Arabalar cam pencereli çelik kutular olmaktan çıkabilir. Otomobil imalatçıların aklında bugünlerde hafifletme var. CO2 emisyonları ile ilgili AB yasalarından yola çıkılarak yapılan aerodinamik çalışmalar süredursun, hafifletme CO2 emisyonunu azaltma konusunda en önemli gelişimi kaydettirebilir. Son yüz yıl içerisinde malzeme teknolojisindeki gelişmeler ve bu gelişmelerin havacılık sektöründe ve uzay çalışmalarına hızlı
adaptasyonuna bakılırsa, otomotiv sektörü ilk çıktığında kullanılan malzemeye neden bağlı kalsın?
Gerçi bu konuda istisnalar da yok değil. Jaguar Land Rover 2009’da tamamen Alüminyum gövdeye geçti. Alüminyum, yüksek mukavemet gücüne rağmen çelikten hafif bir malzeme. Ötesinde geri dönüşümü de daha kolay. Her Jaguar XJ’in yarı malzemesi, geri dönüştürülmüş Al’dan yapılıyor ve bu da geri dönüştürülmüş 12,000 içecek teneke kutusuna denk. Geri dönüştürülmüş ve yeni Al arasında kalite açısından bir fark da yok. Aracın %85’i geri dönüştürülebilir malzeme ve bu geri dönüşüm işi yeni Al plaka yapmak için harcanan enerjinin %5’i ile halledilebiliyor.
Yine de yollardaki araçların %99.9’u çelik yoğun. Al ise çelikten daha hafif olduğu için kaza halinde daha az tehlike yaratıyor.
Zira çok daha az kinetik enerji taşıyor ve kaza sırasında emilmesi gereken enerji de daha az oluyor. Öte yandan saç ağırlıklı bir tedarik zinciri üzerine kurulmuş otomotiv sektörünün böyle bir geçiş sürecini gerçekleştirebilmesi için ciddi bir maliyet söz konusu. Yalnızca malzeme değiştirme işi değil, bir araya getirilmesi gereken bilgi birikimi, eğitilmesi gereken çalışanlar, saç üretmekten farklı olan Al alaşım presleme süreci, kaynak işlemlerinin perçinleme ile değişmesi, vs.
Öte yandan çelik endüstrisi de kendini geliştirdi ve geniş bir yelpazede yüksek mukavemetli ürünler üretmeye başladı. Yani otomotiv endüstrisi malzeme değiştirmeden yalnızca daha ince saca geçerek de hafifleme sağlayabilir. Ancak sacı incelttikçe rijiditeden kaybedersiniz. Dolayısıyla bunun da bir limiti var. Yine de pek çok otomotiv üreticisi için isteidkleri özellikleri daha hafif malzeme ile sağlamanın imkanı var.
Maliyetlerin son derece önemli olduğu otomotiv endüstrisi için şu an kullanımda olan saç son derece ucuz bir malzeme. Değişiklikse maliyet artışı demek. Karbon fiber ise alternatifler içinde en pahalı olanı ve yüksek fiyatlı düşük sayıda üretilen araçlarda kullanılıyor. Bu da bu segmentteki araçlarda kullanılan malzemelerle öğrenme sürecini geliştirip, daha geniş tabana hitabeden araçlarda da daha sonra kullanma imkanını getiriyor.
Bir diğer pahalı malzeme ise cam. Son 10 yılda pek çok üreticide yakın bir gelecekte bu malzemenin de değiştirilmesi görüşü hakim olmaya başladı. En umuz vadeden malzeme ise polikarbonat. Daha once CD sektöründe geniş yer bulan sağlam ve transparan polimer, daha hafif, çarpma dayanımı daha yüksek enjeksiyon kalıplama ile şekil verilmesi de daha kolay. Bunun yanında pek çok problem de var ve pazara girişi henüz çok kolay değil. Elbetteki çelik endüstrisinin durmadığı gibi cam endüstrisi de boş durmuyor. Lamine cam, eskiye göre çok daha hafif ve şekild verilebilir durumda ve güçlendirilmesi için de yeni kimyasal yöntemler geliştirildi.
Ön farlarda geniş yer bulan polikarbonat içinse çizilme dayanımının düşüklüğü sorun. Gövdede üst noktalara gelindikçe de bu önemli bir konu. Camın ise çizilme dayanımı çok daha yüksek. Estetik sırlamada ise polikarbonat ciddi ilerleme kaydetti. Panoramik tavanlardaki kullanımı bunun en önemli sonucu.
Kompozit bileşenler yüksek sayıda üretilen araçlarda geniş yer buluyor. Öte yandan dolgu malzemesi olarak cam fiber gibi mineraller ve kendir/kenevire de dikkat çekiliyor. Hurdaya ayrıldığında polimerler yakılabiliyor ve biyomass türevli dolgularda kompozit kısımları da yakmak mümkün. Bu da enerji geri kazanımı demek.
Kendir parçalar Ford, GM, BMW, Honda ve Mercedes gibi markaların araçlarında geniş çapta kullanılıyor. Örneğin Mercedes üretimin nedere olduğuna bağlı olarak kullandığı fiberi değiştiriyor. Almanya’da kendir, kenevir kullanırken Brezilyada hindistancevizi, Güney Afrika’da sisal kullanıyor. Alt panellerde muzdan üretilmiş fiberler bile kullanılıyor. Abaca adı verilen bu fiber Filipinler’de uzun yıllardır halat yapımında kullanılyor ve diğer doğal fiberler kapı ve çatı araları gibi iç aksamlarda kullanılırken otomobillerin dış parçaları için yeterli kalite özelliklerine sahip ilk doğal fiber. Bugün Mercedes’in C segmentindeki araçlarında 20 farklı parça doğal malzemelerden yapılmış kompozitlerden üretiliyor.
Motprsporları yeni malzemelerin denemesi için iyi bir ortam oluşturuyor. Zira ticari araçlardaki kadar yüksek güvenlik şartları söz konusu değil. WMG’nin EcoF3 aracı, görüntüde diğer standart Formula 3 araçlarından şık görünümüyle farklı; bunun ötesinde havuç, patates nişastası ve keten fiberlerinden yapılmış polimerler ve geri dönüştürülmüş ve karbon fiber gövde panellerinde, kaju fıstığı kabuğundan fiberleri fren balatasında, soya filizi yağı köpüğü koltuk panellerinde kullanılmış. Yağlama için bitkisel yağlar, halojensiz kablo kanalı, polycyclic aromalar içermeyen lastikler kullanılıyor ve çikolatatan türetilmiş poli dizel ile çalışıyor. Aracı geliştiren ekip, saatte 145 mil hıza ulaşabildiğini iddia ediyorlar; ancak çikolatadan türetilmiş biodizel yakıtın F3 onaylı yakıtlar listesinde olmaması nedeniyle yarışamıyor. Yine de proje motorsporları için araç tasarımında yenilenebilir malzeme kullanımı için öncü nitelikte.
Hafifleştirme çalışmaları özellikle elektrikli araçlar için çok önemli. Elektrikle çalışan trenlerde bataryaların çok ağır olması sebebiyle ağırlığı mümkün olduğunca düşürmek gerekli. Tasarım kısıtları kaldırılan elektrikli araçlarda üreticiler klasik araç üretme yöntemleri ile bağımlı kalmak zorunda da değil ve üretim yöntemlerine ve malzemelere tamamen yeni bir gözle bakmak mümkün. Mesela ilk elektrikli arabanız çelikten çok nişasta içeriyor olabilir.
Araçların tüm donanımları içinde motor, malzeme değişiminin en az mümkün oldupu kısım gibi gözüküyor; ancak bu konuda da araştırmalar yapılıyor hem de düşünüldüğünden daha da başarılı gidiyor. 1980’lere gidildiğinde, Ford ve Amerikan Polymotor tarafından yürütülen araştırmada Torlon adı verilen polimerden bir motor yapılmıştı. Polyamide-polyimide adı verilen kimyasal bir sistemle üretilen Torlon, PEEK ile aynı grup polimerler içinde. Polyamide-imid’ler, mukavemet ve ısı dayanımı gibi özelliklerini iyileştirmek üzere ısıl yöntemlerden önce enjeksiyon kalıplamaya uygun.
Polymotor’un geliştirdiği ve Ford’un o dönemde 2.3 L’lik modelinde kullanılan motorun gövdesi, rotları ve piston etekleri Torlon; silindir kovanı, yanma odası kafası, yatakları, valfleri nin malzemesi ve krank mili metaldi. Standart bir motor 190 kg gelirkeni bu motorun ağırlığı 70 kg’dı ve 11,000 d/dak’da 318 BG üretebiliyordu. Ancak maliyetler sebebiyle geliştirilemedi.
Amerika motor sporlarında 1980’lerin ortasında iki dönem yarışan plastik motorlarda ise 76 kg’lık motorda polimer motor bloğu, kam kaplaması, zamanlama dişlileri, hava giriş valflerinin parçaları, valf parçaları ve bağlantı rotları polimerdi.
Cinsi değişse de bugünün motorlarında ağırlıklı malzeme metal. Performans motorlarında dökme Alüminyum yaygın olarak kullanılıyor. Magnezyum alaşımları da kullanılıyor. Metal olmayan malzemeler ise hava devri-daim parçaları gibi ısı dayanımının daha az önemli olduğu kısımlarda kullanılabiliyor. Araştırmaların önündeki en önemli sorun ise maliyetlerin yüksekliği
http://www.theengineer.co.uk/sectors/automotive/in-depth/lightening-the-load-new-materials-for-automotive/1012969.article#ixzz1zmkfQKrq9.article#ixzz1zmkaeYkd adaptasyondur.