan tasarımları uygulamasını sağlar. Sonuç olarak parçalar daha hafif, daha verimli ve entegre hale gelir. Performansı artan sistemler (daha hafif uçak, daha serin motor vb.), daha az kaynak tüketir. Örneğin, tek parça basılmış bir uydu braketi, hem kütlesini azalttığı hem de montaj noktalarını ortadan kaldırdığı için fırlatmada yakıt tasarrufu ve yapısal güvenilirlik sağlar.

• Parça Konsolidasyonu ve Tedarik Kolaylığı: AM ile birden fazla parçanın işlevi tek bir parçada toplanabilir (parça konsolidasyonu). GE’nin yakıt memesinde 20 parça -> 1 parça örneğinde olduğu gibi, bu hem üretimde montajı ortadan kaldırır (insan saatini ve hataları azaltır) hem de tedarik zincirinde farklı parçalar için gereken lojistiği elimine eder. Bu konsolidasyon, özellikle karmaşık sistemlerin üretiminde devrimsel kolaylık sağlar; gelenekselde farklı teknolojiler (döküm, kaynak, işleme) gerektiren alt parçalar tek seferde üretilebilir. Lojistik açıdan, yedek parça yönetiminde esneklik sunarak talep üzerine üretim modelini destekler.

• Daha Kısa Üretim Süreleri ve Hızlı İterasyon: Prototip geliştirmede AM rakipsiz bir hız sunar. Kalıp yapımı, takım tezgahı ayarı gibi zaman alan adımlar olmadığından, bir tasarım dijital olarak değiştirildikten birkaç saat/gün sonra elde tutulabilir. Bu, havacılıkta yeni parçaların geliştirme döngülerini kısaltır. Örneğin, yeni bir motor komponenti konsepti, 3B baskıyla hızlıca test edilip iteratif olarak mükemmelleştirilebilir. Bu da yenilikçi tasarımların pazara daha hızlı girmesini sağlar. Sürdürülebilirlik bakışından, hızlı iterasyon daha az kaynak harcayarak optimizasyon yapmayı mümkün kılar (deneme-yanılma sürecinde malzeme/enerji israfı azalır).

• Yerinde Üretim ve Envanter Azaltma: Yukarıda da değinildiği gibi, AM makineleri üretimi merkezi dev fabrikalardan dağıtık yapıya kaydırabilir. Bu sayede uzak bir bakım tesisinde ihtiyaç duyulan bir parça, dünyanın öbür ucundan uçakla getirilmek yerine orada basılabilir. Bu lojistik hareketliliği ve karbon salımını ciddi azaltır. Envanter tutma ihtiyacı da düştüğünden, “üret-çekme” modeli yerine “çek-üret” modeli gelir; yani sadece ihtiyaç olduğunda üretim. Bu da boşa üretilip rafta beklerken eskimeye girecek parçaları engeller, gereksiz üretimi önler.

Zorluklar:

• Yüksek Başlangıç Maliyetleri: AM ekipmanları (endüstriyel metal yazıcılar) ve kalite kontrol cihazları oldukça pahalıdır. Ayrıca süreç geliştirme, parametre optimizasyonu ve personel eğitimi de önemli yatırımlar gerektirir. Geleneksel dökümhane veya dövmehane süreçlerine kıyasla, AM’e geçişte ilk yatırım maliyeti yüksek olabilir. Bununla birlikte, havacılık sektöründe parça başı değer yüksek olduğundan, uzun vadede AM genellikle kendini amorti edebilir.

• Üretim Hızı ve Miktarı: AM, karmaşık tekil parçalar için çok avantajlı olsa da, basit ve yüksek hacimli üretimlerde geleneksele göre yavaş kalabilir. Bir lazer PBF makinesinde tek seferde sınırlı sayıda parça üretilebilir ve saatlik biriktirme hızı sınırlıdır (toz yatağı boyutu ve lazer gücüyle kısıtlı). Oysa döküm ile bir kalıpta birden çok parça üretmek veya dövme ile birkaç saniyede bir parça basmak mümkündür. Bu nedenle, ticari uçaklar gibi binlerce aynı parçaya ihtiyaç duyulan üretimlerde, AM şu an için tamamlayıcı rol oynuyor. Ancak bu alanda ilerlemeler var: Örneğin çok lazerli büyük makineler ve Binder Jetting gibi daha seri üretime uygun AM teknikleri gelişiyor.

• Kalite Tutarlılığı ve Sertifikasyon: Havacılık gibi emniyet kritik sektörlerde, üretilen parçanın her birinin belirli bir kalite standardını tutturması zorunludur. AM süreçleri karmaşık çok değişkenli süreçler olduğu için, değişkenlerin kontrolü ve parçadan parçaya tutarlılık sağlanması büyük mühendislik çabası gerektirir. Gözeneklilik, iç kusurlar, yüzey pürüzlülüğü, kalıntı gerilmeler gibi faktörlerin kontrolü şarttır. Bu nedenle AM parçalarının NDT (tahribatsız test) ile muayenesi, makine sensör verileriyle in-situ izleme, ardından gerekirse ısıl işlem ve yüzey işleme adımları gerekir. Tüm bu süreçler ek enerji ve kaynak kullanımı anlamına gelebilir. Ayrıca, havacılık otoriteleri (FAA, EASA) nezdinde her yeni parça için uzun test ve onay süreçleri vardır. Geleneksel yöntemler onlarca yıldır kullanıldığından, veri tabanı ve tecrübe zengindir; AM için ise yeni standartlar ve yapısal bütünlük ispatları gerekmektedir. Bu da zaman alıcı ve maliyetli olabilmektedir. Ancak son yıllarda giderek daha fazla AM parçası sertifikasyon almaktadır (örneğin GE’nin yakıt memesinin FAA sertifikasyonu, Airbus’ın basılı braketi, Boeing’in kabin içi parçaları gibi).

• Hammadde ve Tedarik Kısıtları: Toz malzemelerinin tedariki, hem maliyet hem de lojistik açıdan sınırlayıcı olabilir. Havacılık sınıfı tozlar, özel üretim partileri olduğundan pahalıdır; ayrıca bazı bölgelerde gümrük ve ihracat kısıtlamalarına tabi olabilir (özellikle titanyum, nikel, kobalt gibi stratejik malzemeler). Örneğin, Çin 2023’te tungsten ve diğer bazı kritik minerallerin ihracatına kısıtlamalar getirmiştir, bu da tungsten alaşımlı tozların fiyat ve bulunurluğunu etkileyebilir. Aynı şekilde Rusya-Ukrayna gerilimi, titanyum sünger arzını etkilemiş ve toz fiyatlarına yansımıştır. Bu tür dalgalanmalar, eklemeli imalatın ölçeklenmesini engelleyebilir veya beklenmedik maliyet artışlarına yol açabilir.

• Enerji Tüketimi: Birden fazla kez değinildiği gibi, AM makineleri birim parça için yüksek enerji harcayabilir (lazer, ısıtma, vakum, bilgisayar kontrol vs.). Eğer bu enerji fosil kaynaklı elektrikten geliyorsa karbon ayak izi yüksek olabilir. Ancak yenilenebilir enerjinin sanayide kullanımının artmasıyla, bu etki azaltılabilir. Mesela, toz üreticisi Sandvik, Osprey toz üretim tesislerinde %100 yeşil enerji kullanarak, toz üretiminin karbon ayak izini ciddi anlamda düşürmüştür. Benzer şekilde, üretim merkezlerinin temiz enerji ile beslenmesi veya yerinde güneş/ruzgar enerjisi yatırımları, AM’in enerji handikapını çözebilir.

• Toz Güvenliği ve Sağlık: İnce metal tozları ile çalışmak, iş sağlığı ve güvenliği açısından riskler içerir. Patlayıcı toz bulutu riski (özellikle alüminyum, titanyum gibi reaktif tozlar için), solunumla akciğerlere zarar verme potansiyeli, cilt temasında alerjik reaksiyonlar gibi konular, dikkatli yönetilmezse sürdürülebilirliğin sosyal boyutunda sorun oluşturur. Bu nedenle, üretim tesislerinde iyi havalandırma, toz toplama sistemleri, inert gaz yangın söndürme düzenekleri ve personel için koruyucu ekipman zorunludur. Sürdürülebilir bir üretim ancak çalışanların güvenliği de garanti altına alınırsa tam anlamıyla sağlanmış olur.

Pazar ve Trendler: Metal Tozları Sektöründe Sürdürülebilirlik ve Gelecek

Küresel Pazar Büyüklüğü: Metal tozları pazarı, hem geleneksel toz metalurjisi uygulamalarındaki büyüme hem de eklemeli imalatın hızla yaygınlaşması sayesinde ciddi bir büyüme trendindedir. 2024 itibarıyla küresel metal tozu pazarı yaklaşık 6-8 milyar ABD doları bandındadır. Öngörüler, 2030 yılına kadar pazarın 10-13 milyar doları aşacağı yönündedir. Yıllık bileşik büyüme oranı (CAGR) %5-8 aralığında tahmin edilmektedir. Özellikle eklemeli imalat için metal tozları segmenti daha da hızlı büyümektedir: 2023’te ~1.1 milyar $ olan bu alt pazarın, 2030’da ~2.0 milyar $’ı geçeceği ve ~%9 CAGR ile büyüyeceği öngörülmüştür​

. Bu büyümenin itici güçleri arasında havacılık, medikal, otomotiv ve enerji sektörlerindeki uygulamaların artması vardır.

Sektördeki Büyük Oyuncular: Havacılık sektöründe metal tozu kullanımına dair ekosistemde birçok paydaş bulunur:

• Uçak ve Motor Üreticileri: Boeing, Airbus, Lockheed Martin, Northrop Grumman, GE Aerospace, Rolls-Royce, Safran, Pratt & Whitney gibi firmalar, metal tozlarından üretilen parçalara giderek daha fazla yer vermektedir. Bu firmalar kendi bünyelerinde AR-GE merkezleri kurarak eklemeli imalatı süreçlerine entegre etmektedir. Örneğin, GE, Alabama Auburn tesisinde yakıt memelerini seri üretebilmek için 40’tan fazla metal yazıcıdan oluşan bir üretim hattı kurmuştur. Airbus, Almanya Donauwörth’de 3D baskı merkezi açarak helikopter parçaları üretimine başlamıştır. Rolls-Royce, büyük ölçekli motor parçalarını (ör. Trent motorları için kompresör kapakları) 3B baskı ile üretmek üzere çalışmalar yürütmektedir. Bu büyük OEM’ler, aynı zamanda tedarik zincirindeki toz tedarikçileriyle de yakın işbirliği içindedir. Örneğin Boeing, Titomic gibi şirketlerle sürdürülebilir titanyum tozu ve soğuk sprey teknikleri üzerine ortak projeler geliştirmiştir.

• Toz Üreticileri: Havacılık kalitesinde toz üretimi konusunda lider firmalar arasında Carpenter Technology (Carpenter Additive), ATI Metals, Praxis/Hoeganaes, Sandvik Osprey, GKN Additive, EOS (metallurgy), TRUMPF (toz işinde de var), AP&C (GE Additive’ın bir parçası), Tekna, 6K Additive, Höganäs gibi şirketler sayılabilir. Bu üreticiler, sürdürülebilirlik trendine uyum sağlamak için ham madde temininde geri dönüşüme yönelme, üretimde yenilenebilir enerji kullanımı, toz geri kazanım teknolojileri ve yeni alaşım geliştirme (daha hafif veya daha az kritik element kullanan) konularına yatırım yapmaktadır. Örneğin, 6K Additive’in mikrodalga plazma teknolojisiyle atık malzemeleri yüksek kaliteli tozlara dönüştürme yeteneği, hem ekonomik avantaj hem de atık azaltımı sağlamaktadır. Yine Sandvik, Osprey toz portföyüne geri dönüştürülmüş içerik ekleyerek ve karbon nötr üretim hedefleyerek pazarda fark yaratmaktadır.

• Teknoloji Sağlayıcıları ve Makine Üreticileri: Metal AM makinesi üreten ve proses geliştiren şirketler (ör. EOS, SLM Solutions, 3D Systems, Stratasys (Desktop Metal ile birleşti), GE Additive, Trumpf, DMG Mori, Renishaw, Velo3D, Farsoon, Eplus3D) da sürdürülebilirlik trendlerini şekillendirir. Örneğin, makinelerin daha enerji verimli olması, daha az gaz tüketmesi veya daha yüksek geri dönüşüm oranları sunması için yenilikler yapmaktadırlar. Farsoon ve Velo3D gibi firmalar, ışık hızı ve proses kararlılığını artırarak daha az hata, dolayısıyla daha az yeniden üretim sağlamaya odaklanmaktadır. Ayrıca süreç izleme ve kapalı döngü kontrol sistemleriyle, parçalar üretim sırasında kalite parametrelerini tutturamazsa erken durdurulup hatalı üretimin kaynak israfı önlenmektedir.

Sürdürülebilir Tedarik Zinciri Uygulamaları: Havacılıkta tedarik zinciri, uzun süreli anlaşmalar, yüksek kalite gereksinimleri ve izlenebilirlik ile karakterize olur. Son dönemde bu zincire sürdürülebilirlik kriterleri de eklenmiştir. Örneğin:

• İzlenebilirlik: Hangi toz partisinin hangi parçada kullanıldığı, hammadde kaynağının neresi olduğu gibi bilgiler kayıt altına alınmaktadır. Özellikle kritik mineraller (kobalt, tantal vb.) için çatışma dışı kaynak şartı konur ve sertifikalar istenir. Böylece çevresel ve sosyal açıdan sorunlu kaynaklardan (ör. çocuk işçiliği ile çıkan kobalt) uzak durulur.

• Geri Dönüşüm ve Döngüsellik: Büyük üreticiler, tedarikçileriyle hurdaların geri alınması konusunda anlaşmalar yapar. Boeing’in titanyum kesme artıkları için geliştirdiği kapalı döngü sistem buna örnektir: üretim hatlarından çıkan titanyum talaş ve artıklar toz üreticisine geri gönderilip tekrar kullanılır. Bu, tedarikçiye de sürekli hurda kaynağı sağlayarak ekonomik fayda yaratır. Bazı motor üreticileri, kullanımdan kalkan motor parçalarını geri toplayıp malzeme geri dönüşümü yaparken, aynı anda müşteriye indirimli yeni parça satma modeli uygulamaktadır (ör. Rolls-Royce’un eski kanatçıkları geri alması gibi).

• Yeşil Lojistik: Parçaların ve malzemelerin taşınmasında karbon ayak izini azaltmak için, havayolu yerine denizyolu tercih edilmesi, akıllı paketleme ile taşınan malzeme hacminin azaltılması, mümkünse yerel tedarikçiden alma gibi uygulamalar benimsenmektedir. Bazı durumlarda, dijital dosyaların iletilip yerinde üretim (yani tozun ve makinenin yerelde bulunup, sadece baskı datasının gönderilmesi) yöntemine geçileceği öngörülmektedir. Airbus ve Boeing gibi şirketler, tedarikçi seçiminde karbon nötr olma taahhüdü veren firmalara pozitif ayrımcılık yapmaya başlamıştır.

• Yenilikçi Malzemeler: Yeni alaşımların geliştirilmesi de bir trenddir. Örneğin, Scalmalloy gibi alüminyum alaşımları veya GRX-810 (NASA’nın geliştirdiği yeni bir 3B baskı süperalaşım) gibi malzemeler, daha hafif veya daha dayanıklı yapılarıyla daha az malzeme kullanımına imkan verir. Yüksek entropy’li alaşımlar gibi araştırma alanları, belki daha az kritik element içeren ama performansı yüksek malzemelere kapı aralayabilir.

Gelecek Öngörüleri:

• Daha Fazla Seri Üretim: Önümüzdeki yıllarda, havacılıkta sadece tek tük parçaların değil, uçak ve motorların bütününde eklemeli imalatın yaygınlaştığını görebiliriz. Bu, metal tozu talebini katlayacaktır. Fakat buna paralel olarak, toz geri dönüşümü de daha kurumsal bir şekilde ele alınacak, belki havacılık sektörü için bir toz geri kazanım standardı oluşturulacaktır (her parçadan arta kalan tozun nasıl değerlendirileceğine dair).

• Bölgesel Kendine Yeterlilik: Özellikle pandemi ve jeopolitik gerginlikler, havacılık malzemelerinde kendi kendine yetmenin önemini ortaya koydu. ABD ve Avrupa, kritik alaşım tozlarında dışa bağımlılığı azaltmaya yönelik yatırımlara hız veriyor. ABD’de Additive Manufacturing Forward gibi girişimlerle, savunma ve havacılık için yerli toz üreticileri destekleniyor. Avrupa Birliği de Kritik Hammaddeler Yasası ile titanyum, nikel, kobalt gibi malzemelerin Avrupa içi geri dönüşümü ve tedarikini arttırma amacı güdüyor. Bu gelişmeler, 2030’lara doğru tedarik zincirinde daha dengeli bir coğrafi dağılım yaratabilir.

• Sürdürülebilirlik Raporlaması ve Karbon Ayak İzi Etiketi: Büyük havacılık şirketleri, ürünlerinin karbon ayak izini hesaplamaya başlamıştır. İleride uçak bileşenlerinin bir çevresel ürün beyanı (EPD) ile gelmesi, örneğin “Bu parça eklemeli imalatla üretildi ve X kg CO₂ tasarrufu sağladı” gibi verilerin izlenmesi beklenebilir. Bu da toz üreticilerini daha temiz üretime yöneltecektir. Hatta metal tozları için “yeşil toz” sertifikaları (örneğin %X geri dönüştürülmüş içerik ve yenilenebilir enerjiyle üretilmiştir gibi) ortaya çıkabilir.

• Regülasyonların Olgunlaşması: Standartlar ve sertifikasyon konuları netleştikçe, üreticiler AM parçalarını sertifiye etmede daha az belirsizlikle karşılaşacak. Bu da üretim onay süreçlerini hızlandıracak, dolayısıyla yeni parçalar daha kolay devreye alınacak. Böylelikle inovasyon döngüsü kısalacak ve sürdürülebilir teknolojiler hızlı yayılacak.

Regülasyonlar, Standartlar ve Kalite Kontrol

Havacılık endüstrisinde güvenlik ve güvenilirlik en üst düzeyde tutulduğundan, kullanılan malzemeler ve üretim süreçleri sıkı regülasyonlar ve standartlar ile kontrol edilir. Metal tozları ve eklemeli imalat süreçleri de bu kapsamda özel dikkat gerektirir:

• Uluslararası Standartlar (ISO/ASTM): Son yıllarda ISO (International Organization for Standardization) ve ASTM International, metal tozları ve eklemeli imalat konusunda ortak standartlar yayınlamıştır. Örneğin ISO/ASTM 52907:2019, katmanlı imalatta kullanılan metal tozlarının karakterizasyonu için yöntemleri ve teknik özellikleri tanımlar. Bu standart; tozların kimyasal bileşimi, tane boyut dağılımı, morfolojisi (şekil ve yüzey özellikleri), akışkanlık, gevşek yoğunluk gibi parametrelerin nasıl ölçülüp raporlanacağını belirler. Böylece, havacılıkta kullanılacak tozların belgelendirilmesi ve izlenebilirliği sağlanır. Ayrıca AMS (Aerospace Material Specifications) adı verilen havacılığa özgü standartlar da (SAE tarafından yayımlanır) tozların ve additif süreçlerin spesifik gerekliliklerini içerebilir. Örneğin belirli bir titanyum tozunun oksijen ve azot limitleri, nem içeriği gibi hususlar bu dokümanlarda belirtilir.

• Kalite Kontrol Süreçleri: Havacılık için tozdan parça üretiminde kaliteyi güvenceye almak üzere Nadcap gibi özel endüstri akreditasyon programları devreye girmiştir. Nadcap (Performance Review Institute tarafından yönetilen bir program), havacılık sanayinde özel işlemler için tedarikçileri akredite eder. 2010’larda Nadcap, Additive Manufacturing için de bir denetim programı başlatmıştır. Bu program kapsamında toz üreticileri ve parça üreticileri, proses kontrolü, operatör eğitimi, ekipman kalibrasyonu, izlenebilirlik ve test protokolleri açısından denetlenerek onaylanır. Havacılık firmaları genelde Nadcap onaylı tedarikçilerden malzeme almayı tercih eder.

• FAA ve EASA Düzenlemeleri: ABD Federal Havacılık İdaresi (FAA) ve Avrupa Havacılık Emniyeti Ajansı (EASA), additif üretim için henüz tam kapsamlı yönetmelikler yayınlamasa da, kılavuz materyaller ve duruma özel onaylarla süreci yönetmektedir. Örneğin, FAA Danışma Dökümanı (Advisory Circular) AC 33.15-3, uçak motoru parçalarının toz yatağı füzyon (PBF) yöntemiyle üretilmesi durumunda uygunluk gösterimi için kabul edilebilir yöntemleri tarif eder. Bu döküman, 14 CFR 33.15 yönetmeliğine uyum için, malzeme özellikleri, proses tekrarlanabilirliği, numune testleri ve ömür hesapları gibi konularda kılavuzluk sağlar. FAA ayrıca Parça Üretici Onayı (PMA) kapsamında ilk additif üretilmiş parçaları 2019 itibarıyla sertifiye etmeye başlamıştır. EASA tarafında da benzer şekilde, her yeni uygulama proje bazında değerlendirilip onaylanmaktadır. Regülatörler, henüz AM’e özgü katı kurallar koymaktan ziyade, mevcut kurallar çerçevesinde additif üretimi nasıl güvenli bir şekilde uygulayabileceklerine dair çalışmalar yürütmektedir. Bu kapsamda, süreç kalifikasyonu (yani bir yazıcıda belirli parametrelerle üretim yapıldığında çıkan parçanın sürekli istenen kaliteyi vermesi) önemli bir kavramdır. Hem FAA hem EASA, üreticilerin süreçlerini bir defaya mahsus kapsamlı şekilde kalifiye etmelerini ve daha sonra o sınırlar içinde kaldıkça her parça için ayrı ayrı tüm testlerin tekrarını gerek olmamasını hedeflemektedir.

• Malzeme Sertifikasyonu ve Test Standartları: ASTM F42 komitesi ve ISO TC261 teknik komitesi, additif imalat malzemelerinin test standartlarını yayınlamıştır. Örneğin, ASTM F3301 standardı, additif üretilmiş malzemelerin mekanik testlerine dair bir rehber sunar. Havacılık şirketleri de kendi iç malzeme spesifikasyonlarını oluşturur: Örneğin, Boeing’nin BAC ve Airbus’ın IPS doküman serilerinde, 3B basılmış titanyum parçaların hangi testlerden geçeceği, tozun nasıl saklanacağı, parça üzerinde hangi NDI (NDT) yöntemlerinin uygulanacağı gibi detaylar bulunur. Çalışma ortamı standardı olarak da, iş yerinde toz konsantrasyonu, filtrasyon, operatör eğitimi gibi konular OSHA veya yerel iş güvenliği kurumlarınca düzenlenir.

• Sürdürülebilirlik ile İlgili Regülasyonlar: Havacılık sektöründe dolaylı olarak sürdürülebilirliği etkileyen regülasyonlar mevcuttur. Örneğin, REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) yönetmeliği kapsamında, Avrupa’da belirli tehlikeli maddelerin kullanımı kısıtlanmıştır. Bu, kaplama işlemlerinde kullanılan bazı kimyasalların veya toz üretiminde eski usul kullanılan zararlı maddelerin artık yasak olması anlamına gelebilir. Benzer şekilde, atık yönetmelikleri toz üreticilerini atık toz ve yan ürünleri çevreye zarar vermeden bertaraf etmeye zorlar ki birçok şirket bunu geri dönüşümle çözüyor. Emisyon Ticaret Sistemleri ve karbon vergileri, özellikle AB’de, enerji yoğun üretim yapan şirketlere ek maliyet getirebileceğinden, toz üreticileri karbon ayak izlerini azaltmaya çalışıyor. Hatta bazı havacılık müşterileri, tedarikçilerinden karbon ayak izi verilerini raporlamalarını ve azaltım planlarını göstermelerini talep etmeye başladı.

• Standardizasyonun Gelişimi: Additif imalatın yaygınlaşmasıyla, yeni standart ihtiyaçları da ortaya çıkıyor. Örneğin, toz yeniden kullanım ömrü için henüz net bir standart yok; ancak büyük ihtimalle gelecekte “bir toz partisi en fazla şu kadar kez yeniden kullanılabilir, arada şu testler yapılmalıdır” gibi kılavuzlar çıkacak. Benzer şekilde, makineler arası kalite farklılıkları konusu var: Aynı malzeme ve parametrede de olsa farklı üreticinin makinesi farklı sonuç verebiliyor. Bunu dengelemek adına, standart test parçaları ve karşılaştırma metotları geliştirilmekte. Dijital ikiz ve veri standardı da önemli; üretim esnasındaki sensör verilerinin kayıt formatları, parça ile beraber arşivlenmesi gibi konular için çalışmalar var (mesela ASTM’nin AM data standardı girişimi).

• İnsan Kaynağı ve Eğitim: Regülasyonların bir parçası olmasa da, standartlar çerçevesinde kalifiye insan unsuru kritik. Havacılık için kaynak mühendisleri, tahribatsız muayene operatörleri gibi roller sertifikalandırılır. Gelecekte belki AM uzmanı mühendislik sertifikaları da görebiliriz, örneğin belirli bir eğitimi alan mühendisin additif imalatlı parça onaylama yetkisi gibi.

Sonuç olarak, havacılıkta metal tozlarının kullanımı hızla artarken, sürdürülebilirlik ve tedarik zinciri boyutları da bu büyümenin merkezine yerleşmiştir. Yeni malzemeler ve üretim yöntemleri, uçakları ve uzay araçlarını daha hafif, daha verimli ve çevre dostu hale getirmektedir. Tüm bunlar gerçekleşirken, kalite ve güvenlik standartlarından ödün verilmemesi için uluslararası iş birliğiyle standartlar ve regülasyonlar geliştirilmektedir. Sürdürülebilir bir havacılık ekosistemi, ancak malzeme tedarikinden üretime, kullanım ömründen geri dönüşüme kadar yaşam döngüsünün her aşamasında yenilikçi ve sorumlu yaklaşım benimsendiğinde mümkün olacaktır. Bu doğrultuda, metal tozları ve eklemeli imalat teknolojileri, havacılığın geleceğinde hem teknolojik ilerlemenin hem de çevresel sorumluluğun anahtar bir kesişim noktasını temsil etmektedir.

Kaynaklar:

1. Martin McMahon, “Sustainability of metal powders used in Additive Manufacturing,” Metal AM Magazine, Spring 2024 – (özet için bkz. MAM Solutions haber yazısı).
2. Mikael Schuisky & Keith Murray röportajı, “Titanium powder for sustainable manufacturing,” Sandvik Group (Home), 2020 – (Additive imalat + titanyumun sürdürülebilirlik avantajları).
3. “Metal powders in Additive Manufacturing: An exploration of sustainable production, usage and recycling,” Metal AM, Vol. 10 No. 1 Spring 2024, Martin McMahon – (sürdürülebilir toz üretimi ve geri dönüşüm üzerine).
4. Corrie Van Sice & Jeremy Faludi, “Comparing Environmental Impacts of Metal Additive Manufacturing to Conventional Manufacturing,” ICED21 Conference Proceedings, 2021 – (AM vs geleneksel imalat LCA karşılaştırması)​
   cambridge.org

   ​

   cambridge.org

   .

5. Haibo Xiao et al., “Life cycle assessment of metal powder production: a Bayesian stochastic Kriging model-based autonomous estimation,” Autonomous Intelligent Systems (DOAJ), 2024 – (Gaz atomizasyonu ile Ti ve Ni tozu üretimi LCA).
6. “The environmental benefits of AM,” Aerospace Manufacturing, 2021 – (AM’in tedarik zinciri ve emisyonlara etkisi, genel bakış).
7. Sam Davies, “6K Additive to help produce aerospace & defence parts in more sustainable way via EARTH project,” TCT Magazine, 13 Aug 2024 – (6K ve RTX iş birliğiyle sürdürülebilir AM projesi).
8. “Water Atomization for 3D Printing Metal Powder – Advantages,” MET3DP, 2023 – (Su atomizasyonunun çevresel avantajları).
9. Tang, Qian, et al., “Effect of Powder Reuse Times on AM of Ti-6Al-4V by EBM,” JOM (TMS Journal), 2015 – (Ti-6Al-4V tozunun 21 kez yeniden kullanım çalışması).
10. “First titanium 3D-printed part installed into serial production aircraft,” Airbus Newsroom, 13 Sep 2017 – (A350 XWB titanyum braketi haberi).
11. “Airbus Helicopters boosts competitiveness with 3D printing,” Airbus Press, 23 Oct 2023 – (Donauwörth 3D baskı merkezi, ağırlık azaltma ve kaynak verimliliği).
12. “Manufacturing Milestone: 30,000 Additive Fuel Nozzles,” GE Aerospace News, 2018 – (LEAP motoru yakıt memesi başarı hikayesi).
13. Laura Griffiths, “APWORKS qualifies Scalmalloy for additive manufacturing on Farsoon FS422M,” TCT Magazine, 8 Nov 2024 – (Scalmalloy ve yüksek mukavemetli alüminyum tozu uygulaması).
14. “Closing the loop on recycled titanium,” Aerospace Manufacturing and Design, 2015 – (Titanyum hurda geri dönüşüm piyasası ve Boeing’in kapalı döngü girişimleri).
15. ISO/ASTM 52907:2019, Additive manufacturing — Feedstock materials — Methods to characterize metal powders, ISO/ASTM International, 2019 – (Toz özellikleri standardı).
16. FAA Advisory Circular AC 33.15-3, “Powder Bed Fusion Additive Manufacturing Process for Aircraft Engine Parts,” 2021 – (Uçak motoru parçalarında PBF AM kullanım kılavuzu).