3D Baskı Prensiplerine Giriş

3D baskıkatmanlı üretim olarak da bilinen 3D baskı, dijital bir dosyadan üç boyutlu katı nesneler yapma sürecidir. 3D baskılı bir nesnenin oluşturulması, eklemeli süreçler kullanılarak gerçekleştirilir. Eklemeli bir süreçte, nesne oluşturulana kadar birbirini takip eden malzeme katmanları serilerek bir nesne oluşturulur. Bu katmanların her biri, nihai nesnenin ince dilimlenmiş yatay bir kesiti olarak görülebilir.

3D baskı, örneğin bir freze makinesi ile bir metal veya plastik parçasını kesen / oyan eksiltici üretimin tersidir.

3D baskı, geleneksel üretim yöntemlerine göre daha az malzeme kullanarak karmaşık (işlevsel) şekiller üretmenizi sağlar.

3D Baskı Nasıl Çalışır?

3D baskı sürecindeki 3 temel adım şunlardır:

1. Oluşturmak istediğiniz nesneyi tasarlama ve dijital olarak modelleme
2. 3D yazıcının hazırlanması ve kurulumu
3. Nesneyi katman katman yazdırma

3B Modelin Tasarlanması

3D baskıda ilk adım, inşa etmek istediğiniz nesnenin sanal bir tasarımını yapmaktır. 3D modelleme yazılımı bu tasarımı yapmanızı sağlar.

Popüler 3D modelleme yazılımı şunları içerir:

• Blender
• AutoCAD
• SketchUp
• Fusion 360
• Tinkercad
• 3ds Max
• Maya

3D tarayıcılar, mevcut bir nesneyi tarayarak dijital bir model oluşturmak için de kullanılabilir. Elde edilen tarama verileri daha sonra bir 3D modele dönüştürülür.

CAD (bilgisayar destekli tasarım) yazılımı genellikle makine parçalarını ve aletlerini modellemek için kullanılır. Tasarım, 3D nesnelere ekstrüde edilen veya döndürülen 2D eskizlerden oluşur.

Dijital model tamamlandıktan sonra, 3D yazıcı yazılımı modeli yüzlerce veya binlerce yatay katmana böler.

Dilimlenmiş dosya, baskı kafasının nesneyi katman katman yeniden oluşturmak için izlemesi gereken yolu gösterir. Dosya ayrıca dolgu desenleri ve malzeme yoğunlukları hakkında bilgi içerir.

Dilimleme yazılımı, baskı katmanlarını oluştururken katman yüksekliği, dolgu yüzdesi ve baskı hızı gibi parametreleri dikkate alır.

Popüler dilimleme yazılımı şunları içerir:

• Cura
• Slic3r
• Simplify3D
• KISSlicer

3D Yazıcının Hazırlanması

Bir 3D yazıcıyı hazırlamak için imalat aşamasının düzleştirilmesi ve doğru baskı malzemesinin yüklenmesi gerekir.

• Filament yazıcılar için, filament kılavuz tüpü ekstrüdere doğru geçirilir.
• Toz yataklı yazıcılar için toz haznesi doldurulur.
• Reçine tankları stereolitografi yazıcılarında sıvı reçine ile doldurulur.

Doğru baskı yatağı yüzeyi, basılan malzemeye göre kurulmalı ve hazırlanmalıdır. Örnekler arasında ressam bandı, PEI levhalar, yapıştırıcı vb. yer alır.

3D yazıcı doğru malzeme ile kurulduktan sonra, dilimlenmiş dosya yazıcıya aktarılır. Bu işlem USB bellek, Wi-Fi veya kablolu bağlantı yoluyla yapılabilir.

Son hazırlık adımı, yazıcı yazılımında aşağıdaki gibi ayarları yapmaktır:

• Baskı çözünürlüğü
• Baskı hızı
• Destekler
• Soğutma fanı hızı
• Yatak sıcaklığı
• Ekstrüder sıcaklığı
• Ve diğer çeşitli özel ayarlar

Baskı başlatıldığında, ilk katman yapı platformuna basılır. Daha sonra nesnenin geri kalanı tamamlanana kadar katman katman oluşturulur.

Katmanlar Nasıl Oluşur?

Bir nesneyi oluşturmak için 3D baskıda katmanların oluşturulmasının birkaç yolu vardır. Başlıca 3D baskı teknolojileri aşağıda kısaca açıklanmıştır.

Malzeme Ekstrüzyonu

Fused Deposition Modeling (FDM) olarak da bilinen malzeme ekstrüzyonu, en yaygın tüketici 3D baskı teknolojisidir. Uygun fiyatlı ev tipi 3D yazıcılar tarafından kullanılır.

FDM'de PLA, PETG veya ABS gibi termoplastik filament bir bobinden çözülür ve bir ekstrüzyon nozul kafasına beslenir. Nozül, hassas bir şekilde kontrol edilen motorlar kullanılarak hem yatay hem de dikey yönde hareket edebilir.

Nozül, filamenti erime noktasının üzerinde ısıtır ve sertleştiği yapı platformuna (veya en son basılan katmana) ekstrüde eder. Nesne, her katmanın katılaştığı ve altındaki katmana yapıştığı katman katman oluşturulur.

Destek yapıları çıkıntılar ve köprüleme sırasında inşa edilir. Baskı bittikten sonra destek yapısı kaldırılabilir.

FDM'nin en popüler uygulaması prototiplemedir.

KDV Polimerizasyonu

VAT polimerizasyonunda en yaygın teknoloji stereolitografidir (SLA).

SLA, UV lazer ile sertleştirilen sıvı fotopolimer reçine ile dolu bir kap kullanır.

Yapı platformu reçine tankının yüzeyinin hemen altına yerleştirilmiştir. Lazer ışını, katılaşan sıvı reçine üzerinde ilk katmanın desenini çizer.

Platform daha sonra hafifçe yükselir ve lazer bir öncekinin hemen üzerindeki bir sonraki katmanı çizer. Bu işlem nesnenin tamamı inşa edilene kadar devam eder.

Fazla sıvı reçine sürekli olarak boşaltılır. Baskıdan sonra, fazla reçineyi çıkarmak için nesnenin bir çözücü içinde durulanması gerekir.

Baskı sırasında desteklere ihtiyaç duyulur, ancak reçinenin özellikleri nedeniyle baskıdan sonra çıkarılması nispeten kolaydır.

Reçinenin kendiliğinden yayılan özellikleriyle birleşen pürüzsüz baskı katmanı çizgileri, bu işlemin mükemmel yüzey kalitesine sahip son derece hassas parçalar oluşturmasını sağlar.

SLA genellikle montajlar, prototipler ve son kullanım parçaları için kullanılır.

Toz Yatak Füzyonu

Toz yatağı füzyonu, bir toz yatağının bölgelerini seçici olarak kaynaştırarak çalışır. En yaygın teknolojiler şunlardır:

Seçici Lazer Sinterleme (SLS): Küçük polimer tozu parçacıklarını kaynaştırmak için yüksek güçlü bir lazer kullanır. Toz, bir silindir veya bıçak ile bir yapı platformu boyunca eşit olarak yayılır. Lazer, nesnenin enine kesitindeki toz parçacıklarını seçici olarak sinterler. Bir katman tamamlandıktan sonra platform alçalır, yatak boyunca daha fazla toz yayılır ve parça bitene kadar işlem tekrarlanır. Fazla toz, baskı sırasında nesneyi destekler ve başka herhangi bir destek yapısı gerektirmez.

Seçici lazer eritme (SLM): SLM, SLS'ye benzer ancak plastik yerine metal tozu kullanır. Yüksek güçlü lazer, metal tozunu sinterlemek yerine eritir. Titanyum alaşımları, takım çelikleri, paslanmaz çelik ve alüminyum SLM'de sıklıkla kullanılır.

Elektron Işınıyla Eritme (EBM): Metal tozu katmanlarını seçici olarak eritmek için lazer yerine elektron ışını kullanır. Yapı oranları hızlıdır, ancak işlem EBM'yi pahalı hale getiren bir vakum gerektirir. Genellikle tıbbi implantlar ve havacılık bileşenleri için kullanılır.

Malzeme Püskürtme

Malzeme püskürtme genellikle PolyJet baskı olarak adlandırılır ve 2D mürekkep püskürtmeli kağıt yazıcılara benzer şekilde çalışır. Ancak kağıt üzerine mürekkep damlaları püskürtmek yerine, UV ile kürlenebilen fotopolimer reçine bir yapı platformu üzerine püskürtülür.

Katmanlar, baskı kafasının her geçişinden sonra UV ışığı ile kürlenir. Oluşturma işleminin sonunda kürlenmemiş reçine çıkarılır ve geriye yalnızca katı 3D nesne kalır.

Destek yapıları da gerektiğinde çıkarılabilir jel benzeri bir malzemeden basılır.

Malzeme püskürtme, birden fazla baskı kafası kullanarak çok malzemeli baskılara olanak tanır. Bazı malzemeler kauçuk benzeri, şeffaf veya yüksek sıcaklığa dayanıklıdır.

Doğruluk mükemmeldir ve katman çizgilerini görmek zordur. Süreç, son derece ayrıntılı nesnelerin oluşturulmasını sağlar. Malzeme püskürtme öncelikle hızlı prototipleme için kullanılır.

Bağlayıcı Püskürtme

Bağlayıcı püskürtmede iki malzeme kullanılır:

• Kumtaşı, seramik, paslanmaz çelik veya kobalt-krom gibi toz bazlı bir malzeme.
• Sıvı bir bağlayıcı madde olan bir bağlayıcı.

Bağlayıcı, toz partiküllerini birbirine bağlamak için seçici olarak toz yatağına damlatılır. Yapı platformu alçalır, toz bir silindir kullanılarak yatak boyunca yayılır ve işlem tekrarlanır.

Baskı tamamlandığında, bağlanmamış fazla toz çıkarılır ve geriye sadece bağlanmış nesne kalır. Parça yoğunluğunu, mukavemetini ve pürüzsüzlüğünü artırmak için son adım olarak sinterleme yapılabilir.

Bu işlem, yüksek baskı hızlarına ve büyük nesnelerin basılmasına olanak tanır. Bağlayıcı püskürtme kum dökümü, metal dökümü ve seramikler için uygulanabilir. Ayrıca tam renkli baskıda da kullanılır.

Levha Laminasyonu

Lamine nesne üretiminde (LOM), malzeme tabakaları bir nesne oluşturmak üzere birleştirilir. En yaygın malzeme kağıttır.

Bir lazer, her bir kağıt yaprağını söz konusu katman için gereken şekilde keser.

Kesilen kağıt daha sonra ısı ve basınç kullanılarak bir önceki katmanın üzerine lamine edilir. Lazerler, daha iyi yapışma için lamine katmanlara çapraz tarama desenleri keser.

Nesne tamamlandığında, fazla malzeme kesilip atılır. LOM, ucuz prototipler ve özel kağıt ürünler üretir.

Yönlendirilmiş Enerji Biriktirme

Doğrudan metal biriktirme yöntemleri metali biriktirilirken kaynaştırır. Bir nozül, ekstrüzyon noktasında yüksek enerjili bir lazer veya elektron ışını ile karşılanan metal tozu veya teli ekstrüde eder.

Isı kaynağı malzemeyi eriterek erimiş metal taneciklerini bir taban plakası veya mevcut parça üzerine bırakır.

Nozul ve ısı kaynağı x, y ve z eksenleri boyunca hareket ettirilerek malzemenin tam olarak ihtiyaç duyulan yerde birikmesi sağlanabilir. Fazla malzeme baskı sırasında destek görevi görür.

DED yöntemleri, mevcut metal parçaların onarılmasını ve modifikasyonunu mümkün kılar. Bu aynı zamanda eklemeli ve eksiltmeli teknikleri birleştirerek hibrit üretime de olanak sağlar.

3D Baskıda Kullanılan Malzemeler

3D baskı için birçok farklı malzeme kullanılabilir. Mevcut malzemeler baskı sürecine bağlıdır.

Plastikler

3D baskıda kullanılan en yaygın plastikler şunlardır:

• ABS: Dayanıklı, darbeye dayanıklı plastik. Fonksiyonel prototipler ve son kullanım ürünleri için kullanılır.
• PLA: Mısır nişastasından üretilen PLA biyolojik olarak parçalanabilir. Prototipleme ve hobi amaçlı baskı için kullanılır.
• PETG: PLA'dan daha güçlü olan PETG, genellikle daha yüksek mukavemet gerektiren takım ve ürünlerin yapımında kullanılır.
• Naylon: Mühendislik sınıfı naylon filamentler yüksek mukavemet, tokluk ve aşınma direncine sahiptir. Genellikle son kullanım parçaları için kullanılır.
• Polikarbonat: 110oC'ye kadar ısı direnci ile son derece güçlüdür. Dayanıklı bitmiş ürünler için kullanılır.
• Fotopolimer reçineler: SLA, PolyJet ve benzeri vat işlemlerinde kullanılır. Reçineler mükemmel doğruluk ve yüzey kalitesi sağlar.

Diğer özel plastikler arasında iletken PLA ve ABS, PVA destekleri, yüksek sıcaklık termoplastikleri (PEEK, PEI, PEKK), esnek reçineler (TPU), kompozit malzemeler ve daha fazlası bulunmaktadır.

Metaller

3D baskıda yaygın olarak kullanılan çeşitli metaller şunlardır:

• Alüminyum: Hafif ama güçlü. Havacılık ve uzay uygulamalarında kullanılır.
• Paslanmaz çelik: Yüksek mukavemet ve sterilize edilebilirlik gerektiren ürünler için uygun korozyona dayanıklı metal.
• Titanyum: Düşük yoğunluk ile son derece güçlü. Tıbbi implantlar ve havacılık bileşenleri için kullanılır.
• Kobalt-Krom: Genellikle diş implantları ve ortopedik implantlar için kullanılan biyouyumlu metal.
• Nikel Süperalaşımlar: Türbinler ve uçak motorları için parçalarda kullanılan ısıya dayanıklı alaşımlar.
• Değerli metaller: Altın, gümüş ve platin takılar 3D olarak basılabilir.

Diğer Malzemeler

3D baskısı yapılan diğer malzemeler arasında şunlar yer alıyor:

• Kumtaşı: Döküm ve mimari amaçlı binder jetting ile basılmıştır.
• Seramikler: Teknik seramik mühendislik bileşenlerinde kullanılır.
• Balmumu: Takı kalıpları ve döküm için uygundur.
• Beton: Basılı binalar ve mimari yapılar.
• Yemek: Çikolata, kurabiye, makarna ve diğer gıdalar basılabilir.
• Hücreler: Organ baskısı, canlı hücreler içeren biyo-mürekkep sferoidleri kullanır.
• Kompozitler: Metal, plastik ve seramik karışımları basılabilir.

3D baskı teknolojisi geliştikçe, giderek daha fazla malzeme yazdırılabilir hale geliyor. Cam, kumaş tekstili ve elektronik baskı gibi alanlarda araştırmalar devam etmektedir.

3D Baskının Temel Faydaları

3D baskı, geleneksel üretime göre çeşitli avantajlar sağlar:

• Tasarım özgürlüğü 8211; Enjeksiyon kalıplama veya talaşlı imalat ile mümkün olmayan benzersiz ve karmaşık geometriler basılabilir. Hafifletme ve parça konsolidasyonu da gelişmiş işlevsellik sağlar.
• Özelleştirme – Her baskı için dijital CAD dosyalarını değiştirerek toplu özelleştirme ve kişiselleştirme mümkündür. Küçük özel partiler ve özel ürünler üretilebilir.
• Hız – Prototipleme, geleneksel tekniklerle haftalar içinde yapılabilecekken günler içinde hızla gerçekleştirilebilir. Parçalar ihtiyaç duyulduğunda talep üzerine de üretilebilir.
• Maliyet verimliliği – Üretimde kalıp kullanımının ortadan kaldırılması, küçük seri üretimler için maliyetlerin düşmesini sağlar. Sadece gerekli miktarlar kullanılarak malzeme israfı azaltılır.
• Merkezi olmayan üretim – Dijital parça dosyaları, küresel olarak dağıtılan 3D yazıcılara hızlı ve ucuz bir şekilde gönderilebilir. Yerinde üretim ve onarıma olanak sağlar.
• İnovasyon – Karmaşıklık serbesttir ve deneme-yanılma prototiplemesi artan inovasyon fırsatlarını teşvik eder. Ürünler yinelemeli olarak geliştirilebilir.

3D baskı, eski yöntemler kullanılarak elde edilemeyen yeni üretim olanaklarını mümkün kılmaktadır. Sağlık, dişçilik, otomotiv, havacılık, mimari, mücevherat ve diğer birçok sektörde uygulama alanı bulmuştur.

3D Baskı Uygulamaları

3D baskı teknolojisinin farklı sektörlerde birçok uygulaması vardır. İşte ana uygulama alanlarından bazıları:

• Prototip Oluşturma 8211; Ürün tasarımlarını hızla yineleyin ve optimize edin. İşlevselliği, uyumu ve üretilebilirliği doğrulayın.
• Takımlama – Üretim alanı için jigler, fikstürler, kontrol göstergeleri ve montaj yardımcıları gibi 3D baskı üretim araçları.
• Parça üretimi – Son kullanım parçaları, özel veya küçük parti siparişleri için katkılı olarak üretilebilir. Operasyonel maliyetleri azaltır.
• Havacılık ve Uzay – Uçak ve roket üreticileri yakıt kullanımını azaltmak için hafif parçalar basıyor. Talep üzerine yedek parçalar için de kullanılır.
• Otomotiv – Otomobil üreticileri prototip oluşturma ve özel düşük hacimli parçalar üretmek için 3D baskıyı kullanıyor. Özelleştirilmiş iç mekanlar ve hava kanalları da basılmaktadır.
• Sağlık Hizmetleri – Özel protezler, implantlar ve anatomik modeller doktorlara yardımcı olur ve cerrahi planlamayı iyileştirir. Basılı farmasötikler daha doğru dozajlama sağlar.
• Eğitim – Okullar tasarım ilkelerini öğretmek için 3D yazıcıları kullanıyor. Öğrenciler teknoloji ile uygulamalı olarak tanışabiliyor.
• İnşaat – 3D baskılı evler ve beton yapılar şekilleniyor. Yerinde otomatik inşaat, benzersiz mimarilere olanak sağlıyor.
• Yemek – 3D yazıcılar özelleştirilmiş çikolatalar, atıştırmalık yiyecekler ve karmaşık pasta süslemeleri üretiyor. Uzay yolculuğu için beslenme öğünleri basılabilir.
• Moda – Birçok tasarımcı artık 3D baskıyı ayakkabı ve kıyafet serilerine entegre ediyor. Aksesuarlar ve mücevherler de üretiliyor.
• Sanat ve Tasarım – Sanatçılar heykeller, aydınlatma armatürleri, mobilyalar ve diğer etkileyici parçalar için 3D baskıyı kullanıyor. Bu teknoloji sınırsız bir yaratıcılık potansiyeli sağlıyor.

Bunlar, 3D baskının sağladığı birçok uygulamadan sadece birkaçı. Katmanlı üretimin yetenekleri geliştikçe, daha fazla sektör bu teknolojiyi benimseyecektir.

3D Baskının Geleceği

3D baskı teknolojisi son on yılda muazzam bir gelişme gösterdi. Bununla birlikte, hala büyümek için çok fazla alana ve potansiyele sahiptir. İşte bekleyebileceğimiz gelişmelerden bazıları:

• Malzeme genişletme – Yüksek performanslı polimerler ve metal alaşımları gibi daha fazla mühendislik malzemesi basılabilir hale gelecek. Biyouyumlu malzemeler tıbbi 3D baskı uygulamalarını geliştirecek. Elektronik baskı, akıllı bileşenleri ve IoT cihazlarını mümkün kılacak.
• Sistem boyutu – Daha büyük ölçekli sistemler, tam boyutlu insan ölçeğindeki nesnelerin tek parça halinde basılmasını sağlayacaktır. Daha küçük sistemler ise masaüstü üretim çözümleri sağlayacaktır.
• Hız & çözünürlük – Daha yüksek üretim hızları seri üretime olanak sağlayacaktır. Geliştirilmiş çözünürlük geometrik karmaşıklığı ve yüzey kalitesini artıracaktır. Ek baskı kafaları çoklu malzeme karmaşıklığına olanak sağlayacaktır.
• Endüstri 4.0 entegrasyonu – 3D baskı sistemleri, ürün yaşam döngüsü boyunca dijital iş parçacığı ile entegre olacak. Tasarım, simülasyon, üretim, kalite kontrol ve parça takibi daha otomatik hale gelecek.
• Dağıtılmış üretim – Yerelleştirilmiş üretimin daha fazla benimsenmesi. Mühendisler, değiştirme ve onarımlar için özelleştirilmiş tasarımları yerinde basabilir. Nakliye maliyetlerini ve çevresel etkiyi azaltır.
• İnşaat ve mimari – Büyük ölçekli 3D yazıcılar, beton ve özel kompozitler kullanarak gelecekteki altyapıların inşasına yardımcı olacak. Benzersiz yapısal şekiller basılabilir olacak.

3D baskı teknolojisi, üretimi daha sürdürülebilir, dağıtılmış ve müşteri merkezli bir modele doğru dönüştürecektir. İşletmelerin zamandan ve paradan tasarruf ederken daha fazla inovasyon kabiliyetine sahip olmalarını sağlar.

SSS

3D baskı nasıl çalışır?

3D baskı, eklemeli bir süreç kullanarak nesneleri katman katman oluşturarak çalışır. Dijital bir 3D model katmanlar halinde dilimlenir ve yazıcı parça tamamlanana kadar her bir kesitte malzeme biriktirir. Kaynaşmış biriktirme modelleme, stereolitografi, seçici lazer sinterleme ve diğerleri gibi teknolojiler kullanılır.

Hangi malzemelerle 3D baskı yapabilirsiniz?

3D baskı ABS, PLA, PETG, naylon ve fotopolimerler gibi plastikleri kullanabilir. Paslanmaz çelik, alüminyum, titanyum, kobalt-krom ve değerli metaller gibi metaller basılabilir. Diğer malzemeler arasında kumtaşı, seramik, balmumu, beton, gıda ve biyo-mürekkepler bulunmaktadır. Sürekli olarak yeni malzemeler tanıtılmaktadır.

3D baskının faydaları nelerdir?

3D baskının faydaları şunlardır:

• Karmaşık şekiller yapmak için tasarım özgürlüğü
• Ürünlerin özelleştirilmesi ve kişiselleştirilmesi
• Tasarımların hızlı prototiplenmesi ve doğrulanması
• Küçük parti üretimi için daha düşük maliyetler
• Üretimi merkezileştirmeme yeteneği
• Daha az malzeme israfı ve optimize edilmiş tasarımlar
• Yinelemeli geliştirme yoluyla yenilik

3D baskı uygulamaları nelerdir?

3D baskının sektörler arasında birçok uygulaması vardır:

• Ürün tasarımlarının prototiplenmesi
• Özel son kullanım parçalarının üretimi
• Özel takımların üretilmesi
• Havacılık ve otomotiv bileşenleri
• Özelleştirilmiş tıbbi cihazlar ve implantlar
• Farmasötik araştırma ve ilaç dozajı
• Öğretim ve eğitim yardımcıları
• Ev ve bina inşaatı
• Gıda baskısı özelleştirilmiş yemekler
• Moda ve kostüm aksesuarları
• Sanat heykelleri ve tasarım parçaları

3D baskının geleceği nedir?

3D baskının geleceği şunları içeriyor:

• Genişletilmiş malzeme kabiliyetleri ve elektronik baskı
• Daha büyük ve daha küçük ölçekli sistemler
• Artırılmış hız ve çözünürlük
• 3D baskının dijital üretime entegrasyonu
• Dağıtık yerelleştirilmiş üretimin büyümesi
• Altyapı ve mimari yapıların inşası

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin