Porsche 3D yazıcı ile piston üretmeye başladı. 3D yazıcılar ve bu yazıcılarla üretilen parçalar, son yıllarda teknolojik gelişmelerle oldukça ilerleme kaydetti ve otomobil dünyasında kendine yer buldu. Henüz bu kadar yaygın olarak kullanılmaya başlanmadığı dönemlerde plastik parçaları ve aksamları üretirken günümüzde artık metal parçaların üretiminde kullanılabiliyor. Özellikle otomotiv sektöründe üreticilere büyük kolaylık sağlıyor. Metal parçaların üretiminde geleneksel yöntem olan yüksek ateşte dövme ve döküm işlemleri gibi aşamalardan geçirmek, karmaşık parçaların üretimi açısından oldukça zordur. Arabaların her geçen gün daha da mühendislik ve teknolojik olarak ileri seviyelere taşındığı bu dönemde bu tarz parçaların üretimi zaman alıyor.
Bundan dolayı 3D yazıcıların bu tür aksamları üretmek açısından geleneksel yöntemlere göre hem daha hızlı ve hem daha kolay olduğunu söyleyebiliriz. Özellikle Bugatti, Koenigsegg gibi süper araba üreticileri fren kaliperleri ve turboları titanyum malzeme kullanarak 3D yazıcıdan çıkarma çalışmalarına başladı. Porsche da bu gelişmelere seyirci kalmayıp en güçlü otomobillerinden biri olan 911 GT2 RS modeli için 3D yazıcıdan piston üretmeyi deniyor. Mahle firması ile sıfırdan yeni bir piston tasarlayarak oldukça gelişmiş bir teknoloji ve mühendislik ürünü olan, sıradan pistonlara göre daha hafif bir piston çıkarmaya çalışıyorlar. Bu sayede 700 beygir olan GT2 RS modeli 730 beygirlere kadar çıkabilecek. Bu yazımızda Porsche’un 3D yazıcı ile piston üretim aşamasını teknolojik ve mühendislik açısından inceleyip avantajlarını açıklayacağız.
İçindekiler
Piston Nedir?
Pistonlar içten yanmalı motorların kalbidir. Motorun iç bloğunda yer alan krank millerinin ucunda yer alır ve piston boşluğu da denilen yanma odasında konumlanır. Dört zamanlı benzinli ve dizel motorlarda emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz aşamaları sonucu oluşan kimyasal enerjiyi kinetik enerjiye çevirir. Daha uzun bir kullanım ömrü sunması için pistonlar genellikle alüminyumdan yapılır. Ancak üst kısımlarında yer alan piston halkaları çelikten, kromdan veya dökme demirden yapılır. Pistonların bu gibi dayanıklı malzemelerden yapılmasının sebebi yanma ve sürtünme sonucu pistonların ve piston segmanlarının aşınmasıdır. Bu aşınma sonucu pistonların sızdırmazlık özelliklerini kaybetmemeleri için pistonlara oval bir şekil verilmiştir. Ayrıca, pistonların silindirlerde hareket halindeyken aşınmasını azaltmak için pistonlar üretim aşamasında yüksek basınç ve ısıl işleme tabi tutulurlar.
Piston Düzenlerine Göre Motor Sınıfları
Pistonların motor içindeki konumları ve karşılıklı hareket düzenlerine göre çeşitli türleri vardır. Bu, silindir ve piston düzenleri farklı markalar tarafından çeşitli sebeplerle tercih edilmektedir. Farklı piston düzenleri ile motorların da türleri çeşitli isimler almıştır.
1- Sıralı Motorlar
Sıralı motorlar silindirlerin birbiri ardına dizildiği pistonlu motorlara verilen isimdir. Kamyonlarda, binek otomobillerde ve motosikletlerde en yaygın olarak kullanılan motor tipidir. En az iki, en fazla altı pistonlu olurlar ve daha fazla piston motorun dengesini bozacağı için genelde tercih edilmezler. Boksör (boxer) denilen yatay konumda yerleştirilmiş pistonlu motorlara göre daha dengeli bir sürüş sağlar fakat yerçekimi kuvvetine boksör motorlara göre daha fazla maruz kalır.
2- Boksör Motorlar
Pistonları birbirine karşılıklı ve zemine paralel şekilde yerleştirilmiş motor tipidir. Pistonların çalışma şekli bakımından görsel olarak iki boksörün karşılıklı birbirine yumruk atıyor gibi gözükmesinden dolayı bu ismi almıştır. Karl Benz tarafından patent hakkı 1896 yılında alınan bu motorun avantajı virajlarda öne çıkar. Pistonlar araba içinde yere yakın konumlandıkları için araçların ağırlık merkezini aşağı çeker. Bu da sürücülerin uygun viraj çizgisinden çıkmadan virajları almalarını sağlar. Yani yol tutuşunu diğer tip motorlara göre artırır.
3- V Motorlar
Pistonların krank mili üzerinde V şeklinde karşılıklı olarak sıralandığı motor tipidir. Pistonlar aralarında bir açı yapacak şekilde krank mili üzerine yerleştirilir. Bu açı denge problemi yaşanmasın diye 45 ila 60 derece arasında tutulur. Sıralı tip motorlara göre, güç ve hacim oranından daha avantajlı olduğu için tır, kamyon veya yarış arabalarında daha çok tercih edilir. Sıralı motorlara göre pistonlar aynı krank mili üzerinde sıralı olmadığı için çalışırken araçta daha fazla titreme olur.
3D Yazıcıyla Pistonlar Nasıl Üretiliyor?
Pistonlar sıfırdan tasarlanmaya başlarken piston yanma odası denilen üst kısmı, standart pistonların hareket ettiği boşluk yuvarlak olduğu için herhangi bir farklılık arz etmiyor. Başlangıçta bu standart piston yapısını yüzeysel bir optimizasyon işlemine sokuyorlar. Motor çalışırken piston üzerinde oluşan kuvvetleri gösteren, bilgisayar ortamında bir harita çıkarıyorlar. Motorda yanma oluşurken pistonun en çok kuvvete maruz kalan bölgelerini işaretli bir şekilde bilgisayarda analiz ediyorlar ve bu işleme ”Topological Optimization” ismini veriyorlar. Ardından piston üzerinde oluşan kuvvetlerin dağılımını ve şiddetini analiz ettikten sonra bilgisayar ortamında pistona şekil vermeye başlıyorlar. Bu işlem sonucunda biyonik şekil denilen farklı bir şekil verdikleri pistonların yapısı, diğer standart pistonlardan ayrılıyor. Biyonik denilmesinin sebebi ise pistonun anatomik bir yapıya sahip olmasıdır.
Tasarlanan pistonun çok fazla girintisi ve çıkıntısı olan yapısından dolayı geleneksel parça üretim teknikleriyle üretilmesi çok zor olacaktır. Bu sebepten dolayı, Porsche ve Mahle firmaları üç boyutlu yazıcılara yöneldiler. Pistonun üretiminin ilk aşamasında saf alüminyum maddeden oluşan bir toz, 3D yazıcının içinde dolduruluyor ve toz dümdüz hale getiriliyor. Sonrasında lazer ışınlarıyla alüminyum tozlar ısıtılarak tozları kaynaklıyor ve sonra makine ile tekrardan dümdüz hale getirilip tekrar lazer ile ısıtılıyor. Böylelikle oluşacak pistonun yapısı bu işlem tekrar edildikçe katman katman oluşuyor. İşlem sonucunda piston tamamen oluşuyor ve el yordamıyla üstündeki pürüzler gideriliyor.
3D yazıcıdan üretilen ve mekanik olarak hazır hale gelen parçalar motorlara yerleştirilmeden önce tomografi cihazına sokuluyor. Bu testte piston döner bir platform üzerine yerleştirilip en ince detayına kadar mercek altına alınıyor. Bu test sonucunda pistonda fazladan girinti, oyuk, pürüz veya herhangi bir baskı hatasının olup olmadığı tespit edilmeye çalışılıyor. Böylelikle pistonun motorun içinde parçalanıp dağılması ve büyük zararlara yol açılmasının önüne geçiliyor. Bu tomografi testinin ardından ürettikleri pistonları motora takıp yüksek hızlarda ve devirlerde uzun süre boyunca dayanıklılığını test ediyorlar. Bu testler sonucunda pistonlar kullanıma hazır hale geliyor.
Standart Pistonlara Göre Avantajı
Bütün motorsporlarında asıl amaç ağırlığı minimuma indirip arabayı hız açısından daha da ileri taşımaktır. Porsche 3D yazıcı ile piston üreterek bu durumu göz önünde bulundurmuş ve ağırlığını %10 azaltmıştır. Yani her ne kadar pistonlar ağır bir parça olmasa da 3D yazıcı ile üretilen pistonlar standart pistonlara göre %10 daha hafif. Diğer avantajı ise önceden belirttiğimiz gibi biyonik bir yapıya sahip olduğu için pistona su kanalı eklenebiliyor. Böylece yüksek tempoda çalışan motorun sadece blokları değil, aynı zamanda pistonlarının içini de ekstradan soğutabiliyorlar. Bu soğutma kanalı sayesinde iddia ettiklerine göre pistonların 20 derece daha soğuk çalışmasını sağlayabilmişlerdir. Hafiflik ve soğukluk sayesinde ise motor daha yüksek devirlere çıkabiliyor. Sonuç olarak hafiflik ve düşük sıcaklık onlara ek 30 beygir olarak geri dönüyor.
Özetlemek gerekirse Porsche’un 3D yazıcı ile piston üreterek piyasadaki rakiplerine çalım attığını rahatlıkla söyleyebiliriz. Yarış müsabakalarında diğer markalarla büyük bir rekabet içinde olduğunu da göz önünde bulundurursak bu teknolojik gelişme onları daha ileri taşıyacaktır. Standart binek otomobillerde de bu tip bir teknolojiyi görürsek markalar düşük hacimli motorlarla yüksek performans elde ederek arabalarının zararlı gaz salınımını ciddi miktarda azaltabilirler.
