3D Baskı

3D baskı, bilgisayar destekli çizim programları aracılığıyla çizilmiş üç boyutlu nesnelerin üreminin gerçekleştirilebildiğin bir teknolojidir. Eklemeli üretim olarak bilinen 3D baskı, üç boyutlu katı nesne oluşturmak için dijital bir dosyanın kullanıldığı süreçtir. 3D baskı işleminde, nesne oluşturma tamamlanana kadar yazıcı tarafından sıralı malzeme katmanları yerleştirilir.

3D baskının kökenleri, hızlı prototiplemeye dayanmaktadır. Bu teknoloji 1980’lerde ilk icat edildiğinde, üretim bileşenlerinden ziyade yalnızca prototipler oluşturmak için uygundu. Aslında, ortaya çıkışının asıl amacı, hızlı prototipleme yoluyla yeni ürünlerin geliştirilmesini hızlandırmaktı. İlginç bir şekilde, teknoloji ilk tanıtıldığında fazla ilgi görmedi. 1981’de Japon Hideo Kodama, fotopolimerleri kürlemek için UV ışığından yararlanan bir makine için ilk patenti aldı. Üç yıl sonra, Fransız mucitler Olivier de Witte, Jean Claude André ve Alain Le Mehaute ortaklaşa benzer bir teknoloji için patent başvurusunda bulundular. Her iki patent de terk edildi. General Electric, ‘ikincisinin kayda değer bir iş potansiyelinden yoksun olduğunu’ söyledi.1984 yılında Amerikalı mucit Charles Hull, ‘Stereolitografi ile Üç Boyutlu Nesnelerin Üretimi için Aparat’ için bir patent başvurusunda bulundu. STL dosyasını icat etti ve üç yıl sonra, 1987’de 3D System’i kurdu. Aynı on yıl içinde, seçici lazer sinterleme (SLS) ve kaynaşmış biriktirme modellemesi (FDM) için patentler alınarak ABD 3D baskı alanında önemli adımlar atıldı. Desktop Manufacturing (DTM) Corp. ve Stratasys, aynı zamanda kurulan 3D baskı alanında öncü şirketlerdi. Bundan sonra, hızlı ticarileşme onu ele geçirdikçe endüstri dönüştü. İlk 3D yazıcılar, büyük ve maliyeti fazlaydı. Üreticileri, büyük ölçekli otomotiv, tüketim malları, sağlık ürünleri ve havacılık üreticileri ile endüstriyel prototipleme için sözleşmeler yapmak için rekabet ediyordu.

1987 yılına gelindiğinde, 3D Systems ilk ticari sınıf SLA yazıcısını piyasaya sürdü; 1992’de Stratasys ve DTM, sırasıyla ilk ticari FDM ve SLS yazıcılarını piyasaya sürdü. İlk metal 3D yazıcı, 1994 yılında bir Alman kuruluşu olan Electro Optical Systems (EOS) tarafından tanıtıldı. Yeni milenyumun şafağında, 3D baskı alanındaki şirketler kar için kıyasıya rekabet ediyorlardı. Malzeme bilimindeki ilerleme ve çok sayıda patentin sona ermesi, 3D baskının satın alınabilirliğini artırdı.

Kısa süre sonra, 3D baskı alanında atılan adımlar sayesinde, üretim süreçleri yalnızca ağır makine ve sermaye ile desteklenen işletmelere ait değildi. Günümüzde 3D baskı, birçok farklı türde üretim bileşeni oluşturmak için son teknoloji bir çözüme dönüşmüştür.

3D Baskı Nasıl Çalışır?

3D baskılı nesneler, yazıcının istenen şey basılana kadar katman katman malzeme yerleştirdiği eklemeli bir işlemle oluşturulur. Her katman, yazdırılan öğenin ince dilimlenmiş bir kesiti olarak düşünülebilir. 3D baskı ile kullanıcılar, geleneksel üretim yöntemlerinin gerektirdiği kadar malzeme tüketmeden karmaşık şekiller üretebilirler.

3D baskının çalışma tarzı, malzemenin freze makinesi gibi ekipmanlar kullanılarak kesildiği veya oyulduğu ‘eksiltici üretimin’ tam tersidir. Eklemeli üretim, fiziksel nesneler oluşturmak için bir kalıba veya malzeme bloğuna ihtiyaç duymaz. Bunun yerine, malzeme katmanlarını istifler ve bunları birbirine kaynaştırır.

3D baskı, hızlı ürün oluşturma, ilk sabit altyapı için düşük masraflar ve çeşitli malzeme türlerini kullanarak karmaşık geometriler oluşturma yeteneği sunar, bu da geleneksel üretim çözümlerinin verimli bir şekilde yapamayacağı bir şeydir.

Eklemeli imalattaki genel ilkeler ve terminolojilerle ilgili ISO/ASTM 52900, 3D baskı süreçlerini yedi ayrı gruba ayırır. Her 3D baskı türü biraz farklı çalışır.

Bir 3B nesneyi yazdırmak için geçen süre, yazdırma türüne, çıktı boyutuna, malzeme türüne, istenen kaliteye ve kurulum yapılandırmasına bağlıdır. 3D baskı birkaç dakikadan birkaç güne kadar sürebilir.

3D baskı türleri şunlardır:

1.      Toz Yatağı Füzyonu

Toz yatağı füzyonunda (PBF), bir elektron ışını veya lazer biçimindeki termal enerji, katmanlar oluşturmak için bir toz yatağının belirli alanlarını seçici olarak birleştirir. Bu katmanlar, bir parça yapılana kadar birbiri üzerine inşa edilir.

PBF, sinterleme veya eritme işlemlerini içerebilir; Bununla birlikte, birincil işlem yöntemi aynı kalır. İlk olarak, bir yeniden kaplama silindiri veya bıçağı, yapı platformuna ince bir toz tabakası yerleştirir. Daha sonra, toz yatağının yüzeyi bir ısı kaynağı kullanılarak taranır. Bu kaynak, belirli alanları bağlamak için partikül sıcaklığını seçici olarak artırır.

Isı kaynağı bir kesiti veya katmanı taradığında, platform işlemin bir sonraki katman için tekrarlanmasına izin vermek için alçalır. Nihai çıktı, kaynaşmış parçalara sahip bir hacimdir ve çevreleyen toz etkilenmeden kalır. Platform daha sonra tamamlanan yapının alınmasına izin vermek için yükselir. Toz yatağı füzyonu, seçici lazer sinterleme (SLS) ve doğrudan metal lazer sinterleme (DMLS) gibi çeşitli standart baskı yöntemlerini içerir.

SLS, prototipler ve fonksiyonel bileşenler için polimer parçalar üretmek için düzenli olarak kullanılmaktadır. SLS baskı, tek destek yapısı olarak toz yatağı ile gerçekleşir. Ek destek yapılarının olmaması, karmaşık geometrilerin oluşturulmasına izin verir. Bununla birlikte, üretilen parçalar genellikle iç gözenekliliğe ve grenli bir yüzeye sahiptir, genellikle son işlem gerektirir.

SLS, seçici lazer eritme (SLM), elektron ışını toz yatağı füzyonu (EBPBF) ve doğrudan metal lazer sinterlemeye (DMLS) benzer. Bununla birlikte, bu işlemler metal parçalar oluşturmak için kullanılır ve her seferinde bir katman olmak üzere toz parçacıklarını kaynaştırmak için bir lazere dayanır.

DMLS, parçacıkların sıcaklığını yalnızca füzyon noktasına kadar arttırır, böylece moleküler düzeyde birleşirler. Öte yandan, SLM metal parçacıkları tamamen eritir. Bu tekniklerin her ikisi de ısı yoğundur ve bu nedenle destek yapıları gerektirir. İşlem sona erdiğinde, destek yapıları CNC işleme kullanılarak veya manuel olarak çıkarılır. Parçalar daha sonra işlem sonrası kalıntı gerilimleri gidermek için termal olarak işlenir.

Bu metal 3D baskı teknikleri, bazen kullanılan ana metalden bile daha sağlam, yüksek kaliteli fiziksel özelliklere sahip bileşenler oluşturur. Yüzey kalitesi de genellikle mükemmeldir. Malzeme açısından, bu teknikler diğer işlemlerde kullanılması zor olabilecek metal süper alaşımları ve seramikleri işleyebilir. Ancak hem DMLS hem de SLM yüksek maliyetlidir ve sistemin hacmi çıktı boyutunu kısıtlar.

2.      KDV Fotopolimerizasyonu

KDV fotopolimerizasyonu, dijital ışık işleme (DLP) ve stereolitografi (SLA) olmak üzere iki metodolojiye ayrılabilir. Bu işlemlerin her ikisi de bir teknede depolanan sıvı malzemeyi (genellikle reçine) seçici olarak kürlemek için bir ışık kaynağı kullanarak bileşenleri her seferinde bir katman oluşturur.

DLP, her bir katmanın bir görüntüsünü teknedeki sıvının yüzeyine yanıp sönerek çalışır. Öte yandan, SLA, sıvıyı iyileştirmek için tek noktalı bir UV kaynağına veya lazere dayanır. Baskı tamamlandıktan sonra fazla reçinenin çıktıdan temizlenmesi gerekir, ardından ürünün gücünü daha da artırmak için ışığa maruz bırakılması gerekir. Varsa, destek yapılarının işlem sonrası kaldırılması gerekecektir ve daha yüksek kaliteli bir yüzey oluşturmak için parça daha fazla işlenebilir.

Bu yöntemler, mükemmel bir yüzeye sahip karmaşık ayrıntılara sahip öğeler oluşturabildiklerinden, yüksek düzeyde boyutsal doğruluk gerektiren çıktılar için en uygun yöntemdir. Bu nedenle DLP ve SLA, prototiplerin üretimi için çok uygundur.

Bununla birlikte, bu yöntemlerin çıktısı genellikle kırılgandır ve bu da onları işlevsel prototipler için daha az uygun hale getirir. Bu parçaların renk ve mekanik özelliklerinin de güneşin UV ışığında bozulması muhtemeldir ve bu da onları dış mekan kullanımı için uygun hale getirmez. Son olarak, destek yapıları genellikle gereklidir ve işlem sonrası giderilebilecek kusurlar bırakabilir.

3.      Bağlayıcı Püskürtme

Bağlayıcı püskürtme, polimer kumu, seramik veya metal gibi ince bir toz malzeme tabakasını yapı platformuna yerleştirerek çalışır. Bundan sonra, bir yazıcı kafası bu parçacıkları bağlamak için yapışkan damlaları biriktirir. Parça bu nedenle katman katman inşa edilir.

Metal parçalar termal olarak sinterlenmeli veya bronz gibi düşük erime noktasına sahip bir metal ile sızmalıdır. Seramik veya tam renkli polimerden yapılmış parçalar, bir siyanoakrilat yapıştırıcı kullanılarak doyurulabilir. Çıktıyı bitirmek için genellikle son işlem gereklidir.

Bağlayıcı püskürtme, büyük ölçekli seramik kalıplar, tam renkli prototipler ve 3D metal baskı dahil olmak üzere çok sayıda uygulamaya sahiptir.

4.      Malzeme Jeti

Malzeme püskürtme, kavramsal olarak mürekkep püskürtmeli baskıya benzer. Ancak, kağıda mürekkep yerleştirmek yerine, sıvı malzeme katmanlarını biriktirmek için bir veya daha fazla yazıcı kafası kullanır. Her katman, bir sonraki katman üretilmeden önce kürlenir. Malzeme jeti destek yapılarına dayanırken, bina tamamlandıktan sonra yıkanabilen suda çözünür bir madde kullanılarak oluşturulabilirler.

Bu son derece hassas işlem, farklı malzeme türleri kullanarak tam renkli parçalar oluşturmak için çok uygundur. Bununla birlikte, maliyet fazladır. Çıktı, kırılgan ve parçalanabilir olma eğilimindedir.

5.      Kaynaşmış Biriktirme Modellemesi

Kaynaşmış biriktirme modellemesinde (FDM), filament makarasını, ekstrüzyon kafasına beslemek için ısıtılmış bir nozul kullanılır. Ekstrüzyon kafası, malzemenin sıcaklığını arttırır ve soğuması için önceden belirlenmiş alanlara yerleştirmeden önce yumuşatır. Bir malzeme katmanı oluşturulduktan sonra, yapı platformu alçalır ve yerleştirilecek bir sonraki katman için hazırlanır.

Malzeme ekstrüzyonu olarak da bilinen bu işlem, düşük teslim sürelerine sahiptir ve uygun maliyetlidir. Bununla birlikte, boyutsal doğruluğu düşüktür ve pürüzsüz bir yüzey genellikle son işlem gerektirir. Çıktı, anizotropik, yani bir yönde daha zayıf olma eğiliminde olduğu için kritik uygulamalar için de uygun değildir.

6.      Levha Laminasyonu

Levha laminasyonu, ultrasonik eklemeli imalat (UAM) ve lamine nesne imalatı (LOM) olmak üzere iki teknolojiye ayrılabilir. UAM, düşük enerji ve sıcaklık gereksinimine sahiptir. Ultrasonik kaynak kullanarak ince metal levhaları birleştirerek çalışır. Paslanmaz çelik, titanyum ve alüminyum dahil olmak üzere çeşitli metallerle çalışır.

LOM, nihai çıktıyı oluşturmak için alternatif olarak malzeme ve yapıştırıcı katmanları yerleştirir.

7.      Doğrudan Enerji Birikimi

Bu teknik, toz veya tel besleme stoğu yerleştirilirken kaynaştırmak için lazer, elektrik arkı, elektron ışını veya başka bir odaklanmış termal enerji biçimi kullanır. İşlem, katmanlar oluşturmak için yatay olarak gerçekleşir ve bunlar daha sonra parça oluşturma için dikey olarak istiflenir. Seramikler, polimerler ve metaller dahil olmak üzere farklı malzeme türleri için uygundur.

3D Baskının Kullanım Alanları

3D baskı yeni bir buluş olmasa da yeni keşfedilen basitliği, verimliliği ve maliyet etkinliği nedeniyle son zamanlarda endüstriler arasında büyük bir popülerlik kazanmıştır.

1.      İnşaat

İnşaat, 3D baskının önemli uygulamalarından biridir. Beton 3D baskı, araştırmacılar yapıları inşa etmenin daha hızlı ve daha ucuz bir yolunu aradıkları için 1990’lardan beri araştırılıyor. İnşaatta 3D baskının özel uygulamaları arasında eklemeli kaynak, toz yapıştırma (reaktif bağ, polimer bağı, sinterleme) ve ekstrüzyon (köpük, balmumu, çimento/beton, polimerler) bulunur.

Günümüzde, beton basmak için tasarlanmış büyük ölçekli 3D yazıcılar, temelleri dökmek ve site duvarlarını dikmek için kullanılmaktadır. Ayrıca yerinde montaj için modüler beton bölümler basabilirler. Bu çözümler, işçilik maliyetlerini düşürürken ve israfı en aza indirirken daha yüksek doğruluk, daha fazla karmaşıklık, daha hızlı inşaat ve gelişmiş işlevsel entegrasyon sağlar.

2016 yılında, ilk yaya köprüsü (12 metre uzunluğunda, 1.75 metre genişliğinde) İspanya’da mikro betonarme kullanılarak 3D olarak basıldı. Bir yıl sonra, Rusya’da ilk tamamen 3D baskılı konut inşa edildi. 600 duvar elemanı 3D olarak basıldı ve monte edildi, ardından toplam yaklaşık 300 metrekarelik bir alan için çatı ve iç mekanlar oluşturuldu.

3D baskı, mimari ölçekli modellerin üretilmesinde de yardımcı olur. İhtiyaç duyulması halinde Ay veya Mars’ta dünya dışı yaşam alanları inşa etmek için bir çözüm olarak bile araştırılıyor.

2.      Prototipleme ve Üretim

Geleneksel enjeksiyon kalıplı prototipleme durumunda, yüz binlerce dolara mal olacak tek bir kalıp üretmek haftalar alabilir. Yazımızda da daha önce belirttiğimiz gibi, 3D baskının asıl amacı daha hızlı ve daha verimli prototiplemeydi.

3D baskı teknolojisi, üretimdeki teslim sürelerini en aza indirerek prototiplemenin birkaç saat içinde ve geleneksel maliyetlerin küçük bir yüzdesiyle tamamlanmasını sağlar. Bu, özellikle kullanıcıların her yinelemede tasarımı yükseltmesi gereken projeler için idealdir.

3D baskı, seri üretilmesi gerekmeyen veya genellikle özelleştirilmiş ürünlerin üretimi için de uygundur. SLS ve DMLS, sadece prototiplerde değil, nihai ürünlerin hızlı imalatında da kullanılmaktadır.

3.      Sağlık

Sağlık hizmetlerinde 3D baskı, tıp ve dişçilik alanlarında yeni ürün geliştirme için prototipler oluşturur. Diş hekimliğinde, 3D baskı, metal diş kronlarının dökümü için desenler ve diş hizalayıcıları oluşturmak için üretim araçları oluşturmada da yardımcı olur.

Ayrıca diz ve kalça implantlarının ve diğer stok öğelerinin doğrudan üretilmesi, kişiselleştirilmiş protezler, işitme cihazları ve ortez tabanlıklar gibi hastaya özel öğelerin oluşturulması için de yararlıdır. Belirli operasyonlar için 3D baskılı cerrahi kılavuzlar ve 3D baskılı kemik, cilt, doku, organlar ve farmasötikler olasılığı araştırılmaktadır.

4.      Havacılık ve Uzay

Havacılıkta, prototipleme ve ürün geliştirme için 3D baskı kullanılır. Araştırmacıların yüksek endüstri standartlarından ödün vermeden Ar-Ge’nin yorucu gereksinimlerine ayak uydurmalarına yardımcı olduğu için uçak geliştirmede de kritik öneme sahiptir. Bazı kritik olmayan veya eski uçak bileşenleri uçuş için 3D olarak basılmıştır.

5.      Otomotiv

Otomotiv işletmeleri, özellikle F1’de kullanılanlar gibi yarış otomobillerinde uzmanlaşmış olanlar, prototipleme ve belirli bileşenlerin üretimi için 3D baskıdan yararlanır. Bu alandaki kuruluşlar, müşterilerin ihtiyaç duyduğu yedek parçaları stoklamak yerine üreterek satış sonrası talebi karşılamak için 3D baskıyı kullanma olasılığını da araştırıyor.

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here