Üç boyutlu baskı

Üç boyutlu yazıcı ve üç boyutlu baskı

Üç boyutlu baskı, 3 boyutlu olarak tasarlanmış sanal bir nesnenin polimer, kompozit, reçine gibi malzemeler ile ısıl veya kimyasal işlemden geçirilerek üretilme işlemidir.

Bu işlemi gerçekleştiren cihazlara ise üç boyutlu yazıcı adı verilir. Baskılar, birden fazla türde hammaddenin kullanılması ile yapılabilmektedir. Yaygın olarak kullanılan hammaddeler PLA ve ABS adı verilen sert plastiklerdir.

Farklı türlerde ve tekniklerde baskı yapabilen üç boyutlu yazıcılar vardır. En yaygın kullanıma sahip olan üç boyutlu yazıcıların çalışma prensibi bilgisayar ortamında hazırlanmış herhangi bir üç boyutlu nesnenin sanal olarak katmanlara bölünmesine ve her bir katmanının eritilen hammadde dökülerek üst üste gelecek şekilde basılmasına dayanır.

Tarihçe

1940-1950

3B baskı konsepti ilk olarak Murray Leinster tarafından 1945 tarihli "Things Pass By" adlı kısa öyküsünde tanımlanmıştır: “Ama bu yapıcı (constructor) hem verimli hem de esnektir. Bu hareketli kola manyetronik plastikleri — günümüzde evler ve gemiler yapmak için kullanılan malzemeyi — besliyorum. Kol, foto-hücrelerle taradığı çizimleri takip ederek havada çizimler yapıyor. Ancak çizim kolunun ucundan plastik çıkıyor ve çıkarken sertleşiyor… yalnızca çizimleri takip ederek.”

Ayrıca Raymond F. Jones tarafından, Astounding Science Fiction dergisinin Kasım 1950 sayısında yayınlanan "Mesleğin Araçları" adlı öyküsünde de tanımlanmıştır. O öyküde buna "moleküler püskürtme" adını vermiştir.

1970

1971 yılında Johannes F. Gottwald, Liquid Metal Recorder (Sıvı Metal Kaydedici) için ABD patenti 3596285A'yı aldı. Bu cihaz, yeniden kullanılabilir bir yüzey üzerinde çıkarılabilir metal üretim yapmaya yarayan sürekli mürekkep püskürtmeli bir metal malzeme cihazıydı. Üretilen bu metal yüzey ya doğrudan kullanılabiliyor ya da eritilerek tekrar baskıda değerlendirilebiliyordu. Bu, hızlı prototipleme ve talep üzerine kontrol edilen desen üretimiyle 3D baskıyı tanımlayan ilk patent olarak görünmektedir.

Patentin ifadesi şu şekildedir:

Burada kullanılan “baskı” terimi dar anlamda değil, yazı yazmayı veya başka sembol, karakter ya da desen oluşturmayı da kapsar. Buradaki “mürekkep” terimi yalnızca boya ya da pigment içeren maddeleri değil, aynı zamanda semboller, karakterler veya bilgi desenleri oluşturmak için yüzeye uygulanmaya uygun herhangi bir akışkan madde ya da bileşimi ifade eder. Tercih edilen mürekkep türü sıcak eriyik (hot melt) tipidir. Buluşun gereklerini karşılayabilecek ticari olarak mevcut mürekkep bileşimlerinin kapsamı henüz bilinmemektedir. Ancak bu buluşa göre tatmin edici baskı, mürekkep olarak iletken metal alaşımı kullanılarak sağlanmıştır.

Bununla birlikte, bu denli büyük ve sürekli ekranlar için malzeme gereksinimleri, o dönemde bilinen oranlarda tüketilip boyut artışına bağlı olarak daha da yükseldiğinde, yüksek maliyet böyle bir sürecin ya da düzeneklerin yaygın kullanılmasını ciddi biçimde sınırlayacaktı.

Bu nedenle, buluşun ek bir amacı da belirtilen türde bir süreçte malzeme kullanımını en aza indirmektir.

Buluşun bir diğer amacı, süreçte kullanılan malzemelerin geri kazanılarak yeniden kullanılmasıdır.

Buluşun bir başka yönüne göre, yazı yazma veya benzeri bir işlem için tasarlanan bir kombinasyon, bir taşıyıcı üzerinde bilgi desenini görüntülemeyi ve desenin taşıyıcıdan silinmesini sağlayan bir düzeni içermektedir.

1974 yılında ise David E. H. Jones, New Scientist dergisindeki düzenli köşesi Ariadne'de 3D baskı kavramını ortaya koymuştur.

1980

1980'li yıllarda ilk katkı üretim (additive manufacturing) ekipmanları ve malzemeleri geliştirildi.Buna rağmen 2010 yılından sonra adı daha fazla duyulmaya başlanmış ve günümüzde çok daha yaygın bir şekilde kullanılır hale gelmiştir. Yaygın kullanımın başlıca nedenleri arasında; medyada daha fazla yer almaya başlaması, birçok girişimci firmanın bu teknolojiye yatırım yapması, akademik çevrelerin ilgi göstermesi, teknolojinin birçok alanda getirdiği kolaylıklar ve avantajlar ile üretim maliyetlerinin düşmesi gösterilebilir. İlk üç boyutlu yazıcı 1984 yılında Chuck Hull ile birlikte 3D Systems firması tarafından üretilmiştir.

Günümüzde ise birçok firma üç boyutlu yazıcı üretmeye ve satmaya başlamıştır. 2012 yılı itibarıyla üç boyutlu yazıcıların piyasa hacmi 2,2 milyar dolara erişmiş ve 2011 yılına göre %29'luk bir artış göstermiştir. Üç boyutlu yazıcılar büyük oranda kendi parçalarını basabilir. Elektronik parçalar ve motorlar dışında neredeyse bütün mekanik parçalar 3D yazıcı tarafından basılabilir. İleride üç boyutlu yazıcıların kendisini tamamıyla basabilecek yeteneğe sahip olması bazı iddialar arasındadır. Örneğin, diğer 3B basım teknolojilerinin baz aldığı RepRap, kendini çoğaltabilecek yeteneğe sahiptir. Günümüzdeki 3D yazıcıların çoğunluğu ilk düşük maliyetli yazıcılardan olan açık kaynaklı RepRap projesini baz almıştır. RepRap projesi açık kaynak 3D yazıcıların geliştirilmesine katkı sağlamıştır.

Genel ilkeler

3B basılabilir modeller

Bilgisayar ortamında hazırlanmış bir 3D tasarım

Üç boyutlu tasarımlar bilgisayar ortamında CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) programları ile tasarlanabilir. Ayrıca herhangi bir obje üç boyutlu tarayıcılar ile taranıp sanal ortama üç boyutlu tasarım olarak geçirilebilir. Üç boyutlu tarama işlemi gerçek bir objenin analiz edilmesi ve veri toplanması ile yapılır. Bu sayede üç boyutlu taranan herhangi bir objenin dijital ikizini basmak mümkün hale gelmektedir.

Bilgisayar ortamında 3B tasarım yapmak deneyim gerektirebilir. Shapeways, Thingiverse bu tasarımların bulunabileceği web sitelerinden bazılardır. Bu web siteleri üzerinde birçok baskıya hazır üç boyutlu tasarım ücretsiz olarak indirilebilir ve basılabilir.

Baskı işlemi

Dilimleme İşlemi

Baskı İşlemi

Konvansiyonel FDM tipi 3B yazıcılarda baskı işlemi bilgisayar ortamında başlayıp yazıcının baskıyı yapmasıyla tamamlanır. Bazı üç boyutlu yazıcılar bilgisayar bağlantısına gerek duymadan hafıza kartı üzerindeki tasarım dosyasını okuyarak baskı yapabilmektedir. Üç boyutlu tasarım dosyaları bilgisayar yazılımı aracılığı ile dilimleme işleminden geçirilir ve üç boyutlu olarak basılabilir dosya formuna dönüştürülür. Bu dosyalar STL dosya formatındadır. Üç boyutlu yazıcının baskı sırasında yapacağı bütün hareketler ve ne zaman hammaddeyi dökmeye başlayacağı bilgisi gibi bilgiler bu dosya içerisindedir. Yazıcının çözünürlüğü katmanın kalınlığına ve x-y eksenleri üzerindeki hareket hassaslığına bağlıdır. Genelde baskı kalınlığı 100 µm (250 DPI). Fakat bazı yazıcılar çok daha yüksek çözünürlükte baskı yapabilmektedir. 16 µm (1,600 DPI). Baskı süresi yazıcıya ve basılan tasarıma göre değişkenlik göstermektedir.

Kullanım alanları

Endüstriyel kullanım

Daha maliyetli ve diğer yazıcı türlerine kıyasla daha iyi sonuç veren yazıcılar kullanılır.

Tüketici kullanımı

Birçok model ve türde yazıcılar bulunmaktadır. Klasik masa üstü üç boyutlu yazıcıların üretim maliyetleri düşmektedir.

Masaüstü 3D yazıcı

Uzay araştırmalarında kullanımı

NASA uzayda 3B basım teknolojisini kullanarak besin üretimi yapmak için araştırma yapmaktadır. NASA ayrıca uluslararası uzay istasyonuna astronotlara yardımcı olması ve kabiliyetlerini artırmak için 3B yazıcı göndermiştir.

Ayrıca bakınız

• SLM 3 Boyutlu Baskı Teknolojisi
• Seçici lazer sinterleme (SLS)
• Üç boyutlu tarama
• Hızlı prototipleme
• Üç boyutlu biyoyazıcı

Dış bağlantılar

• "www.nasa.gov". 15 Şubat 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
• "www.nasa.gov". 22 Şubat 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi.