Üç boyutlu kumaşlar

Üç Boyutlu Örme Yöntemi Üç Boyutlu Dokusuz Yüzey Oluşturma Yöntemi Üç Boyutlu Dokuma Yöntemi

  • Üç boyutlu kumaşlar

    Tekstilde farklı yöntemler vasıtası ile kumaş üretimi mümkün kılınabilmektedir.

    • Dokuma
    • Örme
    • Dokusuz yüzey oluşturma yöntemleri

    İle geleneksel, iki boyutlu kumaşların üretimi sağlanabilmektedir.

    Anizotropik yapıya sahip olan iki boyutlu kumaşlar, yüzey alanı ile kıyaslandığında oldukça düşük bir kalınlık değerine sahiptirler, dolayısıyla kalınlıkları yönünde düşük mekanik performans göstermektedirler.

    Tekstil lifleri ve kumaşlar kompozit malzeme üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Tekstil kompozit malzemeler savunma, medikal, havacılık endüstrisi gibi birçok endüstri dalında uygulama alanı bulmaktadır.

    Tekstil kompozit malzemeler, düşük ağırlıklarına nazaran sahip oldukları yüksek mukavemet değerleri ile metal ve seramik malzemelerden yüksek mekanik davranış göstermektedirler.

    • İki boyutlu kumaşlar ile üretilen kompozit malzemeler, düşük kalınlık değerine sahip oldukları için kalınlıkları doğrultularında düşük mekanik davranış sergilemektedirler.
    • İki boyutlu tekstil kompozit malzemelerinde katlar arası ayrılma olarak ifade edilen delaminasyon problemi meydana gelmektedir.
    • İki boyutlu kompozit malzemelerde gözlenen problemler, üç boyutlu kumaşların üretilmesi için önemli bir neden teşkil etmiştir.
    • Üç boyutlu kumaşlar dokuma, örme, dokusuz yüzey oluşturma ve diyagonal örme yöntemleri gibi tekstil üretim yöntemleri ile elde edilebilmektedir.
    • Üç boyutlu kumaşlar kompozit malzemelerde meydana gelen delaminasyon problemini tamamen ortadan kaldırmaktadır.

    Bunun yanı sıra elde edilmek istenen son ürünün şekline yakın üretimi mümkün kılmaktadır. Böylece üretim maliyetleri ve malzeme telef miktarlarında ciddi bir azalma sağlanmaktadır.

     

    Üç Boyutlu Kumaşların Üretim Yöntemleri

     

    Üç boyutlu kumaşlar dokuma, örme, diyagonal örme, dokusuz yüzey oluşturma ve dikme gibi tekstil üretim yöntemleri ile elde edilebilmektedir.

     

    Üç Boyutlu Örme Yöntemi

     

    Üç boyutlu örme kumaşların üretimi geleneksel, iki boyutlu örme kumaşların üretiminde olduğu gibi atkılı ve çözgülü örme yöntemleri ile elde edilebilmektedir.

    Atkılı örme yöntemi ile istenen son ürüne oldukça yakın şekle sahip, üç boyutlu örme kumaşların üretimi sağlanabilmektedir.

    Üç boyutlu örme kumaşların atkılı örme makinelerinde üretimi;

    Makinelere modifiye ile yataklar ve elektronik donanımlar ile sağlanabilmektedir.

    Üç boyutlu atkılı örme kumaşların bir diğer önemli avantajları ise istendiği takdirde boyuna yönde dolgu ipliklerinin yapı içerisine dâhil edilebilmesidir.

    Atkılı örme yöntemi ile elde edilen bu kumaş türlerinde yaşanan en önemli problem;

    Yapının fazla hacimli ve boşluklu olmasıdır. Birim hacim başına düşen boşluk sayısının fazla olması yapının lif/ hacim oranının düşmesine sebebiyet vermektedir. Bu durum yapının düşük bir mukavemet değerine sahip olmasına neden olmaktadır.

    Çözgülü örme makineleri ile elde edilen üç boyutlu örme kumaşlar, atkılı örme makinelerinde üretilen yapılara nazaran son yıllarda yüksek derecede rağbet görmektedir.

    Çözgülü örme makineleri ile elde edilen üç boyutlu örme kumaşlar;

    İki boyutlu dokuma kumaşlara nazaran yüksek derecede elastisite modülü ve mukavemet değerlerine sahiptir.

    Bu farkın sebebi;

    • Karbon
    • Cam
    • Bazalt vs.

    Gibi yüksek modüllü liflerin çözgülü örme yapıların içerisinde daha az kıvrıma sahip olarak yer almalarıdır. İplik yapısında kıvrımın azalması mukavemette artışa sebebiyet vermektedir. Ayrıca kompozit malzeme üretiminde iki boyutlu dokuma kumaşların yerine bu yapıların tercih edilmesi; kumaş telef miktarının ve üretim maliyetlerinin ciddi derecede azalmasını sağlamaktadır. Aşağıda çözgülü örme yöntemi ile üretilen üç boyutlu örme kumaş gösterilmektedir.

     

    ucdkum1

     

     

    Üç boyutlu çözgülü örme kumaşlar 1980’ li yılların başında üretilmeye, 1990’ lı yıllarda kompozit endüstrisinde kullanılmaya başlanmıştır.

    Bu kumaş türlerinde Üretim maliyetlerinin düşük olması, istenen özellikler doğrultuşunda dizayn edilebilme kabiliyetleri gibi üstün özelliklerinden dolayı;

    • Jeotekstiller
    • Pnömatik sistemler
    • Araba ve uçaklarda bazı parçalarının üretimi
    • Çeşitli vücut kısımları ve yapay damarların üretimi

    Gibi birçok farklı alanda kullanım imkânı bulabilmektedirler.

    Çözgülü örme makinelerinde bu kumaş türlerinin üretimi;

    • Lif tabakalarının istenen doğrultuda yatırılıp, çözgülü örme ilmeği vasıtası ile bu tabakaların bağlanmasıyla sağlanmaktadır.

    Mayer ve Liba firmaları farklı üretim teknikleri ile bu yapıların üretimini mümkün kılmaktadır. Mayer firmasının geliştirdiği sistemde dört farklı lif tabakasının 0˚, +45˚, -45˚, 90˚ yönlerinde yatırılması ve ilmek vasıtası ile bağlanarak üretilmesi sağlanmaktadır. Liba firmasının geliştirdiği yöntemde ise kumaşa dâhil edilen lif tabaka sayısı yedi’ ye çıkabilmektedir. Aşağıda Liba firmasının üretim tekniği görülmektedir. Liba üretim tekniği ayrıca dokusuz kumaşların sisteme dâhil edilebilmesini mümkün kılmaktadır.

     

    ucdkum2

     

    Yapı içerisinde bulunan lif tabakaları;

    İstenen doğrultularda yapıya mukavemet kazandırırken

    Çözgülü örme ilmeği;

    Yapının kalınlık yönünden mukavemetinin artmasını sağlamaktadır.

    Üç boyutlu çözgülü örme makinelerinde ilmek:

    • Zincir
    • Trikot

    Olmak üzere iki farklı şekilde elde edilebilmektedir. İlmek, yapının bütünlüğünü sağlarken mukavemette ve zarar toleransında ciddi derecede artış meydana getirmektedir. Zarar toleransı, malzemenin yapısal bir özelliğidir. Malzemenin, yapısında meydana gelen hasarın, tamir işlemi gerçekleşene kadar malzeme güvenilirliğini belirli sınırlar içerisinde tutabilme kabiliyeti olarak ifade edilebilir.

     

     

    ucdkum3

     

    Üç Boyutlu Dokusuz Yüzey Oluşturma Yöntemi

     

    Üç boyutlu dokusuz yüzeylerde, yapıyı oluşturan iplikler arasında herhangi bir bağlantı bulunmamaktadır. Bu yapılar iğneleme ve dikişle birleştirme yöntemleri ile üretilebilmektedir.

    İğneleme yönteminde iplikler; istenen doğrultularda sisteme yatırılmaktadır fakat bu iplikler arasında herhangi bir bağlantı bulunmamaktadır. Sonrasında iğneler vasıtası ile ipliklerde yer alan elyafın birbiri içerisinden geçerek birleşmeleri ve bir yüzey oluşturmaları sağlanmaktadır. Aşağıda iğneleme yöntemi ile oluşturulan bir yüzey ve üretim yöntemi görsel olarak ifade edilmektedir.

     

    ucdkum4

     

    Dikiş ile yüzey oluşturma yönteminde liflerin ya da ipliklerin oluşturduğu tabakaların dikiş işlemi ile birleştirilmesi sağlanmaktadır. Yapılan bu işlemde dikiş türü, dikiş ipliği çeşidi ve numarası, birim alandaki dikiş yoğunluğu büyük önem arz etmektedir.

    Üç boyutlu dokusuz yüzeylerde dikiş ipliği yoğunluğu 0,4 – 25 dikiş/ cm² arasındadır. Genellikle dikiş ipliği olarak kevlar tercih edilmektedir. Çünkü kevlar diğer liflere nazaran yüksek mukavemet ve esneklik değerlerine sahiptir.

    Dikiş işlemi ile dokusuz yüzeylerin elde edildiği makinelerde dikim kafası bir veya birden fazla olabilmektedir. Makinede bulunan dikim kafa sayısının sınırlı olması, belirli bir yüzey kalınlık değerine kadar dikim işleminin yapılabilmesi, yüzeyin sınırlı bir en değerinde elde edilebilmesi bu makineler için başlıca sorunları teşkil etmektedir.

    Günümüzde sanayi tipi makineler azami 1 m en ve 5 mm yüzey kalınlığı değerlerinde çalışabilmektedir. NASA’ nın bu yapıları elde etmek için kullandığı makine 28 m uzunluğunda olup, 15 m’ de dikim yapabilmekte, 3 m ende ve 40 mm kalınlıktaki yüzeylere dikme işlemi uygulayabilmektedir.

    Üç boyutlu dokusuz yüzeylerin üretimi iki boyutlu dokuma kumaşlara nazaran daha kolay ve ucuzdur. Aynı zamanda bu yapılar ile elde edilen kompozit malzemelerin yorulma ve darbe dayanımı geleneksel dokuma kumaşlara nazaran daha yüksektir.

    Kompleks şekillerde yer alan, kavisli bölgelerin günümüz sanayi makineleri ile dikiminin zor olması bu yapıların önemli bir problemini oluşturmaktadır.

    Dikiş yoğunluğu, iplik türü ve numarası gibi konularda da yeterince çalışma yapılmamıştır. Bu konuların aydınlatılmamış olması kullanımlarının artmamasının bir diğer önemli sebebini oluşturmaktadır. Bu konuda ARGE çalışmalarının yapılması gerekmektedir. Ancak bu ARGE çalışmalarına diğer alanlarda olduğu gibi iki tarafın da haklarını koruyan sağlam bir sözleşme yapılması kaçınılmaz bir gerçektir.

    Üç Boyutlu Diyagonal Örme (Braiding) Yöntemi

    Üç boyutlu diyagonal örme yöntemi, üç boyutlu kumaş üretimi için tarihte kullanılan ilk yöntemdir.

    1960’ li yılların sonlarında;

    • Roket motorunda, metal alaşımlarına nazaran %30- 50 arasında ağırlığın azaltılması amacı ile üretilmiştir.

    Diyagonal örme yöntemi ile elde edilen üç boyutlu kumaşlar;

    • Medikal
    • Uzay
    • Ulaşım

    Gibi birçok farklı alanda kullanım alanı bulabilmektedir.

    Diyagonal örme yöntemi ile son şekle oldukça yakın yapıların üretimi mümkün kılınmaktadır. Bu durum üretim maliyetlerini ve atık iplik, kumaş miktarını ciddi derecede azaltmaktadır. Aşağıda diyagonal örme yöntemi ile üretilmiş üç boyutlu kompozit malzemeler görülmektedir.

     

     

    ucdkum5

     

    Diyagonal örme yöntemi ile elde edilen üç boyutlu yapılarda eksenel ve örücü iplikler olmak üzere iki farklı iplik grubu bulunmaktadır;

    • Eksenel iplikler; mukavemet istenen doğrultuda yapı içerisine dâhil edilirken, iplik bağlantıları örücü iplikler ile sağlanmaktadır. Örücü iplikler mekiklerden sisteme beslenmektedir.
    • Örme sistemi örücü iplik bobinlerinin yer değişim hareketi ile sağlanmaktadır.

    Aşağıda diyagonal örme kumaş, örücü iplik bobinleri ve bobin mekanizmaları görülmektedir.

     

     

    ucdkum6

     

    • Üç boyutlu diyagonal örme kumaşlar köşeli ya da dairesel olarak üretilebilmektedir.
    • Bu yapıların üretimi amaca bağlı olarak dairesel ya da köşeli makinelerde yapılmaktadır.
    • Üç Boyutlu diyagonal örme kumaşlar adım sayılarına göre sınıflandırılmaktadır.

    Makinenin bir devrinde meydana gelen örme işlemi; adımı ifade etmektedir. Üç boyutlu diyagonal örme kumaşlar iki, dört ya da çok adımlı olabilmektedir. İki adımlı diyagonal örme yöntemi 1987 yılında Popper ve McConnell tarafından geliştirilmiştir.

    Aşağıda iki ve dört adımlı diyagonal örme kumaşların birim örgü desenleri gösterilmektedir.

     

     

    ucdkum7

     

    Küçük boyutlu yapıların üç boyutlu diyagonal kumaşlar ile üretimi oldukça ucuz ve kolay bir işlemdir. 100 mm’ nin üzerinde ene sahip kumaşların diyagonal örme yöntemi ile üretilmesinde çeşitli problemler ortaya çıkmaktadır. Çünkü üretilmek istenen ürünün boyutunun artması, makinenin de boyutunun arttırılması gerekliliğini ortaya çıkarmaktadır.

    Bu yapıların uçak üretiminde yaygın bir biçimde kullanılamamalarının en önemli nedeni;

    • Yapıyı üretebilecek olan makinenin boyutundan kaynaklı olarak maliyetin oldukça yüksek ve işlemin zor olmasından doğmaktadır.

    Üç boyutlu diyagonal örme kumaşlarla oluşturulan kompozit malzemelerde elastisite modülü;

    • Örücü ipliklerin oluşturduğu diyagonal açı, iplik numaraları ve örgü deseni gibi değişkenlere bağlı olarak değişmektedir.

    Üç boyutlu diyagonal örme kumaşlar ile oluşturulan kompozit malzemelerin mukavemet değerlerinin iki boyutlu kompozit malzemelere nazaran düşük olması ve büyük boyutlu kumaşların üretiminde makinenin uzun sürede üretime hazır hale getirilmesi ve yavaş olarak çalışması yapının diğer eksilerini oluşturmaktadır.

    Günümüzde üç boyutlu diyagonal örme kumaşların otomotiv sektöründe; şase ve şaft imalinde kullanılması üzerine çalışılmaktadır. Eğer hedeflenen başarıya ulaşılabilirse arabalarda %50’ ye varan oranlarda ağırlık kaybı sağlanabilecektir.

    Üç Boyutlu Dokuma Yöntemi

    Üç boyutlu dokuma yöntemi, üç boyutlu kumaşların üretimi için kullanılan önemli metotlardan birini temsil etmektedir. Üç boyutlu kumaşlar, kompozit malzeme imalinde kullanıldıkları için mukavemet değerleri önem taşımaktadır.

    Üç boyutlu kumaş üretim yöntemleri içerisinde dokuma metodu;

    Diğer yöntemlere nazaran yüksek mukavemet değerine sahip kumaşların üretilmesini sağlamaktadır. Bu sebepten dolayı diğer üretim yöntemlerine nazaran daha yaygın ve bilinen bir yöntemdir.

     

    Yazan Cumartesi, 20 Haziran 2020 16:03 in Dokuma Okunma 105 defa