3D YAZICILAR
3D YAZICI TARİHİ ve AMACI
İlk 3D yazıcı teknolojisi Charless Hull tarafından 1984 yılında ortaya çıkmıştır. 1986 yılında 3D Systems adlı ilk 3D yazıcı şirketinin kurulmasıyla yeni bir sektör doğmuştur. 90’lı yıllarda bu teknoloji hızla ilerlemiş, Amerika’da ilk renkli baskı alınmıştır. 2005 yılında başlayan ve 2007 yılında ilk açık kaynak kodlu, kendi parçalarını dahil prototipleyebilen yazıcıları çıkaran RepRap projesi ile 3D yazıcılar evlerimize kadar ulaşmıştır. Bu girişimin amacı ise maliyeti azaltarak kullanımı yaygınlaştırmaktır ve günümüzde ne kadar büyük bir başarıya ulaştığını görüyoruz.
3D YAZICILAR NEDİR ve NE İŞE YARAR?
Sanal ortamda tasarlanmış 3 boyutlu nesneleri katı formda somut nesnelere dönüştüren makinelere 3 boyutlu yazıcı denir.3D baskı teknolojisi ile ihtiyaç duyduğunuz bir aparat basabilir, 3D tarayıcı ile taradığınız bir cismin çıktısını alabilir, çizdiğiniz bir tasarımı prototipleyebilir, hatta kendi ürününüzü oluşturabilirsiniz. Örneğin, 3D yazıcılar pandemi dönemi nedeniyle tekrar gündeme gelmiş. Bu sayede evinden çalışan insanlara ve sağlık çalışanlarına kısmen de olsa faydası olmuştur.
3D YAZICILAR NASIL ÇALIŞIR?
3D yazıcılar, katmanlı imalat (Additive Manufacturing) diye nitelendirilen bir üretim yöntemi ile çalışırlar. Baskı için birçok hammadde kullanılsa da genellikle filament diye nitelendirilen termo plastik materyaller kullanılır. 3D yazıcıların çalışabilmeleri için 3 boyutlu modele, tasarıma ihtiyacı vardır. Bilgisayar ortamında AutoCAD, Solidworks, 3DsMax gibi bir CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) programı ile tasarlanmış çizimler veya 3 boyutlu tarayıcı ile taranmış olan nesneler ‘.stl’ uzantısında dışa aktarılırlar. 3D yazıcı ‘.stl’ uzantısındaki dosyayı algılar ve baskı işlemini gerçekleştirir. Biraz daha detaya değinecek olursam. Baskı işlemine başlamadan önce yazıcının ucunda ‘nozzle’ diye adlandırılan kafa bölgesinin belirli bir sıcaklığa gelmesi gerekmektedir. Çünkü 3D baskı işlemi eriyen filamentin katman katman ve üst üste serilmesiyle gerçekleşir. Filamentin düzgün bir şekilde yayılabilmesi için de kafa noktasından çıkartırken yüksek sıcaklıkta erimesi gerekir. Kafa noktasından eriyerek çıkan filament yüzeyde yayılır yayılmaz donar ve katı formuna geçer. Tüm katmanlar tamamlandıktan sonra model tamamen katı formda hazır hale gelir.
3D YAZICILARIN DİĞER SEKTÖRLERDEKİ YETENEKLERİ ve GELECEK HAYATIMIZA ETKİLERİ
Seri üretimin vazgeçilmezi olarak görülüyor:
3D yazıcılar uzun yıllar boyunca sadece bir prototipleme çözümü olarak görülüyordu. Bilgisayar ortamında tasarlanan materyallerin, 3D yazıcıyla prototipleri üretiliyor; prototip başarılı olursa diğer yöntemlerle seri üretimine geçiliyordu. Günümüzde geldiği noktada ise, prototipin ötesine geçerek seri üretimde de sıklıkla başvurulan bir yönteme dönüşüyor. Özellikle otomotiv sektöründe Ford, Volkswagen, BMW gibi dev otomobil üreticileri, küçük boyutlardaki parçalarının seri üretiminde sıklıkla 3D yazıcılara başvurmaya başladı. Öyle ki bir araştırmaya göre seri üretim yapan firmaların %51’i 3D baskıyı alternatif bir üretim metodu olarak görüyor.
Tıp alanında devrim yaratacağı düşünülüyor:
Tıp alanındaki birçok uzman 3D yazıcıların birçok soruna çözüm üretebileceğini düşünüyor. 3D yazıcıların üretebilecekleri düşünüldüğünde, üzerinde durulan başlıklar ise şunlar; doku ve organ, protezler, ilaç ve cerrahi aletler. Gelecekte 3D yazıcılar aracılığıyla, dişlerimiz gibi çok komplike olmayan organlar, kıkırdak dokular, hatta damarlar bile üretilebileceği öngörülüyor. Yakın gelecekte ilaç üretimi çok mümkün görünmese de, ilaç yapımında önemli rol oynayan reaksiyon kaplarının üretimi, ilaç üretimi sürecine oldukça olumlu yansımalar yaratabilir. Protez üretimi konusunda birçok örnek görmüştük; gelecekte de 3D yazıcılar sayesinde protez üretimi farklı bir boyuta gidebilir. Buna en iyi örnek ise, Hollanda’da 23 yaşındaki bir hastanın kafatası ile 3D yazıcı ile üretilmiş bir kafatası değiştiriliyor ve hastanın operasyona olumlu tepkiler verdiği sonucu elde ediliyor.
Gıda ve barınak üretiminde devrim yaratacağı düşünülüyor:
Üç boyutlu yazıcıların gıda üretimi NASA tarafından da desteklenen bir teknoloji. Kaliteli proteinden bir hammaddeyi şekillendirerek, besin üretebileceği öngörülen yazıcılar, gelecekte dünyadaki en vahim sorunlardan biri olan açlığın önüne geçebilir. Ne kadar sağlıklı olacağının tartışma konusu olacağını tahmin etseniz de, bu teknoloji bunun üstesinden gelebilir. Örneğin, çikolata basan 3D yazıcılar ile kendi tasarladığınız çikolatalar elde edebiliyorsunuz. Barınak üretiminde de güzel örnekler karşımıza çıkıyor. Üç boyutlu bir yazıcı tarafından 24 saatten kısa bir sürede bir barınak, hatta güzel bir ev üretilebilmişti. Bu gelecekte evsizlik sorunun da önüne geçebilir. Buna verebileceğim en güzel örnek ise, Çin’de WinSun adlı şirket 3D yazıcı ile tanesi 5.000$ değerinde günde tam 10 adet ev inşaa etmeyi başarmıştır.
Sürdürülebilirlik açısından da büyük katkısı olacak:
Günümüzde çok kaliteli seri üretim yazıcıları hariç, neredeyse bütün üç boyutlu yazıcılar atık maddelerden üretilen plastik hammaddeyi kullanıyor. Bu sürdürülebilir hammadde yönetimi, birçok üretim metodu için ilham verici olabilir. Gelecekte seri üretimin büyük bir çoğunluğu 3 boyutlu yazıcılar ile yapılabilir duruma gelirse, hammaddenin de birçoğu geri dönüştürülmüş atıklardan elde edilecek demektir. Bu da sürdürülebilir bir gelecek için oldukça olumlu bir gelişmedir.
Giyilebilir teknoloji ve tekstilde de büyük katkıları var:
Ortopedik çözümlerde, giysilerde, ayakkabılarda, saat ve bileklik gibi aksesuarlarda 3D baskı teknolojisinden yararlanılmaktadır. Örneğin, ünlü spor markaları son dönemlerde spor ayakkabılarının tabanlarında ve çeşitli bölgelerinde 3D baskı kullanarak seri üretime geçirdiler. Bu sürece baktığımızda yüksek maliyet ve seri üretim sorunlarını bir nebze aştıkları görülüyor.
3D YAZICI ÇEŞİTLERİ
Günümüzde yaygın olarak kullanılan bazı yazıcı tiplerinden bahsedeceğim. 3D yazıcı teknolojisi “Katmanlı İmalat” tekniğine sahiptir. Yani tüm yazıcılar baskılarını katmanlar halinde çıkartıyorlar. Baskının katmanlaştırılmasının da farklı teknikleri var ve bu teknikler 3D yazıcıların çeşitlere ayrılmasına sebep oluyor. Endüstriyel 3D yazıcılar ile ev tipi 3D yazıcılar arasındaki farklar da burada ortaya çıkıyor. Şimdi ise 3D yazıcı çeşitlerini birbirinden ayıran tekniklerden bahsedelim.
Stereolithography (SLA) Teknolojisi
3D yazıcı teknolojisindeki en eski teknik olsa da günümüzde hala kullanılmakta SLA tekniği. SLA teknolojisine sahip 3D yazıcılarda akışkan foto polimer (özel bir plastik çeşidi) hammaddeler işlenerek katı forma dönüşüyor ve baskı elde ediliyor. Hammadde yarı akışkan forma gelecek şekilde eritildikten sonra katman oluşuyor. Oluşan katmanlar bilgisayar kontrollü ultraviyole ışınlar ile bütün bir yapıya dönüşüyorlar. Her bir katman için bu işlem tekrar ediliyor ve baskının sonunda 3D katı bir model ortaya çıkıyor. İşlemler hızlı gerçekleşir ve detaylı, titiz baskılar elde edilir.
Digital Light Processing (DLP) Teknolojisi
DLP (Dijital Işık İşleme) tekniği SLA ile birçok ortak noktaya sahiptir. 2 teknikte de baskılar, akışkan polimerler ile gerçekleşir ve ikisi de baskıyı işlerken ışıktan faydalanırlar. Bu akışkan polimelerler, reçine diye de tabir edilebilir. SLA ışığı lazer ile sağlar, DLP tekniği ise özel bir projektör ile DLP tekniği fazlasıyla hızlı işler ve SLA tekniğindeki gibi temiz ve detaylı baskılar elde edilir.
Fused Deposition Modelling (FDM) Teknolojisi
FDM (Birleştirmeli Yığma ile Modelleme) masaüstü 3D baskıda en yaygın kullanıma sahip tekniktir. İşleme başlamadan önce yazıcıya bir 3D model verisi girilir. Bilgisayar destekli bu tasarım verisini yazıcı okur ve işlem başlar. Termo plastik malzeme yazıcının extruder diye adlandırılan bölgesinde ısıtılarak erimiş plastik olarak X ve Y koordinatlarında basılır. Tabanın en altından başlayarak Z koordinatı boyunca katmanlar serilir. Serilen katmanlar birleşerek katı formda bir model elde edilir.
Selective Laser Sintering (SLS) Teknolojisi
SLS (Seçici Lazer Sinterleme) tekniğinde SLA’de olduğu gibi işlem bir lazer ile yapılır. SLA ile aralarındaki önemli fark, SLS tekniğinde hammadde olarak akışkan yerine toz malzeme kullanır. Bu malzemelere naylon, cam, seramik, alüminyum gibi örnekler verilebilir. Bu teknik yaygın olarak endüstride ürün geliştirmede ve hızlı prototipleme de kullanılır.
Selective Laser Melting (SLM) Teknolojisi
SLM (Seçici Lazer Eritme) tekniği birçok yerde SLS tekniği olarak addediliyor. Bu teknikte toz metaller yüksek güçte bir lazer ile 3D baskı haline getiriliyor. Bu teknoloji havacılık ve medikal sektörlerinde kullanılmaktadır. Alüminyum, paslanmaz çelik ve titanyum gibi malzemeler kullanılabilir.
Electron Beam Melting (EBM) Teknolojisi
EBM (Elektron Hüzme Eritmesi) tekniği, toz taban füzyonu konusunda SLM tekniğine çok benziyor fakat iki tekniği birbirinden ayıran en önemli nokta kullanılan güç kaynakları. EBM teknolojisinde güç kaynağı olarak bir vakumun içindeki elektron demeti kullanılır ve çok yüksek sıcaklıklarda işlem yapar. Bunun haricinde SLM ile çalışma prensibi neredeyse aynıdır. EBM teknolojisinde de hammadde olarak metal kullanılır.
Laminated Object Manufacturing (LOM) Teknolojisi
LOM (Katmanlı Mal İmalatı) tekniğinde ısı ve basınç yardımıyla üst üste birleştirilmiş kağıt, plastik veya metal laminatlardan oluşan hammaddeler kullanılır. Hammadde ısı ve basınç ile eritilir, bilgisayar kontrollü bir bıçak veya lazer ile kesilerek şekillendirililir. Hızlı prototipleme imkanı sağlar.
Haydi şimdi de “3D YAZICILARDA BULUNAN PARÇA ve MALZEMELER” i inceleyelim:
-Sigma Profiller: 3D Yazıcının iskeletini oluştururlar.
-Şase (alüminyum veya pleksiglas)
-Rulmanlar
-Kaplinler
-Miller
-Kayışlar ve Kasnaklar
-Nalburiye Malzemeleri (somun, cıvata vb.)
-Ara Elemanlar (iskeletin oluşması için gerekli 3D baskı, plastik veya akrilik parçalar)
-Step Motorlar: X,Y,Z hareketleri ve extruder’ın itiş hareketi için kullanılırlar.
-Fanlar: Hava sirkülasyonunu sağlamak için kullanılırlar.
-Termistör: Isıyı ölçen komponenttir.
-Isıtıcı: Filamentin gerekli ısıya ulaşmasını sağlayan komponenttir.
-Sıcak Tabla: Baskının üzerine yapıldığı yüzeydir.
-Extruder: Filamentin eritilip, itilerek nozzle ucuna aktarıldığı bölgedir.
-Nozzle: Sıcak filamentin baskı için çıktığı kafa noktasıdır.
-Limit Switch’ler (endstop, durdurucular): Yazıcıdaki X,Y ve Z koordinatlarındaki hareketler bu anahtarlar ile kontrol edilir.
-Güç Kaynağı: 220V alternatif akım enerjisini 12V veya 24V Doğru Akım enerjisine çevirerek yazıcıya enerji verir.
-Anakart: Yazıcıdaki elektronik işlemleri anakart gerçekleştirir.
-LCD Ekran: 3D Yazıcıdaki işlemler buradan kontrol edilir.
-Filament: Genellikle ABS ve PLA yapıdaki filamentler kullanılır.
KAYNAK: maker.robotistan.com , arikovani.com
