3D Printer Teknolojileri

3D Printer 'lar ile ilgili genel bilgiler içeren 3D Yazıcı Nedir başlıklı yazıdan sonra daha kapsamlı ve daha çok teknik bilgi içeren bir yazı hazırlamaya karar verdim .

Ultimaker 3D Printer
Ultimaker

3D Yazıcı mı 3D Printer mı 3 Boyutlu üretim mi ?

Öncelikle terminoloji konusunda bir karara varmakda fayda var. Yabancı kelimeleri türkçeye çevirme konusunda çok da başarılı sayılmayız. 3D Printer kelimesi de bundan nasibini alıyor. Kullanım olarak 3D yazıcı, 3b yazıcı ve 3D printer başı çekiyor. İllede çevirmek gerekiyorsa benim tercihim 3b yazıcı yani 3 boyutlu yazıcının kısaltılmış hali. "3D Printing" kelimesi ise tam bir facia, 3 boyutlu baskı mı  desek 3D üretim mi desek 3B basım mı ??. Sanıyorum en mantıklısı 3 boyutlu üretim...

3D Printer kelimesi çok populer olması nedeni ile medya da "additive manufacturing" yerine sıklıkla kullanılıyor. Teknik olarak en doğru kullanım da bu, tüm 3 boyutlu üretim teknolojilerini kapsayan bir terim. 3D printer ise genellikle plastik eritme yöntemi ile üretim yapan makineleri tanımlamak için kullanılıyor.

Additive Manufacturing kelimesinin potansiyel Türkçe karşılıkları "Eklemeli Üretim" "Katkılı Üretim" "Aditif Üretim". Yabancı literatürde "Subtractive Manufacturing" kelimesinin zıttı olması ile nedeni ile bu tanım yaygınlıkla kullanılıyor. Anlatılmak istenen de geleneksel imalat yöntemlerinde olduğu gibi  malzeme çıkartarak değil malzeme eklenen bir yöntem olması. Bu terimi Türkçeye çevirmek için bence en uygun kelime katmanlı üretim. 3 boyutlu üretim konularında bahsi geçen tüm üretim teknolojileri katmanlar halinde ürünü gerçekleştiriyor. Bu nedenle katmanlı üretim demek sanıyorum daha anlaşılır. Başka bir alternatifte katmalı üretim ya da katkılı üretim, eklemeli üretim olabilir. 

3D printer kelimesi ayrıca 2 boyutlu yüzeyler üzerine (kağıt, t-shirt vb) 3 boyutlu grafikler çizen makineler içinde kullanılması nedeni ile başka bir karışılığa daha yol açıyor.

İlk 3D Printer
İlk 3D Printer

İlk 3D Printer

Malzeme kullanılan 3D Printer ilk olarak 1984 yılında Chuck Hull tarafında 3D Systems şirketinde geliştirildi. Aslında adı 3D printer bile değildi. Hull tarafından koyulan isim stereolithography olmuştu. Patent başlığı ise "Bir objenin kesit şekillerinin gerçekleştiren 3 boyutlu üretim sistemi" idi. Geçtiğimiz yaklaşık 20 yılda öncelikle prototipleme alanında kullanılan 3d printer'lar yavaş yavaş da olsa, temel üretim yöntemleri arasına giriyor. 3D printer sektörünün 2012 deki yaklaşık büyüklüğü 2.2 Milyar dolar seviyesinde. Bu rakamın 2021'e kadar 10.8 Milyar dolar olması bekleniyor.

Günümüzde hem prototipleme hemde üretim amacı ile kullanılan 3d Printer'lar, mimari, inşaat, endüstriyel tasarım,otomotiv, havacılık, uzay, savunma, mühendislik, dişçilik, medikal, biyoteknoloji (yapay doku), moda, ayakkabı, mücevher, aksesuar, eğitim, gıda ve daha bir çok alana girmiş durumda. Bu kadar çok farklı konuda etkili olması nedeni ile 3. endüstriyel devrime neden olacak olan teknoloji olarak da görülüyor, 

Modelleme

3D Printer teknolojilerinin başlangıç noktası bilgisayarda tasarlanmış bir katı modeldir.Bu modelleme işlemine genellikle bilgisayar destekli tasarım yada yabancı literatürdeki adı ile CAD denir. Günümüzde CAD programları oldukça elrişilebilir hatta ücretsiz bir çok 3d modelleme programı mevcut. Örnek olarak Sketchup, Autodesk 123d, TinkerCAD verilebilir.

Yoda Gcode
Yoda Gcode

Dilimleme (Slicing)

3 Boyutlu baskının ikinci aşaması ise dilimleme. CAD yazılımı ile tasarlanan ya da 3 boyutlu olarak taranan model. Genelikle STL, OBJ, AMF formatına dönüştürülerek dilimleme işlemine hazırlanır. STL formatı poligonlardan oluşan bir model formatıdır. Bu bilginin 3d printer tarafından anlaşılabilecek olan makine dili yani GCODE'una çevirilmesi gerekmeketedir. G kodu an ve an makine eksenlerinin nasıl hareket etmesi gerektiğini tanımlayan kodlar bütünüdür. Kodun neredeyse %90 eksenel hareket üzerine kuruludur.
Dilimleme işlemi 3D üretim işleminin en kritik aşamasıdır. Bu aşamada çıkacak ürünün özelliklerini belirleyen tüm parametreler de belirlenmiş olur.  Aşağıda örnek bir G-code'u görebilirsiniz.
G21

G91

G1 X200.0 F3000

G1 Y200.0 F3000

G1 X-82.0 Y-76.0 F3000

G1 Z-200.0 F500

G1 Z5.0 F500
G1 Z-10.0 F250
G90
G92 X0 Y0 Z0 E0
G90
G21
S1.0
S2.1
M104 S190.0
M104 S188.004
S0.004175
G1 X-20.31 Y-11.06 Z0.2 F2400.0
G1 F600.0
G1 E0.65
G1 F2400.0
G92 E0
G1 X-20.27 Y-10.75 Z0.2 F5.9648 E0.0132
G1 X-20.39 Y-10.54 Z0.2 F5.9648 E0.023
G1 X-20.5 Y-10.49 Z0.2 F5.9648 E0.0282
G1 X-20.49 Y-10.69 Z0.2 F5.9648 E0.0366
G1 X-20.53 Y-10.8 Z0.2 F5.9648 E0.0416
G1 X-20.41 Y-10.96 Z0.2 F5.9648 E0.0501
G1 X-20.34 Y-11.15 Z0.2 F5.9648 E0.0585
G1 X-20.31 Y-11.12 Z0.2 F5.9648 E0.0602
G1 X-20.31 Y-11.06 Z0.2 F5.9648 E0.0626

Üretim (3D Printing)

Üretim işlemini gerçekleştirebilmek için 3D Printer g kodunu satır satı gerçekleştirir. Ergitme kafası kullanan bir 3D Printer ise bu kafa gcode dan gelen eksen noktalarına hareket eder ve hareket sırasında da malzemeyi eriterek iki nokta arasında oluşan çizgi üzerine yığar. Lazer kullanan bir 3d printer ise galvonometre yardımı ile lazer ışını gcode dan gelen x ye noktaları arasına yansıtılır. Baskı işlemi aslında sadece x-y ekseninde gerçekleşmesi nedeni ile geleneksel yöntemler ile üretilmesi mümkün olmayan kompleks şekiller kolay bir şekilde üretilebilir.

3D Printed Yoda
3D Printer ile Üretilmiş Yoda Büstü

Çözünürlük

2D yazıcıların aksine 3d yazıcıların çözünürlüğünü 2 farklı parametre belirlemektedir. Genellik 3D Printer'ların çözünürlüğü Z eksenindeki katman yüksekliğine ve X-Y eksenindeki inç başına düşen nokta sayısına bağlıdır. Katman yüksekiği profesyonel makinelerde 16 mikrona kadar inebilmektedir. Hobi amaçlı kullanılan plastik eriten 3d printer'ların çözünürlükleri genellikle 0.100 mikron seviyesine inebilmektedir. X-Y eksenindeki çözünürlük ise makinenn kullandığı teknolojiye göre değişmektedir. Plastik ergiten (FDM) makinelerde bu değer nozül çapına bağlıdır ve 0.100 milimetre (100 mikron) seviyesine kadar inebilmektedir.

3D Printer ile üretim süresi model büyülüğü, kullanılan teknik ve çözünürlüğüne bağlı olarak yarım saatten  bir haftaya kadar çıkabilmektedir. Gelenekse yöntemler ile karşılaştırıldığında özellikle kompleks parçalarda üretim süresi ciddi avatanj sağlamaktadır.

Üretim maaliyetlerine gelince hiç bir katmanlı üretim yöntemi seri üretimden daha düşük maaliyetli değildir. Üretim süresinin kısalığı, üretim esnekliği ve düşük hacimli üretimdeki fiyat avantajı 3d printer'ları bir çok niş alanda geleneksel üretim tekniklerinden daja avantajlı kılmaktadır.

Tesviye

3d printer'ların X-Y ve Z eksenindeki çözünürlükleri geleneksel üretim yöntemleri ile karşılaştırıldığına düşüktür. Bu nedenle üretimden sonra bir tesviye işlemi gerekmektedir. Bu işlemler genellikle Z ekseninde oluşan katman çizgilerini ortadan kaldırmak ve bazı özel uygulamalarda ürünün dayanımını arttırmak için kullanılabilir.

3D Printer Teknolojileri

Plastik ergitmeli yığma tekniğini kullanan popüler 3D Printer'lara ek olarak. Bir çok farklı katman üretim teknolojisi mevcut. Genellikle bu teknolojiler malzemeyi yığma tekniklerine göre isimlendirilmektedir. Örneğin "Selective Laser Sintering" ya da Türkçe adıyla seçici lazer sinterleme tekniği, malzeme ergitmek için lazer ışınlarından faydalanmaktadır. "Fused Deposition Modeling" ise birleştirmeli yığma yöntemi ile modelleme olarak Türkçeye çevrilebilir. Stereolitografi yönteminde ise sıvı reçine lazer ışını yardımı ile kürlenerek sertleştirilir.

Her metodun kendine has avantajları ve dezavantajları vardır. Bir teknik diğerine göre mutlak üstünlük sağlar diyemeyiz. Bu nedenle bu tip teknolojilere yatırım yapmadan önce ihtiyaçların belirlenmesi oldukça önemlidir. Metal malzemeden üretim yapabilen 3D Yazıcılar, metal malzemeleri eritmek için yüksek güç gerektirmeleri nedeni ile maliyet olarak en pahallı ürün gamını oluşmaktadır. Metal üretim  yapabilen 3D printer fiyatları 400.000$'Dan 1500000$' arasında değişmektedir. 

3D Printer seçimi konusunda dikkat edilmesi gereken parametreler. Üretim hızı, ilk yatırım maliyeti, renkli baskı yapabilme, malzeme seçenekleri ve saf malzeme maliyetleridir.

Fused Deposition Modeling (FDM) Birleştirmeli Yığma ile Modelleme

FDM teknolojisi 1980'lerin sonunda Scott Crump  tarafından geliştirilmiş bir tekniktir. 1990 yılında Staratasys şirketi tarafından ticarileştirilmiştir. Geçtiğimiz yıllarda bu teknoloji ile patentlerin kalkması ile beraber, makine fiyatları 500$ seviyelerine kadar inmiştir. Özellikle 2006 da başlayan RepRap projesi kapsamında açık kaynak bir teknolojiye dönüşmüş ve çok daha geniş kitlelere yayılmıştır. Bugün FDM tipi bir 3d Printer yapmak oldukça kolaydır ve  bir çok meraklı tarafından kullanılmaktadır. Hobi amaçlı ve düşük maliyetli makineler olsa da bilgi birikimi ve deneyim ile profesyonel FDM makine performansından üretim yapabilmek mümkündür.

FDM by Zureks
FDM Teknolojisi ile Malzeme Yığma
FDM tekniğinde kullanılan termoplastik  malzeme filaman (tel) şeklindedir. Genellikle 3mm ya da 1.75mm lik tel kalınlıkları kullanılmaktadır. 3D bası sırasında tel formundaki malzeme 0.4mm çapında bir kalıpdan geçirilerek ergitilir ve eksenel hareket ile yığılarak üretim gerçekleştirilir. Katmanların üst üste yığılması sayesinde obje oluşturulmuş olur.

FDM teknolojisinde en  çok kullanılan malzemeler ABS ve PLA dır ancak daha bir çok farklı termoplastik polimer ve bunların karışımları kullanılabilmektedir. Örnek olarak Polikarbonat, HDPE, PPSU daha ileri termoplastik malzemelerdir.

Reprap projesi ile beraber yaygınlaşan FDM tipi makineler, başka bir ihtiyacı daha ortaya çıkardı. Filaman malzemeleri pahallı olması nedeni ile 3d printer meraklıları kendi malzemelerini kendileri üretme yoluna gittiler. Filaman ekstruder makineleri sayesinde evde kullanılan termoplastik malzemeleri çöpe atmak yerine 3d printer filamanı üretmek mümkün.

Her teknolojide olduğu gibi bu yönteminde bazı dez avantajları mevcut. FDM teknolojisinde sarkıt tipi alt dar fakat  ve yukarı doğru hızla genişleyen yapılar ve yer çekimine karşı koyamayacak katmanlara sahip modeller koymak oldukça zordur. Bu sorunların çözmek için bazı makinelerde destek malzemesi kullanılabilmektedir. Bu yöntemde baskı işlemi sonrasında destek malzemesi temizleme işlemini gerektirmektedir.

Powder Bed (Toz Zemin) Teknolojisi

Toz yatağı kullanımı aslında bir çok farklı tekniği çatısı altında toplayan bir 3D baskı yöntemi. Bu teknolojide z eksenindeki katmanlar birbiri ardına toz serme yöntemi ile oluşturulmaktadır. Bu teknolojini şemsiyesi altında sayabileceğimiz yöntemler SLS (Selective Laser Sinterin / Seçici Lazer Sinterleme), EBM (Electron Beam Melting / Elektron Işın Ergitme), Inkjet, thermal melting


DEVAM EDECEK..............



Bu yazıyı beğendiniz mi?

3byazici.com’da amacımız okuyucularımızı bilgilendirebilmek ve 3D Printer teknolojilerini ülkemizde daha iyi tanıtmak. Bu yazıyı beğendiyseniz çevrenizle paylaşarak; bizi daha fazla yazmamız için motive edebilirsiniz.

3byazici.com’u daki gelişmeler hakkında daha fazla bilgi sahibi olmak için Twitter ve Facebook sayfalarımızı takip edebilirsiniz.

3 yorum:

  1. Güzel yazı. Devamını bekliyoruz.

    YanıtlaSil
  2. paylaşımlarınız çok iyi çok faydalı...

    YanıtlaSil
  3. merhaba
    sitenizde uygulama yapma konusunda eğitim videolarıda paylasırmısınız
    modelleme nasıl yapılır yazdığınız programlarda diğer (ders videoları)
    sorum çalışabilir mekanik aksamlar üretilebiliryormu yapılabiliyorsa fiyatlandırma konusunda proje fiyatı kimden alabiliriz şirket bilgisi verebilirmisiniz...

    YanıtlaSil