3 Boyutlu Baskı Nedir? 3D Baskı Nasıl Yapılır?

3D baskı nedir? Üç boyutlu baskı (3D Printing); bir çok farklı tanımlamaları olmakla birlikte en genel ifadeyle sanal formda (digital) tasarlanan bir nesnenin katmanlı üretim tekniğiyle katı modele dönüştürülmesidir.¹

3D yazıcı nedir? Üç boyutlu yazıcı ise (3D printer); bir modeli katmanlardan meydana gelen katı modele dönüştüren makinelerdir. İşlem, bir yazıcıda toner veya mürekkebin kağıda kaynaşmasına benzer şekilde, yatay kesitte her noktada bir sıvının veya tozun katılaşması ile yukarı doğru yükselen katmanlar oluşturulduğundan yazdırma (printing) olarak tanımlanmıştır.²

3D Baskı, 3d modeli katmanlara ayıran bir yöntemdir. Her katman 0.1 mm kalınlığında plakalardan oluşmaktadır. Oluşturulan plakalar birbiri üzerine kaynayarak model oluşturulur. Bu yönüyle bir bloğu kesme ve frezeleme ile yapılan talaşlı imalattan farklılık göstermektedir. Geride atık bırakmadığı gibi üretimde de esneklik ve yaratıcılık sağlamaktadır.³  Ayrıca 3d baskı küçük miktarlarda üretime uygun olduğundan plastik enjeksiyon teknolojisine göre daha ekonomik çözümler üretebilmektedir. Kalıba gerek duymadan sadece tasarımda yapılacak değişiklikle üretilen ürünün değişimine imkan sağlamaktadır. Bir başka avantajı ise diğer üretim metodlarıyla üretiminin zor veya imkansız olduğu modelleri üretebilmesidir.⁴ Bu yönüyle tasarımcılara limitlerin ötesinde esneklik ve yaratıcılık imkanı sunmaktadır.

3D baskı teknolojisi sıklıkla yeni parçaların üretiminde hızlı metal ve plastik prototiplerin üretiminde kullanıldığı gibi nihai ürün üretiminde de kullanılmaktadır.⁵
3d baskı teknolojisinin günümüzde ana kullanım alanları;

• Prototipleme
• Özel parça üretimi
• Hobi ve ev gereçleri üretimi

Yakın gelecekte tıp (vücut parçaları), binalar ve araçlarda da kullanılması beklenmektedir.⁶
3d baskı, pratikliği sayesinde tasarım ve prototipleme sürecinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Tasarımı, üretmek, değiştirmek, karşılaştırmalı üretim yapmak saatler, haftalar içinde mümkün olduğundan aylar süren süreci kısaltmaktadır. Yıllar içinde yazıcıların fiyatlarının düşmesi sayesinde küçük işletmelerin de kullanımı her geçen yaygınlaşmaktadır. Ayrıca dişçilikte alçı diş kalıpları yerine reçine kalıpları ve döküm modellerin kullanımı, yine kuyumculuk sektöründe kullanılan mum modeller yerine döküm reçinesiyle üretilen modeller her geçen gün yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yine 3d yazıcılar ile havacılık, askeri, biyomedikal, dişçilik vb. alanlarda özel parçalar üretilmektedir.⁷ Bu üretim teknolojisinde ihtiyaç duyulan nihai parçaların dayanıklılığı ile parçaların üretim hızını artırmaya yönelik önemli yeni teknolojik gelişmeler devam etmektedir.
3d yazıcı teknolojisinin bir başka yaygın kullanım alanı ise hobi ve ev gereçleridir. Burada karşılaşılan en büyük güçlük modelin 3d tasarımına ihtiyaç duyulmasıdır. Tasarım için ücretli/ ücretsiz CAD programları (Fusion 360, solidworks, blender, sketchup vb.) mevcut olduğu gibi yine ücretli/ücretsiz hazır modelleri (stl, obj vb. formatta) kullanıcıların hizmetine sunan web sitelerinin yaygınlaşması ve S43D gibi tasarım hizmeti veren işletmeler sayesinde bu sınırlamalar ortadan kalkmaktadır.
3d baskı teknolojisinin gelecekte tıp (ilaç, organ vb), tekstil (giyim, ayakkabı vb), konut (düşük maliyetli konut üretimi vb), otomotiv, havacılık ve uzay sanayinde gibi değişik sektörlerde daha yaygın kullanılması beklenmektedir. Tahminlere göre yakın gelecekte 3d baskı teknolojisi %18 artışla 2025 yılında 8.4 milyar dolarlık bir pazara sahip olması beklenmektedir.⁸

Katman teknolojisi ile 3d yazıcı tasarımına ilişkin ilk yayınlar 1970 yılına dayanmaktadır.⁹ 3D yazıcı için ilk patent başvurusu ise 1981 yılında Japon Dr. Hideo Kodama’nın lazer ışınıyla reçinenin kürlenme teknolojisiyle (SLA) çalışan hızlı prototipleme cihazı için yapılmıştı. Kodama finansal sorunlar nedeniyle projeyi tamamlayamadı. 1984 yılında ise Charles Hull ilk SLA (stereolithography) yazıcıyı üretmeyi başardı. Charles’in kurduğu “3D Systems” şirketi 1986’da ilk ticari yazıcıyı üretti. Aynı yıl Teksas üniversitesinden Carl Deckard bir başka teknolojiyle çalışan (SLS; selective laser sintering) 3 boyutlu yazıcı patenti için başvurdu. Bunu 1989 yılında Scott Crump’un ilk FDM (fused deposition modeling ) 3 boyutlu yazıcısı izledi.¹¹
Takip eden 20 yıl boyunca 3 boyutlu yazıcılar işletmelerde kullanılıp gelişmeye devam etti. 2005 yılında ise Dr Gordon 3 boyutlu yazıcıları herkese ulaştırmayı amaçlayan RepRap projesini başlattı. Açık kaynak kodlu bir yazılım ile başlayan proje Maketbot markalı ilk 3 d yazıcısını üretti. Böylelikle 3 boyutlu yazıcılar daha yaygın hale gelmeye başladı. Günümüzde kolay kullanımı ucuz maliyeti ile daha da yaygın hale gelmektedir.

Türkiye’de ise ilk SLA yazıcı Arçelik tarafından kurulmuştur.¹³  10 yıl içinde Arçelik’in RP (Rapid Prototyping) Laboratuarı Türkiye’nin ve Avrupanın en büyük laboratuvarlarından biri haline gelmiş, bunu 2000’li yıllarda kuyumculuk sektöründeki firmalar izlemiştir. 2003 yılından sonra ise 3d yazıcılar tıbbi uygulamalarda kullanılmaya başlanmıştır.

Yaygın olarak üç değişik 3d baskı teknolojisi kullanılmaktadır. Bunlar FDM (fused deposition modeling) SLA (stereolithography), SLS (selective laser sintering) teknolojileridir. Kullanım kolaylığı ve ucuzluğu nedeniyle prototip ve son ürün üretimlerinde en yaygın olarak kullanılanı FDM teknolojisidir.¹⁴ FDM, yazıcılar ekstrüzyon ile ileriye doğru sürülen materyalin ısıtılıp nozzle denen uçtan akıtılması ile aşağıdan yukarı doğru katmanların örülmesi esasına dayanan bir baskı şeklidir. Kızak ve miller vasıtasıyla nozzle x,y ve z eksenlerinde hareket ederek tabladan itibaren yukarı doğru obje meydana getirilir. Baskı esnasında sensörler yardımıyla istenilen sıcaklık değeri kontrol edilerek sıcaklık basılan termoplastiğin niteliğine göre ayarlanır. Değişik nitelikte termoplastikler kullanılabildiği gibi metal veya metal katkılı materyaller kullanan çeşitleri de mevcuttur.
Bir diğer teknoloji ise SLA teknolojisidir. Bir tank içindeki reçine(resin) denilen bir sıvının lazer veya gün ışığı gibi çeşitli dalga boylarında ışığa maruz bırakılması ile “kürleme” denilen katılaştırma işlemi gerçekleştirilir. Tasarlanan model yine aynı formatta yazıcının arayüz programına aktarılır ve burada ışının siddeti ve zamanı her katman için ayarlanıp G-code üretildikten sonra baskıya başlanır. Daylight modelleri her katmanda aynı anda ışık yaydığından lazere göre daha hızlıdır. Kullanım zorluğu ve pahalı olması nedeniyle daha az tercih edilirken baskı hassasiyeti yüksek olduğundan daha ziyade kuyumculuk, dişçilik gibi sektörlerde kullanılmaktadır.

3 Boyutlu yazıcılarda baskı alma süreci ilk olarak tasarımın modellemesi ile başlar. Modelleme için yapılacak tasarımın niteliği de göz önüne alınarak 3 boyutlu tasarım programlarından ( Blender, Maya, Zbrush, Sketchup, Solidwork, Fusion 360, vb.) biri tercih edilebilir. Modelleme esnasında bir başka göz önünde tutulması gereken konu ise kullanılacak yazıcı teknolojisinin özelliğine göre (SLA, FDM vb.) modelin en sorunsuz baskıyı verecek tarzda (örneğin; FDM yazıcı için desteklerden olabildiğince kaçınmak) tasarlanmasıdır. Model tasarlandıktan sonra 3d yazıcı için komutlar üretecek yazılımlar için gerekli (stl ve obj. vb.) formatta çıktı alınır.
Tasarım dosyası yazıcının anlayabileceği komutları (G-code) üretmek üzere bir arayüz programına (cura, zaxe, vb.) aktarılır. Bu program aracılığıyla baskı materyali, destek yöntemi vb seçenekler düzenlendikten sonra katmanlara göre dilimleme (slice) işlemi yapılır. Program ürettiği Gcode ile fdm yazıcılar için yazıcının eksendeki hareketlerini ısı vb değerleri düzenler ve yazıcıya komut olarak gönderir. Yazıcıda yazdırmaya başlatıldığında yazıcı bu komutlara göre baskıya devam eder ve sensörleriyle ısıyı takip eder. Sla yazıcılarda ise ışığın şiddeti ve kürlenme zamanına göre her katman için ayrı komutlar üretilerek G-code oluşturulur.

Yukarıda, üç boyutlu baskı hakkında kısa kısa başlangıç seviyesinde bilgi sunulmaktadır. Konu hakkında detaylı bilgi edinmek, baskı süreçlerimizi incelemek, tasarım ve 3d baskı konusunda destek almak için lütfen bizi arayınız.

Firmamızdaki 3d baskı süreci hakkında bilgi almak ve baskı öncesi fiyat tahmini yapmak için ise lütfen ilgili sayfamızı ziyaret ediniz.