3D baskı nasıl çalışır?

Katmanlı üretim yöntemlerinden biri de 3B baskıdır. Bu yöntem, bir malzeme bloğu veya kalıba ihtiyaç duymak yerine, gerçek nesneler oluşturmak için malzeme katmanlarını üst üste koyup birleştirmesi bakımından "katmanlı"dır. "Geleneksel" teknolojilerden daha karmaşık geometriler üretebilir, genellikle hızlıdır, düşük sabit kurulum maliyetlerine sahiptir ve sürekli genişleyen bir malzeme yelpazesiyle çalışır. Mühendislik sektörü, özellikle prototipleme ve hafif geometriler geliştirme süreçlerinde bu yöntemden önemli ölçüde yararlanmaktadır.

Katmanlı üretim ve 3D baskı

"3D baskı" terimi sıklıkla maker kültürü, amatörler ve meraklılar, masaüstü yazıcılar, FDM gibi erişilebilir baskı teknikleri ve ABS ve PLA gibi ucuz malzemelerle ilişkilendirilir. Bu durum kısmen, RepRap hareketinden ortaya çıkan ve 3D baskının demokratikleşmesine ve 2009'daki 3D baskı patlamasına katkıda bulunan orijinal MakerBot ve Ultimaker gibi uygun fiyatlı masaüstü yazıcılardan kaynaklanmaktadır.

3D Baskı Teknolojisi: Yenilikçi Üretimin Geleceği

3 boyutlu baskı tarih

3D baskı konsept ürünleri 1970'lerde ortaya çıkmıştır. Katman katman baskı üretim yöntemini ilk tanımlayan Japon bilim insanı Dr. Kodama, 1981 yılında 3D baskıyı denemiş ve ultraviyole ışıkla polimerize edilen ışığa duyarlı reçineden oluşan SLA (stereolitografi) 3D baskı teknolojisini bizzat geliştirmiştir.

Birkaç yıl sonra Amerikalı bilim insanı Charles Hull da SLA teknolojisi üzerinde derinlemesine araştırmalar yaptı ve 1986 yılında SLA'nın ilk patentini aldı. 3D Systems şirketini kurdu ve 1988 yılında ilk ticari ürünü olan SLA-1'i piyasaya sürdü. (aşağıdaki resim)

SLA'nın en erken geliştirilen 3D baskı teknolojisi olduğu söylenebilir, peki SLS (Seçici Lazer Sinterleme) ve FDM (Eriyik Biriktirme Modellemesi) daha sonra ne zaman ortaya çıktı?

1988'de Amerikalı Carl Deckard, Teksas Üniversitesi'nde, lazerin toz parçacıklarını yerel olarak birleştirerek baskı yaptığı başka bir 3B baskı tekniği olan SLS teknolojisinin patentini aldı. Aynı yıl, Stratasys'in kurucularından Scott Crump, erimiş biriktirme modellemesi (FDM) için patent başvurusunda bulundu. 1980 ile 1990 yılları arasında, 3B baskının üç ana teknolojisinin patenti alındı ​​ve bu, sektörde hızlı bir gelişim döneminin başlangıcı oldu.

Avrupa'da EOS GmbH, 3D baskı için bir tasarım sistemi olan Stereos sistemini geliştirdi. Günümüzde, endüstriyel sektördeki 3D baskı modelleri, plastik ve metaller için SLS 3D baskı teknolojisi (Seçici Lazer Sinterleme) ile dünya çapında kullanılmaktadır.

1992 yılında, birçok profesyonelin ve bireyin farklı ihtiyaçlarını karşılamak üzere 3D yazıcılar geliştiren Stratasys tarafından FDM (Fused Deposition Modeling) 3D baskı teknolojisi patenti onaylandı.

1993-1999 yılları arasında 3 boyutlu baskı sektöründe çeşitli teknolojiler ortaya çıktı. Aynı zamanda, giderek daha fazla yeni CAD yazılımı ve 3 boyutlu modelleme yazılımı geliştirildi; örneğin, ilk katılımcılardan biri olan Sanders Prototype (şimdiki adıyla Solidscape).

3D baskı çok alanlı uygulamaları

2008 yılında, medyada 3D baskının payını daha da artıran ilk 3D baskılı protez piyasaya sürüldü. İnsanlar, 3D baskının yalnızca geleneksel parçaları değil, aynı zamanda insan vücudu onarımında da kullanılabileceğini keşfetti. Bu şaşırtıcı tıbbi 3D baskı projesi, biyolojik bir uzvun tüm parçalarını bir araya getiriyor ve herhangi bir montaj işlemine gerek kalmadan "olduğu gibi" basılabiliyor. Günümüzde, 3D tarama ile bir araya getirilen 3D baskılı tıbbi protezler ve ortezler, hastaların ihtiyaçlarını karşılamak için daha ucuz ve daha hızlı hale geliyor. Dahası, bu protezler giderek daha fazla optimize ediliyor ve hastanın morfolojisine göre uyarlanıyor. 3D baskı, kitlesel kişiselleştirme için yeni fırsatlar sunuyor. (resim ekleyin)

2009, FDM patentlerinin kitlesel tüketim alanına girdiği ve FDM 3D yazıcılarda kapsamlı inovasyon için yeni bir yol açtığı yıldı. Masaüstü 3D yazıcıların fiyatları düştükçe, giderek daha fazla insan 3D baskı sektörünün gelişimine ilgi duymaya başladı.

ABD Başkanı Barack Obama, 2013 yılında Birliğin Durumu konuşmasında 3 boyutlu baskıyı geleceğin temel üretim yöntemi olarak belirtmiş ve "3 boyutlu baskı"yı mutlak bir moda haline getirmişti. Şimdi ise kamuoyunda çok önemli bir yer edinmiş durumda. Giderek daha fazla küçük ve orta ölçekli şirket, 3 boyutlu baskının sunduğu düşük maliyetli prototipleme olanağından yararlanıyor ve bunu yineleme, inovasyon ve üretim süreçlerine tamamen entegre ediyor.

3D baskı konsept otomobil

İnşaat uygulamaları söz konusu olduğunda, 3 boyutlu yazıcıyla basılmış evler artık gerçek. İnsanlar 3 boyutlu yazıcıyla basılmış evlere ilk kez 2018'de taşındı. Evin alanı 1022 metrekare, yani oldukça yaşanabilir. Baskısı toplam iki gün sürdü.

Üretim ve 3D baskı arasındaki benzerlikler ve farklılıklar üzerine 3D baskının sınıflandırma sistemi

Örnek olarak içi boş küreyi ele alalım. Yüzeyinde bir düzineden fazla çiçek var. Geleneksel işleme yöntemiyle işlenirse çok zahmetli olur ve desenlerin tek tek değiştirilmesi gerekir. 3D baskıyı seçerseniz, malzeme israfı olmaz, bu nedenle adı da eklemeli üretimdir; bu, fiziksel parçalar üretmek için malzemelerin kademeli olarak biriktirilmesi yönteminin kullanıldığı anlamına gelir. Geleneksel yöntemde önce embriyo oluşturulur, ardından fazla malzeme çıkarılır ve kalan malzeme istenen şekli oluşturur. Bir sorun tespit edilirse, bir kalıp açılıp üzerinde değişiklik yapılması gerekir; 3D baskı ise azar azar malzeme biriktirerek bitmiş ürünü hızlıca görmenizi sağlar.

3D baskı teknolojisinin gerçekleştirilmesi

3B baskı teknolojisi endüstriyel üretime uygulanır. 3B baskının ihtiyaç duyduğu şey fiziksel nesne değil, dijital modeldir. Önünüzdeki gerçek nesneyi 3B olarak yazdırmak istiyorsanız, onu modellemek için bir bilgisayar veya gerçek nesneyi, yani bir 3B modeli dijitalleştirmek için bir 3B tarayıcı kullanmanız gerekir; böylece on beş dakika gibi kısa bir sürede çıktı alabilirsiniz. Şu anda 3B baskı teknolojisi dört ana kategoriye ayrılmaktadır: FDM, DLP/SLA ve SLS.

SLS-- lazer sinterleme kalıplama işlemi

SLS, lazer ışınımının yüksek sıcaklık koşulları altında eriyen nispeten yüksek teknolojili bir tozdur. Çalışma tezgahına ince bir toz tabakası yayın ve sinterleme ve bağlanmayı sağlamak için sıcaklığı erime noktasına yükseltmek amacıyla tabakanın kesitini lazer ışınıyla tarayın. Model oluşana kadar toz yayma, sinterleme, öğütme ve kurutma işlemlerini tekrarlayın. Aslında 3B yazdırma, tekrar tekrar 2B yazdırma işlemidir. Bir nesneyi çok ince dilimlerseniz, her parçanın bir şekli olduğunu görürsünüz. Tüm şekilleri bir araya getirdiğinizde, üç boyutlu bir yapı nesnesi elde edersiniz. Bu nedenle grafik çizmek için lazerler kullanırız. SLS kalıplanmış parçaların çevreye (sıcaklık, nem ve kimyasal korozyon) direnci termoplastik malzemelerin direncine benzer; ancak SLA kalıplanmış parçaların direnci nispeten zayıftır; örneğin, epoksi reçine ile kalıplanmış SLA iş parçaları neme ve kimyasallara karşı hassastır. Korozyona uğrar, 38°C'nin üzerindeki bir ortamda yumuşar ve eğilir, ancak şekillendirme hassasiyeti yüksektir.

SLA --stereolitografi kalıplama işlemi

SLA, şu anda Çin'de nispeten gelişmiş bir ışıkla sertleştirme teknolojisidir. "Stereolitografi", lazer ışınının sıvı reçinenin yüzeyindeki nesnenin ilk katman şeklini çizmesi, ardından üretim platformunun belirli bir mesafe (0,05-0,025 mm) kadar indirilmesi ve ardından katılaşmış katmanın sıvı reçineye daldırılması ve bu şekilde devam etmesidir. Kullanılan reçine, lazer ışınıyla ışınlandıktan sonra katı bir hal alacak olan ışığa duyarlı bir reçinedir ve şekillendirme modeli hızlı ve hassastır.

DLP-- stereolitografi kalıplama işlemi

DLP dijital ışık işleme, lazer şekillendirme teknolojisi olarak bilinir. DLP 3D baskı teknolojisi, SLA 3D baskı teknolojisiyle birçok benzerliğe sahiptir. Üretim, bir kalemle daire çizmeye benzetilirse, SLA teknolojisi katman katman çizmeye, DLP ise doğrudan damgalamaya eşdeğerdir. Üzerinde çalıştığımız seri üretimin iki çok önemli noktası vardır, biri verimlilik, diğeri ise malzeme maliyetidir. Shenzhen'deki Light Prism Technology adlı bir şirket tarafından geliştirilen, geleneksel üretimden, yani yüz yüze teknolojiden yüzlerce kat daha hızlı baskı yapabilen bir 3D yazıcı var. Geleneksel FDM 3D baskı ile içi boş bir topu basmak 2-5 saat sürer ve en hızlısında bir saat sürer, ancak en son yüz yüze teknolojiyle baskı yapmak yalnızca yaklaşık 10 dakika sürer. Baskı hızı inanılmaz. Bu 3D baskı piyasaya çıktığında, geleneksel el sanatlarına etkisi hala büyük.

FDM - Erimiş Biriktirme Kalıplama İşlemi

DLP ve SLS teknolojileriyle karşılaştırıldığında, FDM teknolojisi nispeten basit olduğundan geniş bir kullanıcı kitlesine sahiptir ve aileye dahil edilmesi daha kolaydır. Prototip, yarı erimiş bir filament haline getirilecek termoplastik malzeme kullanılarak doğrudan 3B CAD verilerinden oluşturulur ve bu filament katman katman biriktirilir. FDM teknolojisinin avantajları basit mekanik yapı, kolay tasarım, düşük üretim, bakım ve malzeme maliyeti ve çevre kirliliği yaratmamasıdır. Bu nedenle, FDM aynı zamanda ev tipi masaüstü 3B yazıcılarda en yaygın kullanılan teknolojidir. Lazer kullanmayan ve düşük maliyetli, nispeten geleneksel bir baskı yöntemidir, ancak doğruluğu yüksek değildir ve baskı hızı çok yavaştır. Bu, herkes için en erişilebilir yöntemdir ve genellikle eğitim sektöründe kullanılır.

3D Baskının Üretim ve Geleneksel Zanaatkarlık Üzerindeki Etkisi

3D baskının avantajları

(1) Özelleştirme

Diş hekimliğini örnek alırsak, herkesin dişleri farklıdır, ancak 3D baskı, kişiye özel üretim ile seri üretim arasındaki çelişkiyi çözebilir ve kişiye özel implantlar, diş telleri vb. seri olarak üretilebilir.

(2) gerçek zamanlı örnek

3D baskının yüksek hızı sayesinde, tasarımcı sabah ürünün bir versiyonunu tasarlar, lider öğlen bitmiş ürünü görebilir, ardından saat 18:00'de başka bir versiyon tasarlar ve ertesi sabah bitmiş ürünü görebilir. Bu da yeni ürün geliştirme hızını büyük ölçüde artırır. Çok karmaşık değilse, 3D baskı bitmiş ürünleri 3 saatte üretebilirken, geleneksel prova her seferinde 4-6 hafta sürer, bu da endüstriyel tasarımın genel hızını da artırır.

(3) Kirlilik yok

 Üretilen hammaddelerin tamamı çevre dostu olduğundan, tüm üretim süreci çevre dostudur. Atık gaz ve atık su kirliliği oluşmaz ve artık malzeme israfı olmaz.

(4) Verileştirme

Dijital diş hekimliği geliştiğinde, doktorların teknik gereksinimleri büyük ölçüde azalacaktır. Hastaların hastanede sadece iki dakika boyunca cihazı kullanarak tarama yapması yeterli olacak ve tüm diş sorunlarının nedenlerini ve çözümlerini öğrenebilecekler.

Ayrıca, 3D baskı, kişiye özel ve kişiye özel şeffaf diş telleri basmak için ortodonti alanında da kullanılabilir. Plastik cerrahi sırasında dişler sola mı yoksa öne mi kaydırılmalıdır? Kaç milimetre kaydırılmalıdır? Geçmişte diş cerrahisi tamamen doktorun kişisel deneyimine dayanıyordu, ancak dijital diş hekimliği operasyonun stabilitesini artırdı ve doktorlar için teknik eşiği düşürdü.

(5) Hızlı

 Geleneksel endüstriyel süreçlerle karşılaştırıldığında, 3D baskı insan gücü ve nakliye gibi ön hazırlıklar gerektirmez. Sadece makine ve hammaddeye ihtiyaç duyar ve hızlı bir şekilde üretime alınabilir.

(6) Otomasyon

 Sanal hayal gücü ile gerçek arasında tek bir 3D yazıcı olduğu söylenebilir. 3D baskının tek tuşla üretimi, işçilik maliyetlerinden ve insan hatalarından büyük ölçüde tasarruf sağlar.