T. C. Yildiz tekniK ÜNİversitesi Kİmya-metalurji faküLtesi metalurji ve malzeme mühendiSLİĞİ BÖLÜMÜ malzeme proses laboratuari dersi deney föyleri
|
|  Yüklə 4.6 Mb.
|
|
Bu çizelgedeki değerlerden : do= Σ ΔR * da / 100 do : Aritmetik ortalama tane çapı ΔR : Her bir elek üstündeki miktar, % R : Elek üstü miktar toplamı, % da : Her elek için ortalama tane büyüklüğü, mm D : Elekten geçen miktar, %
DENEYİN ADI: Presleme DENEYİN AMACI: Tozların kalıplarda şekillendirilerek farklı basınçlar için basınç-yoğunluk ilişkisinin belirlenmesi. KULLANILAN ALET, CİHAZ VE MALZEMELER: Metal tozu, kalıp, pres. TEORİK BİLGİ ve DENEYİN YAPILIŞI: Toz Metalurjisinde yoğunlaştırma ikinci önemli prosestir. Presleme; hazırlanmış metal tozu karışımının önceden belirlenen yoğunluğa ulaşabilmesi için uygun preslerde kalıp ve zımbalar yardımı ile sıkıştırılmasıdır. Pres kalıbı içine doldurulan metal tozunu katı cisim haline getirir. Yüksek bir presleme derecesine ulaşabilmek için iyi şekil alabilir bir toz ve yüksek presleme basınçlarına ihtiyaç vardır. Preslemede ulaşılan yoğunluk toz metalurjisi ile imal edilen parçaların mekanik özelliklerini birinci derecede etkiler. Presleme çoğunlukla soğuk (oda sıcaklığı) yapılmakla birlikte özel hallerde sıcak olarak da yapılır. Presleme ile metal tozuna, imal edilecek parçanın boyut ve şekline göre istenen düzeyde bir yoğunluk ve mekanik dayanım kazandırılır. Kalıpta yoğunlaştırma işleminin üç temel aşaması vardır.
Şekil 4. İki ticari demir tozu için yoğunluk-basınç ilişkisi
DENEYİN ADI: Metal Tozlarına Uygulanan Sinterleme Prosesleri DENEYİN AMACI: Sinterleme proses koşullarının yapı ve özelliklere etkisi KULLANILAN ALET, CİHAZ VE MALZEMELER: T/M ile üretilmiş numune, atmosfer kontrollü fırın. TEORİK BİLGİ ve DENEYİN YAPILIŞI: Sinterleme; preslenmiş toz malzemenin şeklini bozmadan yapılan ısıl işlemdir. Preste şekil verilmiş toz bu haliyle kullanılmaya elverişli değildir. Ancak sinterlemeyle gerekli dayanım artışı sağlanır. Bu işlemde belirli sıcaklık ve sürede toz taneleri arasında difüzyon meydana gelir ve zayıf mekanik bağlar, kuvvetli mekanik bağlara dönüşürler. Sinterleme sıcaklığı ve süresi; sinterlemede parçalardan istenen özelliklere uygun bir sinterleme sıcaklığı ve süresi saptanmalıdır. Parçalardaki düşük yoğunluk ve dayanımın esas nedeni çok düşük sinterleme sıcaklığı ve süresidir. Sinterleme sıcaklığı tozun ergime sıcaklığına mümkün olduğu kadar yakın olmalıdır. Çizele.2 : Bazı metal ve alaşımların sinterleme sıcaklık ve süreleri
KAYNAKLAR:
Bu deneyin amacı; plastik matrisli e-camı takviyeli düzlemsel kompozit plakanın çekme dayancı, eğme dayancı ve darbe dayancının saptanması ve kırılma analizinden hareketle delaminasyon (tabaka ayrılması), fibre pull-out (sıyrılma) problemlerinin görsel olarak izlenmesidir.
Birbirinden farklı en az iki malzemenin aralarında bir ara yüzey oluşturarak, kimyasal bağ yapmaksızın oluşturdukları yeni malzeme grubuna kompozit denir. Tablo 1. Kompozit malzemelerin matris, takviye ve oluşan yapı türüne göre gruplanması.
2.1. Kompozit Malzemelerin Matrislerine Göre Gruplandırılması
2.2. Plastik Matrisli Kompozitler Plastik matris sağladığı pek çok avantajla en çok kullanılan kompozit elemanıdır. Bu yüzden kompozitin özelliklerini öğrenmek için plastiğin tanımak önemlidir. Plastikler; karbon, hidrojen, oksijen, azot ve diğer organik ya da inorganik elementler ile oluşturduğu monomer adı verilen, basit yapıdaki molekülü gruplardaki bağın koparılarak, polimer adı verilen uzun ve zincirli bir yapıya dönüştürülmesi ile elde edilen malzemelerdir. Plastik matris genel olarak iki gruba ayrılır: A)Termoplastikler B)Termosetler
2.3. Plastik Matrisli Kompozitlerin Üretim Yöntemleri
 
El yatırması metodu Püskürtme metodu
Ekstrüderlerde, çıkış ucuna yerleştirilen, kalıp içinden basınç etkisi ve çekme aparatları yardımı ile kalıp şekline uygun şekilde profiller çekilirken, enjeksiyon makinelerinde, çıkış memesinin hemen yanında bulunan kapalı kalıp içine akışkan hale getirilmiş termoplastik reçine enjekte edilir ve kapalı kalıp içinde soğuması ve sertleşmesi sağlanır. 2.3. Cam Elyaf Üretimi Cam elyafı, silika, kolemanit, alüminyum oksit, soda, magnezyum oksit... gibi geleneksel cam üretim hammaddelerinden üretilmektedir. Hammadde bileşimi, çok ince öğütülerek, homojen bir karışım elde etmek üzere karıştırılır ve yaklaşık 1600 °C sıcaklıkta çalışan bir ergitme fırınına beslenir. Fırın içinde, karışım yavaşça sıvı hale geçer. Prosese uygun olarak yerleştirilmiş bir sarma sistemi ile 50-70 m/sn gibi yüksek bir hız ile daha sonraki uygulama türüne bağlı olarak 5 ila 20 mikron çapında çekilen cam lifleri bir mandral üzerine sarılarak "kek" adı verilen bir bobin üzerinde toplanır.
Cam lifleri, demet haline getirilmeden önce, bağlayıcı adı verilen bir kimyasal bileşim ile kaplanır. Bağlayıcı cinsi, kompozit malzeme içinde cam elyafının performansını etkileyen en önemli faktörlerden birisidir. Kompozitin mukavemeti, reçine-cam bağının kuvveti ile orantılıdır. Bu bağın kuvveti, kullanılan bağlayıcı içindeki bağlama gruplarının cinsine bağlıdır. Bağlayıcı, "film oluşturucu", "bağlama grupları", "antistatik katkı", "plastifiyan" "lübrikant" adı verilen malzemelerin karışımından oluşmaktadır.
• TS EN ISO 527-4: Plâstikler – Çekme özelliklerinin tayini – Bölüm 4: İzotropik ve ortotropik elyaf takviyeli plâstik kompozitler için deney şartları, • TS EN ISO 14125: Plastik kompozitler - elyaf takviyeli – eğilme özelliklerinin tayini, • TS EN ISO 179-1: Plastikler – Charpy darbe özelliklerinin tayini-Bölüm 1: Ölçü aletsiz darbe deneyi.
• Deney standartlarına uygun fiber takviyeli plastik numuneler, • Dijital kumpas, • Çekme/eğme cihazı, • Üç noktalı eğme aparatı, • Çekme numunesi pimleri, • Darbe cihazı.
5.1. Çekme Deneyi: Kompozitlerin çekme deneyi tek eksenli olarak çekme dayancının saptanması amacıyla yapılır. Matris termoset plastik olduğundan gevrek tutum gösterir. E-camı fiberler zaten doğal olarak gevrek malzeme olduğundan kırılma gevrek kırılma biçiminde oluşur. Bu nedenle kopma uzamasından söz etmek anlamsız olur. Çekme deneyinin şematik resmi Şekil 1‘de verilmiştir.  
Şekil 1. Çekme deneyinin yapılışı. Çekme deneyi sonucu yük(kg)-uzama(mm) eğrisi elde edilir. Fakat bu değerler, kullanılan numunenin boyutlarına göre farklılık gösterdiğinden mühendislik açısından anlamlı değerler değildir. Bu yüzden yük, numune alanına bölünerek gerilme (σ) ve uzama, ilk boya bölünerek gerilme bir diğer deyişle birim şekil değiştirme (ε) değerleri kullanılmalıdır. Gerilme-gerinim
eğrisi mühendislik açısından önem taşır, plastik davranışın başladığını belirtir. Mühendislik dizaynı ve hesaplarında kullanılır. Genellikle sünek malzemelerin adlandırılmasında kullanılır.  
Şekil 2. Gevrek malzemelerde olası Şekil 3. Yumuşak çelik için klasik gerilme- gerilme-gerinim eğrisi. gerinim eğrisi.
5.3. Darbe Deneyi: Darbe deneyi farklı sıcaklıklarda yada farklı kompozisyonlardaki malzemenin kırılma davranışlarını saptamaya yarayan tek darbeli deneydir. Sünek malzemelerde çatlak ilerlemesinin kontrolü için çentikli numune kullanıldığından çentik darbe deneyi olarak adlandırılır. Cam seramik dökme demir kompozit gibi malzemeler gevrek tutum gösterdiğinden doğrudan darbe dayancı yapılır. Bu nedenle kompozitlerin darbe dayancı terimi kullanılacaktır. 
Çekme deneyi sonunda maksimum kopma yükü cihaz üzerindeki göstergeden Kilopond (kp) cinsinden okunur. Çekme dayanımının bulunması için kp cinsinden okunan bu diğer 9,81 ile çarpılarak Newton (N)’a çevrilir. Önceden kumpas ile ölçülen numune boyutlarından (mm cinsinden genişlik ve kalınlık) numunenin kesit alanı (mm2) hesaplanır. N cinsindeki maksimum yükün, numune kesit alanına bölümü ile MPa cinsinden maksimum çekme dayancı değeri (Fmax) hesaplanır.
Eğme deneyinde deformasyonun gerçekleştiği maksimum eğem yükü kp cinsinden cihaz üzerindeki göstergeden okunur. Bu değer N’ a çevrilir. Önceden kumpas ile mm cinsinden ölçülen numune boyutlarından da faydalanarak eğme dayancı formülünde değerler yerine konarak numunenin maksimum eğme dayancı hesaplanır. Darbe dayancı hesaplama deneyinde yine önceden boyutları kumpas ile belirlenen numune kullanılır. Numune Charpy konumunda yerleştirildikten sonra sürtünmesiz düşen çekiç etkisiyle numunenin kırılması ve bu esnada absorbladığı enerjiyi cihaz üzerindeki göstergeden okunması gözlemlenir. J cinsinden okunan absorblanan enerjinin mm2 cinsinden hesaplanan numunenin kesit alanına bölünmesiyle darbe dayancı bulunur.
Çekme dayancı: 
Eğme dayancı: 
Darbe dayancı: 
Kompozit numunelere uygulanan mekanik deneyler sonucu numunelerin maksimum çekme dayancı, eğme dayancı ve darbe dayancı değerleri bulunur. Deneyler sonucu numunelerde kırık analizleri yapılır. Numune kırık kesitlerinde yapılan incelemeler sonucu kompozitlerin temel hasar sebeplerinden fiber sıyrılması (fiber pull-out) ve delaminasyon problemleri gözlenir.
Autar K. Kaw, Mechanics of Composite Materials, Taylor & Francis Group, 2006 Robert M. Jones, Mechanics of Composite Materials (2. Edition), Taylor & Francis, 1999 Sanjay K. Mazumdar, COMPOSITES MANUFACTURING Materials, Product, and Process Engineering, CRC PRESS, 2001 Alan Baker, Stuart Dutton, and Donald Kelly, Composite Materials for Aircraft Structures Second Edition, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2004 Ütgm. Uğur ER, Havacılık Sanayınde Kullanılan Plastık Matrıslı Kompozıt Malzemeler, Hava Harp Okulu - HUTEN Peters, S.T., Handbook of Composites (2nd Edition), Kluwer Academic Publishers,1998 Mürsel EKREM, “Cam kumaş takviyeli termoplastik kompozitlerin mekanik özellikleri ve kırılma davranışları”, Selçuk Üniversitesi yüksek lisans tezi A.R. Horrocks & S.C.Anand, Handbook of Technical Textiles, Woodhead Publishing Limited, 2000
Hull, Derek, An Introduction to Composite Materials, The Press Syndicae of the University of Cambridge, 1981 Douglas F. Horne, Aircraft Production Technology, The Press Syndicae of the University of Cambridge, 1986 J. Broutman & Richard H. Krock, Modern Composite Materials, Lawrence Addison-Wesley Publishing Company, 1967 Plastic Matrix Composites with Continuous Fiber Reinforcement, Military Handbook, Department of Defense USA, 1991 http://www.kompozit.net/ http://www.kalipteknolojisi.net/forum/kutuphane/polimer-esasli-kompozit-malzemeler-ve-urun-tasariminda-kullanimlari/?wap2 http://www.turk-cad.com/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=1703 www.camelyaf.com
1.AMAÇ Tasarım (Endüstriyel Parça Tasarımı) olgusu, tipleri ve prosesi hakkında temel bilgiler vermek, bu amaçla kullanılan CAD programlarını tanıtmak ve uygulamalı olarak bir parça tasarlayarak hızlı prototip cihazında üretimini gerçekleştirilmesidir. 2.TEORİK BİLGİ 2.1 Giriş Metalurji ve Malzeme Mühendislerinin görevi sadece metal ve diğer mühendislik malzemelerinin üretimi ile sınırlı olmayıp bazen parça / ürün bazında nihai şekli tasarlama ve malzemeyi bu forma dönüştürmeyi de içermektedir. Bu nedenle Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Eğitimi Proğramı içinde bilgisayar yardımlı tasarım ya da dizayn (CAD) prosesi konusunda belirli ölçekte bilgi vermenin siz öğrencilerimiz açısından sayısız avantajları mevcuttur. Tasarım, tüketim malları endüstrisinde büyük öneme sahiptir ve insanlar için herşeyi kapsar. Ayakkabıdan bayan şapkasına, dikiş iğnesinden en büyük dişli kutusuna kadar imal edilen her ürün tasarım kavramının sonucu ortaya çıkmaktadır. Tasarım bir fikir veya pazar ihtiyacının detaylı bilgilere dönüştürme prosesidir. Bu bilgiler kullanılarak bir ürün üretilebilir. Tasarım, mekanik ve endüstriyel olmak üzere ikiye ayrılır. Metalurji ve Malzeme Mühendisleri ağırlıklı olarak mekanik dizayn ile ilgilenirler. Endüstriyel tasarım ise özellikle son yıllarda ayrı bir iş kolu olarak ortaya çıkmış ve hızla yaygınlaşmıştır. Mekanik tasarımda fiziksel prensipler, uygun işlev görme ve mekanik sistemin üretimi (imalatı) konuları ile uğraşılmaktadır. Endüstriyel tasarımda ise şekil, form, renk, tekstür ve hepsinden ötesi müşteri hissi/beğenisi dikkate alınır. Mekanik ve endüstriyel açıdan iyi tasarım çalışır, mükemmel tasarım ise müşteriye zevk verir, tüketimi teşvik eder. Görünüm, müşteride oluşan his ve denge ve şekil önemlidir. Bir ürüne bakmak zevk vermeli, kullanımı kolay ve estetik olmalıdır.
Ana imal usulleri olarak kabul edilen döküm ile parça üretimi proseslerinde model yapımı işlemin ilk adımını oluşturur. Model önce tasarlanır ve prototip olarak üretilir. Model üretilecek parçanın bir negatifidir. Dizayn kriterleri açısından yapılacak hatalar deneme dökümlerde doğrudan parçada gözlenebilecek ve düzeltme için gerekli önlemler alınabilecektir. Son yıllarda hızlı prototip model yapımındaki gelişmeler model tasarımından kaynaklanan hataların önlenmesini ve dizaynı yapılan modelin uygunluğunun hızlı ve ekonomik bir şekilde test edilmesini sağlamaktadır. Öte yandan hızlı model yapımı endüstriyel parça ve alet tasarım çalışmalarının sonuçlarının kısa sürede görülebilmesini sağlamaktadır. Günümüzde istisnasız endüstriyel ürün üreten tüm kuruluşların hemen hepsi üretmeyi hedefledikleri parça ya da ürünün prototipini yaparak müşteri beğenisi başta olmak üzere tüm analizleri bunun üzerinde yaparlar. Vana, otomobil, takı, vücut implantı, beyaz eşya, cep telefonları, pencere sistemleri ve diğer nihai ürün üreticilerinin tümünde değişik yetenek ve boyutta çeşitli hızlı protatip model yapım makinaları mevcuttur. 2.2 Tasarım (Dizayn) Prosesi 2.2.1 Tasarım Tipleri Mekanik veya endüstriyel tasarım kendi içinde i. orijinal dizayn (tamamıyla yeni bir fikir), ii. adaptif dizayn (bir ürünün evrimi / evrimsel gelişimi) ve iii. değişken (varyant) (işlevi değişmeden boyut ve şeklin değişimi) dizayn olmak üzere üçe ayrılır. Orijinal dizayn yeni bir çalışma prensibini içerir (bilya uçlu kalem, kompakt disk). Orijinal dizaynı araştırırken dizayncı düşüncelerini olabildiğince geniş tutmalıdır; bütün mümkün çözümleri düşünmelidir ve bunlar arasında anlamlı bazı prosedürleri seçmelidir. Yeni malzemeler orijinal dizaynı kolaylaştıran yeni ve emsalsiz özellik kombinasyonuna sahiptir. Yüksek saflıktaki silisyum tranzistör imalatını mümkün kılmıştır, yüksek saflıktaki cam optik fiber üretimini, yüksek cebri kuvvet magnetleri minyatür kulaklık ve yüksek sıcaklık alaşımları gaz türbünlerinin imalatını mümkün kılmışlardır. Bazen yeni bir malzeme yeni bir ürünün oluşturulmasına yol açar; ancak çoğunlukla yeni bir ürün yeni bir malzeme talebine yol
açmaktadır. Türbün ve nükleer teknoloji yeni metal alaşımlarının geliştirilmelerini gerekli kılmıştır ve bu düşünce seramikler ve kompozitlerin günümüzdeki gelişmelerinin itici kuvvetini oluşturmuştur. Adaptif veya evrimsel dizayn çalışma prensibinin rafinasyonu (yeniden düzenlenmesi) ile performansta dereceli bir artışın sağlanması esasına dayanır. Sıklıkla bu malzemelerin geliştirilmesi ile mümkün hale gelmektedir; ev içi uygulamalarda polimerler metallerin yerini almıştır. Alet ve spor takımları pazarı çok geniş ve çok rekabetçidir. Pazarlar imalatçıların yeni ürünleri geliştirirken yeni malzemeleri kullanma şekline bağlı olarak kazanılabilir (ve kaybedilebilir). Değişken veya varyant dizayn fonksiyonu değiştirmeden büyüklük, şekil, boyut ve detaylandırmanın değişimini kapsamaktadır; örneğin kazan ve basınçlı kapların boyutlandırılması, türbünlerin şekilleri gibi. Boyutun değiştirilmesi malzemenin değiştirilmesini gerekli kılabilir. Model uçaklar balsa ağacından yapılır, gerçek uçaklar alüminyum alaşımlarından yapılır; model kazanlar bakırdan, gerçek kazanlar bazı geçerli nedenlerden dolayı çelikten imal edilir. 2.2.2 Tasarım Prosesinin Aşamaları Dizayn bir tekerrür (tekrarlama) prosesidir. Başlangıç noktası bir market ihtiyacı veya bir fikirdir. Bitiş noktası bir ihtiyacı karşılayan veya bir fikri somutlaştıran bir üründür. Dizayn a.fikirsel (kavramsal) dizayn (kavram geliştirme), b. somutlaştırıcı dizayn (somutlaştırma) ve c. detaylandırıcı dizayn (detaylandırma) gibi adımlardan oluşur ve spesifikasyon seti ve ürünün nasıl imal edileceğine dair üretim bilgisinin elde edilmesini sağlar (Şekil 1).
Şekil 1: Ana dizayn akış şeması. Dizayn bir görev / işlevin tanımlanmasından başlar ve kavram geliştirme, somutlaştırma ve detaylı spesifikasyonların eldesine ve nihayetinde bir ürüne uzanır. Kavramsal dizayn aşamasında bütün opsiyonlar açıktır: dizayncı alternatif çalışma prensiplerini, sistemi oluşturan fonksiyon planlarını, alt fonksiyonların ayrılma ve birleştirilme yollarını, maliyet ve performans planlarının herbirinin birbirleri ile ilişkilerini düşünür ve analiz eder. Somutlaştırıcı dizayn fonksiyon yapısını ele alır ve yaklaşık (benzer) seviyede operasyonunu analiz eder, parçaları boyutlandırır, analizin öngördüğü çevre, sıcaklık ve gerilim aralığında çalışabilecek malzemenin seçimini gerçekleştirir. Somutlaştırma aşaması uygulanabilir/geçerli bir planla sonuçlanır ve detaylı dizayn aşamasına geçirilir. Burada her parça için spesifikasyonlar çıkarılmaya çalışılır: kritik parçalar sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak hassas ısıl ve mekanik analize tabi tutulur; performansı maksimize etmek amacıyla parçalara veya parça gruplarına optimizasyon metotları uygulanır; malzemeler seçilir, üretim rotası analiz edilir ve dizayn maliyeti çıkarılır. Aşama detaylı üretim spesifikasyonları ile sonuçlanır.
2.2.3 Dizayn Araçları ve Malzeme Dataları Bütün bunların başarılabilmesi için dizayn araçları kullanılır. Dizayn araçları dizayn metodolojisinin omurgasına iliştirilmiş girdiler olarak gösterilmektedir (Şekil 2). Soldakiler mühendislik bilimi araçlarıdır; Analiz modelleme ve dizayn optimizasyonunu mümkün kılmaktadır: bunlar mekanik ve termodinamik eşitlikler ve modelleme teknikleri prensipleridir. Rutin dizayn adımları bilgisayar yardımlı dizayn araçları ve standart parçalar ve şekiller hakkında bilgileri depolayan veri tabanlarının kullanımı ile giderek kolaylaşmaktadır. 
Şekil 2: Dizayn araçları ve malzeme seçiminin yerini gösteren dizayn akış şeması. Çok farklı genişlik seviyesi ve hassasiyetle her aşamada malzemeler hakkında bilgi gerekmektedir. Dizayn ortaya çıkarken (inkisaf ederken), araçların kullanımında doğal bir artış gözlenmektedir: fiziksel veya kavramsal aşamada yaklaşık analiz: somutlaştırma aşamasında daha sofistike modelleme; detaylı dizayn aşamasında detaylı analiz gibi. Malzeme seçimi dizayn prosesinin her aşamasında gündeme gelmektedir (söz konusu olmaktadır) (Şekil 2 sağ kolon). Malzeme listesi son derece geniştir.
2.2.4 Örnek Çalışma : Vakum Süpürgesinin Tasarımı ve Evrimi Şimdiye kadar bu bölümde soyut hadiseler ele alınmıştır. Bu örnek ise somut bir konuyu gündeme getirmiştir. Bir evdeki mevcut halının tozunun alınması için bir aygıta olan ihtiyaç idrak edilmiştir. Çeşitli görüş veya kavramlar mevcuttur, bunlar; halıdaki tozun vakumlama ile emilmesi, basınçlı hava ile uzaklaştırma, elektrostatik olarak yerinden alınması, yapışkan bir kemerle tuzaklama, fırça ile uzaklaştırma olarak sayılabilir. Bunların herbirisi çeşitli zamanlarda denenmiştir. İnceleme sonucunda vakum yöntemi seçilmiş ve bir fonksiyon yapısı tasarlanmıştır: bunun için güç kaynağı, vakum pompa, tozu yakalamak için filtre ve emiş gücünü halıya uygulamak için bir tüp gerekmektedir. Ancak bunlar hangi sıra ile dizilmelidir. Filtre pompanın önünemi yoksa arkasınamı yerleştirilecektir. Filtre pompanın önüne yerleştirilmelidir aksi halde toz pompaya girecektir. Güç kaynağı ne olmalıdır. Gelişmiş bir ülkede elektrik motoru kullanılabilir ya da hali hazırda var olan insan kullanılacaktır. Kavram tamamlanmıştır. Somutlaştırma aşamasında, akış hızının hesabı, pompa dizaynı, filtrenin şekli, tüpün çapı ve uzunluğu, kontrol ve bütün bunların nasıl bir araya getirileceği ile ilişkili unsurlar detaylı olarak ele alınır. Yaklaşık boyutlarda bir yaklaşım diyagramı, güç hesabı, ağırlık ve performans konuları belirlendiğinde sistem tamamlanır. Bu aşamada her bir parçanın detaylı dizaynı yapılmalıdır. Parçaların büyük bir çoğunluğu standarttır; fan gibi standart olmayanlar verimin arttırılması, gürültünün minimize edilmesi için hava akışı ve güvenliği sağlamak için sonlu elemanlar yöntemi ile gerilim analizini gerekli kılabilir. Her bir parçanın imalat metotları belirlenmeli ve alternatif metotların maliyetleri incelenmelidir. Şekil, tekstür ve dış yüzeylerin renkleri endüstriyel bir dizayncı tarafından belirlenmelidir. Sonuçta imalat spesifikasyonları çizim seti çıktı olarak elde edilir. 1900’lerin vakum süpürgelerinin güç kaynağı insandır (Şekil 3. a) Ayakta duran bir hizmetçi temizleyicinin kolunu pompalayarak körüğü sıkıştırır ve körüğün deriden yapılmış kanat subabları emilmiş havanın içinde filtre bulunduran bir metal kutudan geçişini sağlar (akış hızı 1litre/s dir). Kullanılan malzemeler tahta. bez, deri ve kauçuktur. Kullanılan tek metal körüklerdeki çemberlerdir (yumuşak demir) ve filtreyi taşıyan kutudur (yumuşak çelik).
1900 yıllarında arabalarda ahşap malzeme, deri ve bezden imal edilmekteydi: sadece motor ve bir iki kısım metaldir. 1950’lerde dizayn evrimle silindirik temizleyici şekline dönüşmüştür (Şekil 3 b) (akış hızı 10 lt/s). Fonksiyon yapısı değişmemesine rağmen, her fonksiyonun yerine getiriliş şekli önemli oranda değişmiştir. Hava akışı ekseneldir, elektrik fanı ile bir silindir boyunca çekilir. Fan silindirin yarısını işgal eder diğer yarısı ise filtreye aittir. Dizayndaki ilerleme güç kaynağıdır. Elektrik motoru oldukça büyük ve gücü düşüktür fakat sürekli olarak çalışabilir. Kullanılan malzemelerde önemli değişiklikler olmuştur. Süpürge tamamen metalden yapılmıştır: çoğunlukla yumuşak çelik kullanılmıştır. Süpürgenin dış kısmı 11 ayrı parçadan oluşmuş ve bu parçalar yirmi sekiz cıvata ile birleştirilmiştir. Dizayn zamanla gelişimini sürdürmüştür ve dış parça sayısı yediye, cıvata sayısı da onbire düşmüştür (Şekil 3 c). Bundan sonraki gelişmeler yeni malzemelerin yenilikçi kullanımını yansıtmaktadır. 1987 de vakum süpürgeleri gücü 800 watt’a ulaşarak 18 hizmetçinin gücüne eş değer hale gelmiştir. Günümüzde süpürgelerin gücü 1987 lerin iki katına çıkmıştır (Şekil 3 d). Hava akışı hala ekseneldir ve ünite eski silindirik süpürgelerden çok küçüktür. Bu, daha iyi mağnetik malzemelerle motorda güç yoğunluğunun arttırılması ve ısıl direçli izalasyon, yataklar 
Şekil 3 : Vakum süpürgesinin evrimsel gelişimi; a) 1900’lerin elle çalıştırılan bantlı süpürge, b) 1950’lerin silindirik süpürgeleri, c) 1965’lerin dikey hava akışlı süpürgeleri ve d) 1987’lerin hafif süpürgeleri.
vasıtasıyla daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilmesi sayesinde başarılmıştır. Dış kaporta tamamen polimerdir, parça sayısı azaltılmıştır. Her hangi bir yerde metal görülemez. Ağırlık ve maliyette büyük azalmalar sağlanmıştır. Tablo 1 de karşılaştırma yapılmıştır. Tablo 1: Süpürgelerin Maliyet, güç ve ağırlıklarının karşılaştırılması Süpürge ve Tarih Dominant Malzemeler Güç Ağırlık Maliyet İnsan gücü, 1900 ağaç, bez, deri 50W 10 kg. 270$ Silindir, 1950 yumuşak çelik 300W 6 kg. 110$ Küresel, 1965 yumuşak çelik 450W 5,5 kg. 100$ Silindir, 1987 kalıplanmış ABS ve 800W 4 kg. 60 $ Polipropilen Bütün bunların hepsi bir ömür içinde olmuştur. Rekabetçi dizayn yeni malzemelerin keşifsel tarzda kullanımını ve onların bazı özel karakteristiklerini akıllıca ortaya çıkarılmasını gerektirir. Keşfetme ve ortaya çıkarmada başarısız olan birçok vakum süpürgesi imalatçısı olmuş ve bunlar yok olmuştur. Bunun ana nedeni dizaynda malzeme seçiminin öneminin göz ardı edilmesi veya unutulmasıdır. 2.3. Hızlı Prototip Model Yapımı |
