Sabancı Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi (MDBF) Malzeme Bilimi ve Nano Mühendislik Programı Öğretim Üyesi Özge Akbulut’un yürütücülüğünde gerçekleşecek proje TÜBİTAK 2247-A Ulusal Lider Araştırmacılar Programı kapsamında destek almaya hak kazandı.
“Endüstri 4.0’a adapte olmak için ileri seramiklerin ekonomik, hızlı ve sürdürülebilir işlenmesi” başlığını taşıyan proje ile seramik sektöründe karşılaşılan problemlerin önüne geçilmesi ve endüstride %90'ın üzerinde enerji tasarrufunun sağlanması hedefleniyor.
36 ay sürmesi planlanan projede, MDBF Endüstri Mühendisliği Lisans Programı ve Üretim Mühendisliği Yüksek Lisans Programı Öğretim Üyesi Taner Tunç da görev alıyor. Özge Akbulut ve Taner Tunç’un yürütücülüğünde devam eden, European Factory Platform destekli Ceramics 4.0 projesinde, tek bir malzeme özelinde Eylül 2021’de başlanan çalışmalar, alınan TÜBİTAK 2247-A desteği ile farklı ileri seramik malzemelere de taşınacak. Ceramics 4.0’da Sabancı Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Nano mühendislik (MAT) mezunu Aleyna Beste Özhan proje mühendisi olarak görev alıyor. Aynı zamanda MAT doktora öğrencisi Gizem Demir ile MAT lisans öğrencileri Deniz Albayrak, Selin Memikoğlu ve Doğa Koçum da projeye destek veriyor.
Sabancı Üniversitesi'nin patent portfolyosunda bulunan ve seramiklerin sinterlenmiş halde değil de yeşil gövde halindeyken işlenmesini sağlayan teknoloji, çok düşük kuvvetlerle seramiklere son şeklini vermeyi vaat ediyor ve kesici takımların aşınmasını da çok ciddi seviyede azaltıyor. Malzeme yumuşakken gerçekleştirilen talaşlı imalat süreçlerinde, kesme kuvvetleri çok düşük seviyelerde olduğu için düşük enerjili, sürdürülebilir bir imalat süreci tasarlanıyor. Üretim sırasında karşılaşılabilecek hatalarda malzemenin kolaylıkla geri dönüştürülmesine de olanak vererek, seramik endüstrisine %90'ın üzerinde enerji tasarrufu sağlanması planlanıyor. Araştırmacılar, bu proje ile Avrupa Birliği'nin "Yeşil Mütabakatı"nı hayata geçirmek için, yüksek enerji harcayan ve gereksiz kayıplar veren seramik sektöründe, alternatif işleme metotlarına geçişin önemini vurguluyorlar. Hazırladıkları seramik hamurlarının, var olan teknolojilerin ötesinde bir performansı olduğunu ve dolayısıyla Türkiye'nin bu dönüşümde öncü olmasını sağlayacaklarını dile getiren araştırmacılar, sektörel dönüşümü hızlandırmak adına yüksek katma değerli ürünler üzerine çalışan firmaları Sabancı Üniversitesi ile iş birliği yapmaya ve endüstriyel motivasyonlara uygun projeler geliştirmeye davet ediyor.
Seramik Sektörü Hakkında
Seramikler, insanlık tarihinde şekillendirilen ilk malzeme olarak biliniyor; insanlar, ilk örnekleri kilden yaptıkları saklama kapları olmak üzere, seramikleri yaklaşık 30 bin yıldır işliyorlar. Bununla birlikte, günümüzde, seramiklerin son geometriye yakın işlenmesi, metaller ve polimerlerle karşılaştırıldığında çok daha problemli. Seramikler, nano veya mikron boyutlarındaki parçacıkların kalıplanması ve bu parçacıkların yüksek sıcaklıkta (sinterleme) birbirlerine adeta geçirilerek sertleşmesini sağlayan bir yöntemle şekillendiriliyor. Seramik parçaların, tasarımda istenen geometri ve yüzey kalitesine ulaştırılmaları gerektiğinde ise metallerin üzerinde uygulanması kabul görmüş tornalama ve frezeleme gibi talaşlı imalat yöntemleri seramiklere adapte edilmeye çalışılmakta. Sinterlenmiş seramikler çok sert olduğu için, bu tip talaşlı imalat süreçleri sırasında malzemede %15-35 seviyelerinde kayıplar yaşanırken, kullanılan kesici takımların da çok hızlı aşınmaya uğradıkları ve dolayısıyla ömürlerinin kısa oldukları bilinmekte. Hassas tornalama ya da frezeleme süreçleri sırasında kırılan malzemeleri geri dönüştürmek bir hayli masraflı. Sinterleme sırasında harcanan ve malzemenin ıskartaya çıkmasıyla kaybolan enerji de (tipik sinterleme sıcaklıkları 800 ile 1800 °C arasında değişiyor) çok yüksek. Malzemenin bu tahmin edilemez hali, metaller ve polimerlerin yaşadığı Endüstri 4.0 geçişinin, seramiklere uygulanmasında önemli bir engel olarak karışımıza çıkmakta. İleri seramik malzemelerin market değeri 10 milyar doların üzerinde olsa da sektör ‘seramiklerin dijitalleşmesi’, ‘kişiselleştirilmiş üretim’ gibi anahtar kelimelerle tarandığında, banyo ve mutfak karosu üreten şirketlerin çoğunlukta olduğu görülmekte. Özetle, uzay, medikal ve elektronik uygulamalarında öneme sahip bu malzemelerin potansiyelinden tam anlamıyla yararlanılamamakta.