3 dimensional printers

471

6. ULUSLARARASI MATBAA TEKNOLOJİLERİ SEMPOZYUMU6. INTERNATIONAL TECHINOLOGIE SYMPOSIUM FÜR DRUCK

6th INTERNATIONAL PRINTING TECHOLOGIES SYMPOSIUMİSTANBUL ÜNİVERSİTESİ - CERRAHPAŞA / 01-03 KASIM / NOVEMBER 2018

3 BOYUTLU YAZICILAR3 DIMENSIONAL PRINTERS

Sinan SÖNMEZ1

Uğur KESEN2

Cüneyt DALGIÇ 3

ABSTRACT

The late-1970s reputation has been on the agenda of the scientific world, and today’s fast-growing 3D printers offer end-to-end product development, product development and easy solution opportunities in many industries. Such that; it is used in the field of medicine as a part of the process of making artificial veins in mill metric dimensions in the direction of given measures and shapes and making the inner surface of this vein to be harmonized with human tissue by coated biomolecules. In this work, 3D printer will be tried to be introduced. For this purpose, the production techniques of 3D printers, the raw materials, the positive and negative aspects of the system and its usage areas will be included in the study.

Key word: 3D, Printer, Innovation

ÖZET1970’li yılların sonları itibarı bilim dünyasının gündemine girmiş olan ve günümüzde hızla gelişen 3 boyutlu (3D) yazıcılar, bir ürünün piyasaya çıkmadan son halini görmek, ürün ge-liştirmek ve birçok sektörde kolay çözüm fırsatları sunmaktadır. Öyle ki; verilen ölçüler ve şekillere uyarak milimetrik boyutlarda yapay damarlar üretmek ve bu damarın iç yüzeyini kaplanan biyomoleküller sayesinde insan dokusuna uyumlu hale getirilmesi prosesinin bir parçası olarak tıp alanında da kullanılmaktadır. Yapılan bu çalışma da 3D yazıcılar tanıtıl-maya çalışılacaktır. Bu amaçla çalışmada, 3D yazıcıların üretim teknikleri, hammaddeleri, sistemin olumlu ve olumsuz yönleri ve kullanım alanlarına yer verilecektir.

Anahtar Kelime: 3D, Yazıcı, Yenilik

1. GİRİŞGünümüz teknolojisinde 3D Printer olarak bilinen 3 boyutlu yazıcı, bilgisayar destekli prog-ramların kullanılmasıyla dijital olarak elde edilen modelleri plastik, metal vb. gibi malzeme-leri baskı esnasında ergitip kullanarak 2 boyutlu bir düzlemde her bir katmanı üst üste gele-cek şekilde ince tabakalar oluşturarak 3 boyutlu bir nesne meydana getiren bir tip yazıcıdır.

1 Doç. Dr., Marmara Üniversitesi, [email protected] Dr. Öğr. Üyesi, Marmara Üniversitesi, [email protected] Lisans öğrencisi, [email protected]

472



Her sektörde ürün geliştirme sürecinin kısaltmaya yönelik yeni üretim teknolojileri olanakla-rının artmaya devam ettiği gözlenmektedir. Günümüz üretim dünyasında firmaların rekabetçi kalabilmeleri için ürünün pazara sürüm sürecini kısaltması önem arz etmektedir. Yeni bir ürün tasarlama ve geliştirme süreçlerinde meydana gelebilecek problemlerin başlangıçta ön-görülmesi ve oluşan problemlere ait çözüm yollarını hızlı bir şekilde belirlenmesi üç boyutlu yazıcı teknolojileri ile mümkün olabilmektedir. Bilgisayar ortamında oluşturulan tasarımla-rın seri üretime geçmeden önce prototiplerinin hazırlanarak gerekli testlerin yapılması üretim sürecindeki karşılaşılabilecek problemlerin çözüm sürecini kısaltmaktadır

Üç boyutlu yazıcının başlangıcı 1970’lerin sonlarında olsa da ilk defa bir katı maddenin yaz-dırılma işlemi 1982 yılında Hideo KODAMA tarafından yapılmıştır. 3D Systems Corp.’un kurucusu Charles HULL tarafından ilk üç boyutlu yazıcı 1984 yılında üretilmiştir. O yıllar-daki teknolojiyle üç boyutlu yazıcılar boyutsal anlamda çok büyük ve maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle ağırlıklı olarak prototip üretiminde kullanılmıştır. 1988 yılında ilk renkli baskıları üreten yazıcılar için Selective Laser Sintering (SLS) ve Fused Deposition Model-ling (FDM) teknolojileri keşfedilmiştir. Üç boyutlu yazıcıların pazara girmesi 1995 yılında gerçekleşti. İlk yüksek çözünürlüğe sahip ürünler ürete üç boyutlu yazıcıyı 1996 yılında Z Corporation tasarladı. 21. yüzyılda teknolojinin gelişmesiyle üretim maliyetlerinin düşmesi nedeniyle yaygın bir pazar haline geldi. 2007 yılında Regrap adıyla ilk açık kaynak kodlarına sahip yazıcılar piyasaya çıktı. Açık kodlar ile üç boyutlu yazıcılar gelişmeye başladı. 2008 yılında Object Geometries Şirketi aynı anda farklı malzemeler kullanarak ürün üretebilen Connex500 modelini geliştirdi. 2009 yılından itibaren başlangıçta sadece sanayi ağırlıklı kul-lanılan üç boyutlu yazıcılar Makerbot ve 3D Systems şirketlerinin geliştirmiş olduğu Cubify gibi modellerle artık evlerde de kullanılmaya başlamıştır [1,2].

Üç boyutlu yazıcı teknolojisi Tıp, Uzay ve Havacılık, Kalıpçılık, Otomotiv, Dişçilik, Askeri Donanım, Mimari, Kişisel Araç Gereç, Heykelcilik, Kuyumculuk ve Eğitim alanına kadar pek çok farklı alanda kullanılmaya başlandı. Bu teknoloji ile yapılan akademik çalışmalara bakıldığında genelde ürün geliştirme, canlı doku ve organ baskısı gibi uzmanlık alanları, kişiye özel cerrahi cihazlar, yüz ve bacak protezleri, işitme yardımcıları, diş alanında dental uygulamalar, ortopedik implantlar ve diş hizalayıcılar gibi değişik alanlarda olduğu görül-mektedir. Şaşırtıcı kullanım alanlarından bir diğeri ise yiyecek sektörüdür. Üç boyutlu yazı-cılar kullanılarak kendi tasarladıkları pasta süslerini üretmektedirler. Ayrıca sanat çalışmala-rında ön modelleme aşamasında kullanılarak çalışmaların niteliğinin önceden belirlenmesine olanak sağlamıştır [3,4].

2. 3 BOYUTLU YAZICILARIN ÇALIŞMA PRENSİBİKarmaşık nesneleri Digital ortamdaki bilgisayar destekli tasarım dosyalarını kullanarak 3D yazıcılar kullanarak elde edilebilmektedir(Olla, 2015). Üç Boyutlu yazdırma teknolojileri kapsamında, Üç Boyutlu yazıcılar, modelleme yazılımları, tarayıcılar ve mürekkep (Fila-ment) bulunmaktadır. Üç boyutlu yazıcı tasarımında Autocad, 3DS MAX, SketchUp, Thin-kercad, Autodesk123D, Solid gibi yazılımlar kullanılmaktadır [5,6].

Yazdırılacak nesnenin üç boyutlu modeli bilgisayarda bir tasarım programı yardımıyla veya tarayıcılar kullanılarak oluşturulur. Oluşturulan bu model dosya olarak üç boyutlu yazıcı-

473



ya aktarılır. Bu aşamadan sonra özel dilimleme programları aracılığıyla dilimleme işlemi gerçekleştirilerek katmanlarına ayrılır. İnce tek (flament) olarak adlandırılan üç boyutlu mürekkep hammaddesini kullanarak dijital modeller nesnelere dönüştürülür. Üç boyutlu yazıcılarda hammadde olarak plastik toz, reçine, oyun hamuru, seramik, metal, yiyecek mal-zemeler, biyomateryal malzemeler, çimento, cam, çeşitli metaller, metal alaşımları ve bileşik malzemeler kullanılmaktadır. Genelde en çok tercih edilen yazdırma materyali dayanıklılığı ve sertliği ile bilinen plastiktir. Plastik malzeme ince katmanlar halinde üst üste işlenerek yazdırma işlemi ile nesnenin üç boyutlu modeli oluşturulur [7,8].

6.ULUSLARARASIMATBAATEKNOLOJİLERİSEMPOZYUMU1-3Kasım2018İSTANBUL/TÜRKİYE

haline geldi. 2007 yılında Regrap adıyla ilk açık kaynak kodlarına sahip yazıcılar piyasaya çıktı. Açık kodlar ile üç boyutlu yazıcılar gelişmeye başladı. 2008 yılında Object Geometries Şirketi aynı anda farklı malzemeler kullanarak ürün üretebilen Connex500 modelini geliştirdi. 2009 yılından itibaren başlangıçta sadece sanayi ağırlıklı kullanılan üç boyutlu yazıcılar Makerbot ve 3D Systems şirketlerinin geliştirmiş olduğu Cubify gibi modellerle artık evlerde de kullanılmaya başlamıştır [1,2]. Üç boyutlu yazıcı teknolojisi Tıp, Uzay ve Havacılık, Kalıpçılık, Otomotiv, Dişçilik, Askeri Donanım, Mimari, Kişisel Araç Gereç, Heykelcilik, Kuyumculuk ve Eğitim alanına kadar pek çok farklı alanda kullanılmaya başlandı. Bu teknoloji ile yapılan akademik çalışmalara bakıldığında genelde ürün geliştirme, canlı doku ve organ baskısı gibi uzmanlık alanları, kişiye özel cerrahi cihazlar, yüz ve bacak protezleri, işitme yardımcıları, diş alanında dental uygulamalar, ortopedik implantlar ve diş hizalayıcılar gibi değişik alanlarda olduğu görülmektedir. Şaşırtıcı kullanım alanlarından bir diğeri ise yiyecek sektörüdür. Üç boyutlu yazıcılar kullanılarak kendi tasarladıkları pasta süslerini üretmektedirler. Ayrıca sanat çalışmalarında ön modelleme aşamasında kullanılarak çalışmaların niteliğinin önceden belirlenmesine olanak sağlamıştır [3,4]. 2. 3BOYUTLUYAZICILARINÇALIŞMAPRENSİBİ Karmaşık nesneleri Digital ortamdaki bilgisayar destekli tasarım dosyalarını kullanarak 3D yazıcılar kullanarak elde edilebilmektedir(Olla, 2015). Üç Boyutlu yazdırma teknolojileri kapsamında, Üç Boyutlu yazıcılar, modelleme yazılımları, tarayıcılar ve mürekkep (Filament) bulunmaktadır. Üç boyutlu yazıcı tasarımında Autocad, 3DS MAX, SketchUp, Thinkercad, Autodesk123D, Solid gibi yazılımlar kullanılmaktadır [5,6]. Yazdırılacak nesnenin üç boyutlu modeli bilgisayarda bir tasarım programı yardımıyla veya tarayıcılar kullanılarak oluşturulur. Oluşturulan bu model dosya olarak üç boyutlu yazıcıya aktarılır. Bu aşamadan sonra özel dilimleme programları aracılığıyla dilimleme işlemi gerçekleştirilerek katmanlarına ayrılır. İnce tek (flament) olarak adlandırılan üç boyutlu mürekkep hammaddesini kullanarak dijital modeller nesnelere dönüştürülür. Üç boyutlu yazıcılarda hammadde olarak plastik toz, reçine, oyun hamuru, seramik, metal, yiyecek malzemeler, biyomateryal malzemeler, çimento, cam, çeşitli metaller, metal alaşımları ve bileşik malzemeler kullanılmaktadır. Genelde en çok tercih edilen yazdırma materyali dayanıklılığı ve sertliği ile bilinen plastiktir. Plastik malzeme ince katmanlar halinde üst üste işlenerek yazdırma işlemi ile nesnenin üç boyutlu modeli oluşturulur [7,8].

Şekil1.Eklemeliimalatişlemiakışşeması

3. 3DYAZICILARINÜRETİMTEKNİKLERİ Eklemeli imalat teknolojisi, üç boyutlu verileri kullanarak malzemenin katman katman birbiri ardına eklenmesiyle, karmaşık geometrili fiziksel parçaların hızlı bir şekilde imalatını gerçekleştirmesidir. Bu sistemde kullanılan teknikler aşağıda verilmiştir [9]. 3.1. DirektKatmanlıÜretimEklemeli imalat iki temel ilke içerir.

1. İlk katmanında üç boyutlu modele uygun şekilde konturlar oluşturulur. 2. Bir sonraki katman bir öncekinden inşa edilen katman üzerine eklenir.

Bahsi geçen ikinci adım ürün meydana gelene kadar devam eder. Bu sistem 1980’li yıllarda başlamış ve günümüz de de popülerliğini arttırmış olup birçok sektörde avantajlı üretimler gerçekleştirilmesini sağlamaktadır. Bu teknoloji sayesinde, herhangi bir organı zarar gören ve tedavi için hastanelere gelen hastalara kısa sürede yeni organ üretilmesi yakın gelecekte beklenen bir gelişmedir. Oluşturulan katmanların birleştirilmesinde eklemeli imalatta kullanılan filament malzeme önemlidir. Bu durum ürünleri birbirinden farklı kılar. Eklemeli imalatta kullanılan malzemeler; plastik, metal, seramik gibi malzemelerdir. Bu malzemelerin toz, ergimiş, sıvı ve saç halleri eklemeli imalatta kullanılmaktadır.

TM BT

BDT 3B

MODEL STL

Dosya Ön

İşlemler Dilimleme

ve sınır çizgisi

İmalat Makinesi

BDT

Şekil 1. Eklemeli imalat işlemi akış şeması

3. 3D YAZICILARIN ÜRETİM TEKNİKLERİEklemeli imalat teknolojisi, üç boyutlu verileri kullanarak malzemenin katman katman bir-biri ardına eklenmesiyle, karmaşık geometrili fiziksel parçaların hızlı bir şekilde imalatını gerçekleştirmesidir. Bu sistemde kullanılan teknikler aşağıda verilmiştir [9].

3.1. Direkt Katmanlı Üretim

Eklemeli imalat iki temel ilke içerir.

1. İlk katmanında üç boyutlu modele uygun şekilde konturlar oluşturulur.

2. Bir sonraki katman bir öncekinden inşa edilen katman üzerine eklenir.

Bahsi geçen ikinci adım ürün meydana gelene kadar devam eder. Bu sistem 1980’li yıllarda başlamış ve günümüz de de popülerliğini arttırmış olup birçok sektörde avantajlı üretimler gerçekleştirilmesini sağlamaktadır. Bu teknoloji sayesinde, herhangi bir organı zarar gören ve tedavi için hastanelere gelen hastalara kısa sürede yeni organ üretilmesi yakın gelecekte beklenen bir gelişmedir.

Oluşturulan katmanların birleştirilmesinde eklemeli imalatta kullanılan filament malzeme önemlidir. Bu durum ürünleri birbirinden farklı kılar. Eklemeli imalatta kullanılan malze-meler; plastik, metal, seramik gibi malzemelerdir. Bu malzemelerin toz, ergimiş, sıvı ve saç halleri eklemeli imalatta kullanılmaktadır.

3.2. Polimerizasyon

Polimerizasyon metodu katı tabakanın elde edilmesinde kullanılmaktadır. Sıvı monomer re-çinenin (Epoksi, Akrilat, Vinil, Eter) ultraviyole ışınlar yardımıyla katılaştırılması ile kontur ve katman oluşturmaya dayalı bir yöntemdir. Foto polimerizasyon olarak da anılır. Bazı po-

474



limerizasyon yöntemlerinde bölgesel katılaşma gerçekleştirilir. Yeşil parça tamamıyla kür-leşme gerektirmeden ek kürleşme yöntemlerine ihtiyaç duyar. Ön kürlenme fırınlarında UV ışınların gönderilmesi ile Ek kürleşme yöntemi gerçekleştirilir.

3.2.1. Steryolitografi (SLA)

Oda sıcaklığında sıvı halde bulunan fotopolimer reçine tabakasının noktasal bir morötesi lazer ışını vasıtasıyla belirli bölgelerinin kürleştirilmesi prensibine Steryolitografi tekniği denir. Bilgisayarla kontrol edilen tarama sistemi parça geometrisine görelazer ışınını reçine tabakası üzerinde gezdirerek ilk katmanı oluşturur. Parçanın bulunduğu platform katman ara-lığı kadar aşağı indirilerek bir kanat yardımı ile bir kat sıvı fotopolimer ilk katmanın üzerine sıvanır. Kürleştirme işlemi sırasıyla devam ederek parçanın üretilmesini sağlar. Katmanlar tamamlanınca parça reçine havuzundan çıkarılır.

3.2.2. Polimer Jet Yöntemi (Polyjet-Multijet) Modelleme

Yazıcı kafadaki sıcaklıkla eritilmiş inşa malzemesini püskürterek 3D modeller oluşturan sis-temdir. Farklı firmalar polyjet, multijet isimleriyle ticarileştirdiler. Polimer Jet yönteminde oda sıcaklığında sıvı halde bulunan fotopolimer reçine, her bir enjeksiyon kafası üzerindeki küçük çaplardaki çok sayıda nozullardan püskürtülerek ilk katman oluşturulur. Püskürtülen madde tahliye edildiği anda morötesi lambalar vasıtasıyla dondurularak soğuma ile katılaş-tırılır. Katmanlar halinde parça inşa edilir. Enjeksiyon kafalarından yarısı, parçayı oluşturan malzemeyi püskürtürken diğer yarısı da destek malzemesini püskürtür. Üretim tamamlandı-ğında parça tabladan mekanik yöntemlerle sökülür.

3.2.3. Dijital Işık Yöntemi (Digital Light Processing - DLP)

Anlık katılaşma için enerji kaynağı olarak dijital ışık kullanılır. Makinenin alt kısmına pro-jektör yerleştirilir. Projektörün üzerinde cam haznede reçine bulunur. Işığın geçebilmesi için alt platform şeffaf olup platformun aşağı yukarı hareketiyle katmanlar oluşturulur. SLA’ya benzer bir mantık da çalışır ancak reçine ve enerji kaynağı farklıdır.

3.2.4. Mikro Stereolitografi (Micro Stereolithography)

SLA’ya benzer bir mantık da çalışır. Daha çok küçük parçaların seri üretiminde kullanılır.

3.3. Sinterleme ve Ergitme

“Sintirleme ve Ergitme”, ana fikri malzemenin ergitilmesi, konturlanması ve katılaştırılması-na dayanan hızlı prototipleme de kullanılan bir yöntemdir [10].

Seçmeli Lazer Sinterleme (SLS) ve Seçmeli Lazer Ergitme (SLE) yöntemleri, eklemeli ima-lat yöntemleri grubuna girmektedir. Teksas Üniversitesinde Dr. Carl Deckard ve akademik danışmanı Dr. Joe Beaman tarafından bu teknoloji 1980’li yılların ortalarında geliştirilmiştir. Isıtıldığında kaynaşabilen toz halindeki inşa malzemesinin ince ve düzgün bir tabaka olarak yayılır ve ardından yüzeydeki seçilen bölgeler lazer ışınıyla taranır. Işının yüzeye çarpma-sıyla oluşan sıcaklık toz malzemeyi kısmen eriterek veya sinterleyerek temas halinde olduğu diğer toz taneleri ile kaynaşır [11].

475



3.3.1. Lazerle Sinterleme (Selective Laser Sintering - SLS)

Parça üretimi için toz malzeme ve kaynak olarak lazer demeti kullanılır. Toz malzeme ile dolu bir inşa havuzu içerisinde bir tabla bulunur. Tablanın aşağı yukarı hareketi ile katmanın oluşturulacağı hacim sağlanır.

Tabla aşağı inince tabla üzerinde kalan toz malzemeye Lazer uygulanarak hızlı bir şekilde ergime sağlanır. Eriyen malzeme boyutu, Lazer demeti çapı ve lazer kaynağı hareket hızına bağlıdır. Bu ergiyen ve katılaşan katman tamamlanınca platform aşağı indirilir. İlk katman üzerine silindir yardımı ile toz serilir. Lazer kaynağından gelen ışın ile yeni katmanın katı-laştırılması ve önceki katmana bağlanması sağlanır. Bu işlem nihai parça elde edilene kadar devam eder. Fazla tozu ayırma işlemi break out” olarak adlandırılmaktadır. Bu süpürme iş-lemi kumlama ya da fırçalama ile yapılır. Bu yöntem sadece plastiğe değil aynı zamanda alüminyum, paslanmaz çelik, titanyum, nikel alaşımı, kobalt krom, seramik ve poliamid gibi malzemelere de uygulanabilir [12,13].

3.3.2. Lazer ile Ergitme (Selective Laser Melting - SLM)

Lazerle Sinterleme metodundan faklı olarak toz parçacıklarının eriyip birbirine tutunması ile işlemin gerçekleştirilmesidir. SLS metodunda lazer kaynağın ergime olayının toz parti-küllerinin birbiri ile bağını oluşturmaya yönelikken, SLM’de tam ergime yapılarak saf metal elementler elde edilir. Tam yoğunluklu malzeme üretimi için SLM metodu kullanılır.

Tezgahları SLS tezgahlarına benzerdir. İçeriden gaz tahliyesi yapılarak yanıcı ve tutuşucu gazların oluşumu engellenir. Ya da içeri Ti ve Mg gibi koruyucu malzemeler eklenir. Katman kalınlığı 1- 5 µm, duvar kalınlığı 30 µm, lazer odaklama çapı 20 µm’den düşük olduğu için SLM’nin hassasiyeti düşüktür. Bu nedenle de maliyeti yüksektir.

3.3.3. Elektron Işınlı Ergitme (EBM)

Toz halindeki metalleri ısıtarak ergitme ve birleştirme prensibiyle oluşan yönteme Elekt-ron Işınlı Ergitme işlemi adı verilir. Bu yönü SLS metoduna benzemektedir. Ancak EBM işleminde tam yoğunlukta metal parçalar, güçlü bir elektron ışınıyla tam yoğunluklu metal parçalar ergitilerek parça inşa edilir. EBM makinesi 3D Bilgisayar destekli tasarım model verilerini okuyarak toz malzemelerin ardışık katmanlarını oluşturur. 1000 0C sıcaklıkta va-kumda bulunan hareketli tabla üzerine serilen metal tozları, bilgisayar kontrollü elektron bombardımanına tutularak yaklaşık 0,1 mm kalınlığında tabaka oluşturulur. 28000C’de elekt-ronlar hızlandırıldıktan sonra ışık hızının yarısı değeri bir hızla toza çarpar. Bu elektronların kinetik enerjisi metali ergitir. Ergitmeden sonra tabla dikey doğrultuda kaydırılır ergitilecek yeni tabaka toz serilir.

3.4. Katı Zemin Kurleme (SGC)

İngilizcesi “Solid Ground Curing (SGC)” olarak bilinir. SGC sisteminde yüzeye ince bir ta-baka fotopolimer püskürtülür, aynı zamanda cihazın başka kısmında cam plaka üzerine elekt-rofotografi yöntemiyle cam üzerine toner ile maske oluşturulur. Her bir katman için ayrı bir maske hazırlanır. Kullanılan toner bir sonraki maskede tekrar kullanılır. Fotopolimer tabakası üzerine getirilen maskeye güçlü bir ampule ultraviole ışık uygulanır. Maskelenmemiş bütün

476



alanlar kür olur. Elektrikli süpürge gibi bir vakum kafası ile sıvı halde kalan fotopolimer emilir. Erimiş mum destek malzemesi olarak vakum ile temizlenen boşluklara püskürtülür. Soğutulan metal bir plaka mumun hozlı sertleşmesi için mumun üzerine bastırılır. Bir sonraki işlem için bir freze çakısı ile yüzeyin düzeltilmesi amacıyla tıraşlanır.

3.5. Katman Laminasyonu ile Üretim (Layer Laminated Manufacturing - LLM)

Folyo veya saç halindeki kağıt, plastik, metal ya da seramik kaynak işlemleri, ultrasonik veya yapıştırıcı yardımıyla birleştirilmesi ve lazer, bıçak veya freze ile istenilen geometriye kesilmesiyle, gerçekleşen eklemeli imalat yöntemidir. Masif ve büyük parçaların işlemesinin hızlı olması en büyük avantajıdır.

3.5.1. Lamine Nesne Üretimi (Laminated Object Manufacturing - LOM)

1001’de ilk ticari Lamine nesne imalatı Helisys tarafından geliştirilerek piyasaya sürülmüş-tür. Genel olarak inşa platformu üzerine bir levha ilerleten besleme mekanizması, levhayı alttaki katmana yapıştırmada basınç uygulamak için bir ısıtılmış silindir ve her bir levha kat-manında parçanın dış hatlarını kesmek için bir lazer kullanılmaktadır. Yapışkan kaplı levha malzemenin bir önceki katmanın üzerine yapıştırılması, kesilmesi ve yığılması ile parçalar imal edilmektedir. Her katmandaki levhanın dış kısmını lazerle keser ve her kesme işlemiyle diğer bir levha yeni bir katman olarak üzerine yerleştirilir. Bu platform hafifçe yükselerek ısıtılmış bir silindirle yeni katmanı yapıştırmak için basınç uygulanır. Bu şekilde işlemler tekrar edilir.

3.6. Toz Bağlayıcılı Üretim - 3D Yazıcı (3D Printer)

50 µm boyutlu toz partiküllerin içerisine çok ağızlı bir nozuldan yapıştırıcı püskürtülerek, toz partikülleri birbirine bağlanmakta, bir merdaneyle yeni bir katman toz serilmektedir. Parçayı çevreleyen ve aynı zamanda destek görevi gören tozlar vakum temizleyiciyle veya fırçayla temizlenir.

3.7. Ekstruzyon - Ergitilmiş Katman Modelleme

Eklemeli imalatta en yaygın olan Ekstrüzyon ile model oluşturmadır. Ergitilme ve termoplas-tik filamentlerle beslenerek 3D model oluşturulur.

a) Ergitilmiş Katmanla Üretim (Fused Deposition Modeling/Fused Filament Fabrication/ - FDM/FFF)

19988’de ortaya çıkan bu teknsiğin ismi “Fused Deposition Modeling (FDM)” ‘dir.Bu tek-nikte inşa malzemesi olan termoplastik malzeme makaraya sarılmış olarak cihaza beslenir. Kontrollü tahrik düzeneğiyle nozula beslenen flament, nozula ulaştığında sıcaklıkla ergiyerek yarı-ergiyik hale getirilir. İki boyutlu hareket eden Ekstrüzyon kafasındaki ince uçlu nozul-dan erimiş malzeme malzemeye akıtılıp yüzeye ince bir tabaka halinde sıvanarak katmanlar oluşturulur. İnşa ve destek malzemesi olarak ABS, polikarbonat, PetG ve PLA gibi yüzlerce polimer malzeme kullanılır.

477



4. 3D Yazıcılarda Kullanılan Hammaddeler : 3D yazıcılar hammaddeyi eriterek katmanları üst üste yığarak, katmanlı imalat (Additive Manufacturing) teknolojisinden faydalanıp 3 boyutlu gerçek bir nesne oluşturuyor. Bu işlem-de kullanılan hammaddelere Filaman (Filament) denilmektedir.

4.1. PLA

PLA (Polilaktik Asit) mısır nişastası bazlı bir çeşit bioplastiktir. Günümüzde sıkça tercih edilmesinin sebebi sağlığa herhangi bir zararının bulunmamasıdır. Geri dönüşümle gübre olarak da kullanılabilmektedir. İdeal işleme sıcaklığı olarak 180-200 0C arası tavsiye edil-mektedir. PLA malzeme kullandığınız zaman eflatundan deniz mavisine kadar geniş bir renk seçeneğiniz bulunmaktadır.

Şekil 2. Polilaktik Asit malzemeli ürünler

4.2. ABS

ABS (Akrilonitril bütadien stiren) petrol bazlı bir plastiktir. Isıtmalı platforma ihtiyaç du-yan ABS baskı oldukça sağlamdır. ABS’nin ideal baskı sıcaklığı 250-260 0C olup mat bir görünüme sahiptir. PLA gibi sıkça kullanılmaktadır.

4.3. PVA

Baskı esnasında havada basılamayan nesneler için destek denilen yapılar oluşturulmaktadır. PVA (Polivinil Alkol) sıvıda çözünme özelliğiyle günümüzde mevcut olan en iyi destek materyallerinden biridir. Sıcak veya soğuk suya atılıp çözünerek parçanızın desteklerden kur-tulmasına yardımcı olur.

4.4. Katkılı PLA Filamentler

4.4.1. .Ahşap

Gerçek bir ahşap görünümü ve kokusu katmak için ahşap filament iyi bir seçimdir. Diğer ter-moplastik filamentler (ABS, PLA) gibi ahşap filament de benzer bir baskı sürecinden geçer. Gerekli işleme ısısı 175-250 0C arasında değişir ve baskı hızı 20 mm/s’dir.

478



Şekil 3. Ahşap malzemeli ürünler

4.4.2. Bakır - Bronz - Bambu

%30 karışımlı yapısıyla gerçek bir bakır veya bronza dokunurmuş gibi bir izlenim bırakır. Bu baskı yöntemi imal edilecek parçalara doku olarak farklı bir değer katar.

4.4.3. Naylon

Naylon filament oldukça dayanıklı ve güçlü yapısıyla daha çok medikal alanda sıkça kullanı-lır. En çok kullanılan filamentlere Nylon618 ve Nylon615 örnek verilebilir.

4.4.4. PET - PETG

Pet kristalimsi ve renksiz bir hammaddedir. Isıtıldığında ve soğutulduğunda saydamlığı de-ğişir. PETG gibi modifikasyona uğramış versiyonu da mevcuttur. Baskı işlem sıcaklığı 160-170 0C önerilmektedir.

4.4.5. Sıvı Reçine (Resine)

Özellikle Stereolithography (SLA) adı verilen bir 3D baskı tekniğinde sıvı reçineler, kullanıl-maktadır. Ayrıntı konusunda üst düzey bir kalite sunmasına rağmen maliyeti yüksektir. Sıvı reçine kuyumculuk, mimarlık ve dişçilik sektörlerinde sıkça kullanılmaktadır.

5. 3D Yazıcıların Avantajları ve Dezavantajları

5.1. 3D Yazıcıların Avantajları

Bilgisayar destekli tasarım ile hazırlanan ürün modeli saatler hatta dakikalar içerisinde ta-sarlanan nesneler oluşturulabilir. Geleneksel yöntemlerle üretim yapılırken ihtiyaç duyulan makine, teçhizat ve işçilik maliyetleri azalır. Birçok işi (frezeleme, tornalama, üretim sonrası talaş temizleme vb.) ortadan kaldırır. Karmaşık yüzey geometrisi olan nesneler kolayca nes-nelere dönüştürülebilir. Kullanılan sarf malzemesi filamentlerin temini hem kolaydır hem de uygun fiyattadır. Birçok sarf malzemesi bioplastik olduğu için sağlığı olumsuz etkileyecek özelliği yoktur.

479



Şekil 4. 3D uygulaması

Ergitirken çevreye zehirli gazları çıkarmazlar. Ayrıca doğada çözülebilme özellikleri vardır. Geleneksel yöntemlere göre maliyeti oldukça düşüktür. Mühendislik eğitiminde tasarım ça-lışmalarında kullanılabilmektedir. [14,15]

5.2. 3D Yazıcıların Dezavantajları

Diğer seri üretim yöntemlerine göre 3D yazıcıların üretim süresi daha uzun bir üretim yön-temidir. Diğer üretim yöntemlerinde gereken kalıp, takım tasarım gibi aşamaların 3D yazıcı-larda olmaması nedeni ile toplamda daha hızlı ürün gerçekleştirilebilmektedir. Sadece üretim süresini için 3D yazıcılar seri üretimde diğer tekniklere göre daha yavaştır.

Yüzey pürüzlülüğü, en profesyonel makinelerden en amatör kendin yap makinelere kadar bütün 3D yazıcılarda yüzey pürüzlülüğü bir problemdir. Katmanlar çok çok küçük bile olsa dikkatli bakıldığında gözlemlenebilir. Malzeme sınırlılığı; son teknolojik gelişmelerle birlik-te malzeme seçenekleri oldukça artmış olsa da, geleneksel üretim yöntemleri ile karşılaştı-rıldığında malzeme çeşitliliği oldukça azdır. Döküm ve talaşlı imalat ile karşılaştırıldığında hassasiyet oldukça büyük bir problem olarak karşımıza geliyor. Ebatlar, 3D yazıcı tekniği ile dev makine parçaları üretmek oldukça problemlidir. Hacim büyüdükçe yukarıda bahsedilen problemler katlanarak artıyor.

6. Basım Sektörunde 3D Yazıcılar

Basım sektöründe 3D yazıcıları ile birçok alanda proto tipleme, proje ve maket üretimi ger-çekleştirilerek seri üretim öncesi karşılaşılabilecek problemlerin önüne geçilebilmektedir. Aynı zamanda promosyon alanında hizmet veren firmalar için 3 boyutlu promosyon çözüm-lerin üretilmesi aşamasında ve kişiye özel hediyelerin hazırlanmasında kullanılmaktadır. Bu amaçla kullanılan 3D yazıcılar tek renk ya da CMYK baskı teknolojisi ile renkli üretimler gerçekleştirerek sektörün ihtiyaçlarına cevap verebilmektedir. Ayrıca 3D yazıcılar kullanı-larak açık hava reklamcılığına yeni bakış açıları kazandırılmış, 3D teknolojisinin imkanları kullanılarak diğer sektörler de olduğu gibi basım sektöründe de birçok makinanın yedek parçaları herhangi bir kalıp maliyeti olmaksızın parça üretimleri yapabilmektedir.

480



7. SONUÇLARGünümüz teknolojisindeki hızlı gelişmelere paralel olarak önem kazanan teknolojilerden biri de hızlı prototipleme teknolojisi olan 3D baskı teknolojisidir. 3D yazıcıların sahip oldukları en önemli avantajları, zaman ve maliyet tasarrufu, yedeklemeyi kolaylaştırma, geometrik özgürlük, güvenlik ve gizlilik, çevre dostu olma gibi olanaklar sayesinde farklı disiplinlerde uygulama alanı bulmaktadır.

3D yazıcı kullanım alanları tıp, uzay ve havacılık, kalıpçılık, otomotiv, dişçilik, askeri dona-nım, mimari, kişisel araç gereç, heykelcilik, kuyumculuk, reklam, promosyon ve eğitim ala-nına kadar pek çok farklı alanda kullanılmaya başlandı. Son kullanılan teknolojilerle birlikte ürün geliştirme, canlı doku ve organ baskısı gibi uzmanlık alanları, kişiye özel cerrahi cihaz-lar, yüz ve bacak protezleri, işitme yardımcıları, diş alanında dental uygulamalar, ortopedik implantlar ve diş hizalayıcılar gibi geniş uygulama alanları olduğu görülmektedir.

Bu çalışmada, 3D yazıcıların üretim teknikleri, hammaddeleri, sistemin olumlu ve olumsuz yönleri ve kullanım alanlarına yer verilmiştir.

3D yazıcı teknolojileri ARGE çalışmaları yanında eğitim alanında da kullanılmaya başla-mıştır. 3D yazdırma teknolojilerinin eğitim alanında yoğun biçimde kullanılmıyor olmasının en önemli nedenleri arasında, bu teknolojiyi etkin biçimde kullanması beklenen öğrencile-rin 3B yazdırma teknolojisiyle birlikte gelen yazılım ve donanımı kullanabilme adına gere-ken niteliklere tam olarak sahip olmaması ve öğrenme-öğretme ortamlarında kullanımının oluşturacağı maliyetin fazla olması yer almaktadır. Ürün tasarım maliyetlerinin düşmesi ve öğrencilerin gerekli yazılım ve donanım bilgilerini alması ile eğitimde de yaygın olarak kul-lanılmaya başlayacaktır.

8. KAYNAKLAR[1] Shellabear, M., Lenz, J., and Junior, V., “E-manufacturing with Laser Sinte-

ring—to Series Production and Beyond, in: Proceedings of the Fourth Laser Assisted Net Shape Engineering”, (2004), vol. 1, September, Erlangen, Germany, pp. 435–444.

[2] Alcisto, J., Enriquez, A., Garcia, H., Hinkson, S., Steelman, T., Silverman, E., Val-dovino, P., Gigerenzer, H., Foyos, J., Ogren, J., Dorey, J., Karg, K., McDonald, T., and Es-Said, O. S., (2011) “Tensile Properties and Microstructures of La-ser-Formed Ti-6Al-4V”, JMEP, 20(2), p 203–212.

[3] Lohfeld, S., McHugha, P., Serban, D., Boyleb, D., O’Donnell, G., and Peckitt, N., (2007) “Engineering Assisted SurgeryTM: A Route for Digital Design and Manufacturing of Customised Maxillofacial Implants”, Journal of Materials Processing Technology, 183, 333–338,

[4] Jun, Y., and Choi, K., (2010) “Design of Patient-Specific Hip Implants Based on The 3D Geometry of The Human Femur”, Advances in Engineering Software, 41, 537–547.

[5] Duman, B, and Kayacan M. C., “Seçmeli Lazer Sinterleme Tezgâhı İçin

481



İmalat Yazılımı Geliştirilmesi” SDU International Journal of Technologies Science 2016;8(3):27-45.

[6] Kai, C. C., Jacob, G. G. K., and Mei, T., (1997) “Interface Between CAD and Rapid Prototyping Systems Part 1: A Study of Existing Interfaces”. Internatio-nal Journal of Advanced Manufacturing Technology, 13, 566-570.

[7] Giannatsis, J., and Dedoussis, V. (2009). “Additive Fabrication Technologies Applied To Medicine And Health Care: A Review”, Int. J. Adv. Manuf. Tech-nol., 40, 116-127.

[8] Çelik, İ., Karakoç, F., Çakır, M. C., and Duysak, A. (2013). “Hızlı Prototipleme Teknolojileri ve Uygulama Alanları”. Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 31, 53-69.

[9] Zhang, L.-C., Han, M., Huang, S.-H., (2003) “CS File - An Improved Interface Between CAD and Rapid Prototyping Systems”. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 21,15–19.

[10] Tolosa, I., Garciandía F., Zubiri F., Zapirain F., and Esnaola A., (2010) “Study of Mechanical Properties of AISI 316L Stainless Steel Processed by Selec-tive Laser Melting, Following Different Manufacturing Strategies, Advanced Manufacturing Technology”, 5, 639–647.

[11] Deckard, C., (1989) “Method and Apparatus for Producing Parts by Selecti-ve Sintering”. US Patent 4,863,538, filed 17 October 1986, published 5 September 1989.

[12] King, D., and Tansey, T., (2002) “Alternative Materials for Rapid Tooling”. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 121, 313–317.

[13] Partee, B., Hollister, S. J., and Das, S. (2006) “Selective Laser Sintering Process Optimization for Layered Manufacturing of CAPA® 6501 Polycaprolactone Bone Tissue Engineering Scaffolds”. Journal of Manufacturing Science and En-gineering(ASME), Vol. 128, 531-540.

[14] Kuzu Demir, E. B., Çaka, C., Tuğtekin, U., Demir, K., İslamoğlu, H., and Kuzu, A. (2016) “Üç Boyutlu Yazdırma Teknolojilerinin Eğitim Alanında Kullanımı”, Türkiye’deki Uygulamalar Ege Eğitim Dergisi. (17) 2: 481 – 503.

[15] Lipson, H., and Kurman, M. (2013) “Fabricated: The New World of 3D Prin-ting”. Indianapolis, IN: John Wiley & Sons, Inc.

3 dimensional printers

Documents