Sensör Teknolojisi’nin Kompozitlerde Kullanımı

Sensör Teknolojisi’nin Kompozitlerde Kullanımı Artan nüfusla doğru orantılı olarak artan talep, üretimin daha da hızlanması gibi öğelerle beraber üretimde hata olma riskini de artırmaktadır. Uzmanlar ise bu hataların önceden öngörülerek önlenmesi, tek tip üretim yapılması ile ilgili çalışmaları sürdürmektedir. Bu noktada ise karşımıza dijital araçlar çıkmaktadır. Özellikle dijitalleşme ile beraber verilerin daha fazla denetlenmesi, daha hızlı iletilmesi sağlanmış, bu da daha hatasız üretim yapılma imkanını yaratmıştır. Kompozit malzemelerden pek çok alanda yararlanılmaktadır. Özellikle bu malzemelerin sağladığı yüksek mukavemet, termal kararlılık, korozyon direnci, hafiflik ve darbe dayanımı gibi özellikler sayesinde kompozit malzemelerin yük taşıyan yapılarda, taşıtlarda kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Özellike uçak, otomobil, insansız hava aracı gibi taşıyıcılarda kullanılması ise kompozit malzemelerin yüksek denetimlerden geçmesini zorunlu kılmıştır. Bu noktada ise araştırmacılar sensörlerden yararlanılabileceğini öngörmüş ve bu konuda araştırmalar yapmaya başlamışlardır. Araştırmaların büyük bir kısmı kürlenme aşamasını izlemeye yoğunlaşmıştır. Sensörlerin; üretim aşamalarını, fiziksel ve termodinamik davranışları, proses koşullarını kontrol etmesi ile kompozit malzemeler daha yaygın bir şekilde üretilebilmektedir. Özellikle kompozit malzemelerin kontrolünde fiber bragg ızgara sistemlerinin sensör uygulamalarının kullanılabildiği gözlemlenmiştir.

Fiber Bragg Izgara Sensörler

Fiber Bragg Izgara sensörler; kompozit malzemelerin içine gömülerek kullanılabilmektedir. Bu sensörler, 9 mikrometreye kadar çekirdeğe (core) ve 125 mikrometrelik kılıf çapına sahip olan tek modlu standart fiber optik kabloların belirli bir bölgesinde çeşitli teknik yöntemler kullanılarak, periyodik kırıcılık indis modülasyonu meydana getirilerek (1mm-10mm uzunluğunda) üretilmektedir. Özellikle yeni nesil uzay ve hava araçlarının uçuş esnasında kontrollerini sağlamak için kullanılmaktadır. Bu kullanım alanının haricinde FBG’ler şehirlerde; zift, beton, asfaltların içine gömülerek de kullanılmaktadır. Aynı zamanda FBG sensörlerden karayolları, köprüler, demiryollarında ayrıca gaz ve petrol boru hatlarında hat boyunca oluşan gerinimleri kontrol etmek ve gerekli görüldüğünde hasarlı bölgeye erken müdahale etmek için de yararlanılmaktadır. Uygulama alanlarını genel hatlarıyla daha da açarsak; yapılarda, rüzgar türbinlerinde, enerji alanlarında, denizcilikte, emniyet ve güvenlik uygulamalarında, medikal alanda, ulaştırmada, laboratuvar testleri ve ölçümlerinde FBG’lerden yararlanılmaktadır. Bu saydığımız alanlar arasında kompozit malzemelerden ise özellike enerji, ulaştırma ve denizcilik alanlarında sıklıkla yararlanılmaktadır. Bu alanlarda FBG’lerin hangi amaçla kullanıldığını aktarmak gerekirse ise örneğin rüzgar türbinlerinde pervanelerin yapısal sağlık izlemesinde, anlık kontrol ve çalışma durumunun gözlenmesinde yararlanılmaktadır.

FBG Kullanımının Avantajları

Bu sensörlerin sağladığı avantajlara bakarsak ise özellikle düşük kurulum maliyeti; küçük boyutlu, esnek, hafif yapıda olması ve yüksek hassasiyetli test sonuçları sağlaması avantajları arasındadır ve bu sensörlerin tercih edilmesinin başlıca sebebidir. Aynı zamanda FBG’ler uzun mesafeler boyunca ölçüm alabilir, farklı fiziksel parametleri aynı anda ölçebilir ve farklı alanlarda uygulanabilir. Diğer avantajları arasında ise; elektromanyetik ve radyofrekans girişiminden etkilenmeme, fiber hat boyunca farklı noktalardan ölçüm alabilme, elektrik kaynağı gerektirmeme ve gerçek zamanlı ölçüm alabilme sayılabilir.

Yeni Sensör Teknolojisi Geliştirildi

Yalnızca FBG değil birçok tipte sensör kompozit uygulamalarında kullanılmakta ve bu konuda araştırmalar yapılmaktadır. Örneğin; İngiltere Ulusal Kompozit Merkezi, Cranfield Üniversitesi ve havacılık mühendisliği uzmanları Meggitt ile bu konuda bir iş birliği gerçekleştirdi. Yapılan iş birliğinin sonucunda ise sıvı reçine prosesi sırasında veri toplamak amacıyla yeni bir sensör teknolojisi geliştirildi. Cranfield Üniversitesi Havacılık, Uzay, Taşımacılık ve Üretim Okulu’nda Kompozit Süreç Bilimi Okutmanı bölümünde öğretim görevlisi Dr. Alex Skordos tarafından dielektrik sensörlere yönelik olarak ilk araştırma gerçekleştirildi. Devamında ise bu araştırma kompozit araştırma merkezinde daha da geliştirilerek denemeler yapıldı ve Meggit tarafından endüstride uygulandı. Bu sensör sistemi, reçine infüzyonunun doğru veriyi yakalamasını sağlıyor ve böylece Reçine Transfer Kalıplama yönteminin dijitalleşmesini sağlıyor. Bu sensörün kullanılması ise üretim sürecini kolaylaştırarak; ilk seferde doğru yaklaşımı elde etmeye, üretim için harcanan zamanı kısaltmaya ve üretim maliyetini düşürmeye katkı sağlıyor. Bu yeni tip sensörler geliştirilirken ayrıntılı bir şekilde denemeler de yapıldı. Yapılan denemeler; 7 Bar ve 180 derecelik havacılık malzemesi işleme koşullarında gerçekleştirildi. Bu koşullarda gerçekleştirilen denemeye göre sensör; preformun içinde akarken reçineyi ve kür ilerlemesini hassas bir şekilde algılayabildi. Aynı zamanda sensörler süreç veya parça kalitesi üzerinde olumsuz bir etki yaratmadı. Yapılan denemelerin başarısını gören Meggit bir projede bu sensörleri kullanmak üzere başvuruda bulundu. Bunun sonucunda da görüşlerini paylaşan mühendisler; sensörlerin sivil havacılık jet motoru hava-yağ ısı eşanjörü için tasarlanmış büyük ölçekli kompozit gövde parçası üzerindeki gösterim sırasında oldukça sağlam ve etkili olduğunu paylaştı. Kompozit malzemelerin geliştirilmesi özellikle uzay ve havacılık alanındaki gelişmeleri de beraberinde getirmektedir. Yapılan araştırmalar ise sensörlerin; kompozit malzemelerin davranışları konusunda sağlıklı veriler sağladığını ve bu noktada da üretim ve bakım sürecini kolaylaştırdığını göstermiştir. Sensörlerin kompozit malzemelerde kullanımının; bakım süresinin kısalması, maliyetlerin düşmesi, daha yüksek güvenirlik gibi faydalar sağladığı da gözlemlenmiştir. Uzmanlar yeni sensörlerin geliştirilmesinin kompozit üretminde daha iyi hedeflere ulaşabilmek için önem arz ettiğini vurgulamaktadır.

Kompozit Malzemeden CO2 Sensörü

Kompozit malzemelerden birçok alanda yararlanıldığı yukarıda vurgulanmıştı. Sensörlerin kompozit malzemelerde kullanımı birçok avantaj getirirken; son yılda yapılan bir çalışma sonucunda ise CO2 sensörü olarak kullanılabilecek yeni bir kompozit materyal üretildi. Bu materyalin ortamdaki karbondioksit yoğunluğuna göre iletkenliği değişiyor. ETH Zurich ve Postdam’daki Kolloid ve Arayüzler Max Planck Enstitüsü’nden malzeme bilimi araştırmacıları, bu materyali sensör olarak kullanmak üzere geliştirdi. Çok küçük ve basit bir yapıda olmasının yanı sıra bu yeni tip; diğer sensörlere göre çok daha az enerji gerektirmektedir. Kompozit malzeme olarak üretilen yeni tip sensör olarak adlandırabileceğimiz materyal; incir türü bir polimer ve akışkan aynı zamanda oda sıcaklığında iletken olan, iyonik likit olarak adlandırılan bir çeşit tuzdan oluşmaktadır. [Poli(iyoniklikit)ler] (PIL) şeklinde isimlendirilen bu malzemelerin bilim insanları tarafından farklı kullanım alanları araştırılmaktadır. PIL’in karbondioksit absorbe eden bir yapısı olduğu bilinmekteydi, bu özelliğinden yola çıkan uzmanlar; havadaki karbondioksit yoğunluğu hakkında bilgi sağlayarak yeni bir gaz sensörü geliştirmek için çalıştı. Bilim insanları; polimerleri, karbondioksitle etkileşime girdiği bilinen belirli inorganik nanopartiküllerle birleştirerek başarıya ulaştılar. Üretilen yeni sensörün yardımıyla; karbondioksit yoğunluğu yeryüzü atmosferindeki 0,04 yüzde hacimden 0,25 yüzde hacime kadar geniş bir yelpazede ölçülebiliyor. Aynı zamanda yeni üretilen sensör çok daha küçük ve taşınabilir olduğu için kullanımında diğer sensörlere göre daha az enerji harcanıyor.     Kaynakça: Compositesworld.com Kompozit Malzemelerde Üretim Süreçlerinin Gözetimi için Fiber Optik Tabanlı Sensör Sistemi Tasarım ve Analizi; Anıl Yılmaz, Osman Kartav, Kıvılcım Yüksel https://inovatifkimyadergisi.com/kompozit-malzemelerde-sensor-teknolojisi https://www.eonphotonics.com/tr-TR/Urun/FBG_TR https://bilimvegelecek.com.tr/index.php/2015/07/01/co2-sensoru-olarak-yeni-bir-kompozit-materyal-2/ https://www.compositesworld.com/articles/sensorsdata-for-next-gen-composites-manufacturing   Hazırlayan: Nilsu Kotil