gelişmekte olan en son teknoloji olarak 3D baskı teknolojisi, insanların üretim şeklini derinden değiştiriyor. 3D baskının çeşitli sektörlerde kullanılması, giderek daha fazla sayıda teknolojinin uygulanmasına ve geliştirilmesine de yol açmıştır ve 3B baskı malzemeleri ve teknolojilerinin geliştirilmesine yönelik araştırmalar.. Bu yazımızda 3D baskı için kullanılan malzemelerin neler olduğundan bahsedeceğiz
Şu anda 3D baskı için 200'den fazla malzeme mevcut ve teknoloji giderek artan sayıda sektörde kullanıldıkça öngörülebilir gelecekte daha fazlası kullanılacak. 3D baskıda kullanılan 200'den fazla malzeme arasında metaller, polimerler, seramikler, kompozitler ve biyomalzemeler şu anda 3D baskı için kullanılan en yaygın malzemelerdir. Bu makalede, 3D baskı için çeşitli malzeme türleri ve uygulamaları hakkında kısa bir genel bakış sunacağız.
Metalik Malzemeler
Metalik malzemelerin 3D baskı alanındaki hızlı gelişimi havacılık, otomotiv, elektronik vb. alanlara yönelik talepten kaynaklanmaktadır. Birçok metal malzeme arasında titanyum alaşımları en yaygın kullanılanıdır, bunu alüminyum alaşımları ve paslanmaz çelik izlemektedir, yüksek sıcaklık alaşımlarıve yüksek entropi̇li̇ alaşimlar.
Titanyum alaşımı yüksek mukavemetli, iyi korozyon direncine ve yüksek ısı direncine sahip bir malzemedir, bu nedenle titanyum alaşımı esas olarak uçak motoru basınçlı parçaları yapmak için kullanılır, ardından roketler, füzeler ve yüksek hızlı uçaklar için yapısal parçalar uygulanır. Ayrıca, 3D baskılı titanyum alaşımları, düşük yoğunlukları, yüksek mukavemetleri ve hafiflikleri nedeniyle biyomedikal, 3D baskılı titanyum stentlerde kullanılır. Titanyum alaşımlarının biyomedikal uygulamalarda kullanımı oldukça olgunlaşmış ve yaygınlaşmıştır.
Paslanmaz çelik kimyasal direnci, yüksek sıcaklık direnci ve iyi mekanik özellikleri ile karakterize edilir ve iyi toz şekillendirilebilirliği, basit hazırlama süreci ve düşük maliyeti nedeniyle genellikle mücevher, fonksiyonel bileşenler ve küçük heykeller için bir 3D baskı malzemesi olarak kullanılır.
Yüksek sıcaklık alaşımları, yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemetleri ve korozyona karşı dirençleri nedeniyle havacılık ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. 3D baskı için yaygın olarak kullanılan nikel bazlı alaşım sınıfları şunları içerir Inconel 625, Inconel 718ve Inconel 939.
Magnezyum ve alüminyum alaşımları ile altın ve gümüş gibi değerli metaller de 3D baskıda daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
Polimerik Malzemeler
Polimerler uzun zamandır 3D baskı için popüler bir malzeme olmuştur ve yüksek mukavemetleri, performansları ve düşük maliyetleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Şu anda en yaygın kullanılanlar ABS, PA ve ışığa duyarlı reçine UV'dir.
Seramik Malzemeler
Alüminosilikat seramik tozu, 3D baskı için bir seramik tozu malzemesi sınıfıdır. Su geçirmez, ısıya dayanıklı ve geri dönüştürülebilirdir ve bu nedenle sofra takımlarında, sanat eserlerinde ve diğer uygulamalarda yaygın olarak kullanılır.
Kompozit Malzemeler
Kompozitler esas olarak metal matrisli kompozitlerin yanı sıra metal olmayan matrisli kompozitleri de içerir. Güçlendirilmiş polimer malzemeler üzerine basılan karmaşık şekilli parçaların mükemmel ısı ve kimyasal direnci nedeniyle, çoğunlukla havacılık ve diğer uygulamalarda kullanılırlar.
Bunlar yaygın 3D baskı malzemelerinden sadece birkaçıdır, ancak elbette biyolojik iskele baskısı ve hücre baskısına izin veren bir biyonik 3D baskı malzemeleri sınıfı da vardır.
3D baskı malzemelerinin artan bolluğu ve 3D baskı teknolojisinin hızlı gelişimi ile birlikte düşünülebilir. 3D baskı malzemeleri giderek daha fazla alanda kullanılacak ve daha iyi mekanik özelliklere, daha yüksek işleme performansına ve daha fazla çeşitliliğe doğru gelişecektir.
Additional FAQs on 3D Printing Materials
1) What factors determine which 3D printing process to use for a material?
- Key drivers: melting/softening behavior, reactivity/oxidation, viscosity (for resins and pastes), required part properties, dimensional tolerances, and cost. For example, titanium fits laser powder bed fusion (LPBF) with inert gas, while ABS and PA suit FDM/SLS.
2) How do metal powder specifications impact print quality?
- Particle size distribution (typically D10–D90 ≈ 15–45 μm for LPBF), sphericity, low interstitials (O/N/H), and low contamination directly affect flowability, density, and mechanical properties. Reference: ISO/ASTM 52907 for feedstock.
3) Are biocompatible materials available for medical 3D printing?
- Yes. Titanium alloys (Ti‑6Al‑4V ELI), cobalt‑chromium, PEEK/PEKK, medical‑grade photopolymers, and bio‑inks (hydrogels with cells) are used for implants, guides, and tissue scaffolds, subject to ISO 10993 and FDA/CE pathways.
4) What’s the difference between thermoplastics used in FDM vs. SLS?
- FDM uses filament that melts and extrudes (e.g., PLA, ABS, PETG, PEI/ULTEM), while SLS fuses powder beds of PA12, PA11, TPU, and filled nylons. SLS typically yields better isotropy and complex geometries without supports.
5) Can composites be 3D printed to replace metals?
- In some cases. Carbon‑fiber or glass‑fiber reinforced PA/PEEK printed with continuous fibers can approach aluminum‑like stiffness/strength on a weight basis, suitable for jigs, fixtures, and some end‑use parts; temperature and impact limits still apply.
2025 Industry Trends in 3D Printing Materials
- Blue/green laser LPBF broadens copper/aluminum applications in e‑mobility and thermal management.
- Medical polymers mature: sterilizable high‑performance polymers (PEEK/PEKK, PPSU) gain validated print profiles and regulatory guidance.
- Sustainable materials: bio‑based nylons (PA11 from castor), recycled PETG/PA, and closed‑loop powder handling with material passports.
- Binder jetting scaling: steel and copper binder‑jet with refined sinter/HIP achieves 95–99% density for large, cost‑sensitive parts.
- High‑entropy and gradient alloys: research moves toward printable, compositionally graded metals for site‑specific properties.
| 2025 Metric (Material + Process) | Typical Range/Value | Why it matters | Kaynak |
|---|---|---|---|
| LPBF powder PSD (most metals) | D10–D90 ≈ 15–45 μm | Stable recoating, low porosity | ISO/ASTM 52907 |
| Ti‑6Al‑4V ELI powder oxygen | ≤0.13 wt% | Fatigue/ductility in implants | ASTM F136/F3001 |
| SLS PA12 tensile strength | 45–55 MPa (XZ); 40–50 MPa (ZX) | Design allowables | OEM datasheets/ASM |
| FDM CF‑PA tensile modulus | 8–20 GPa (with continuous CF) | Metal replacement potential | Vendor tech notes |
| Binder‑jetted 17‑4PH density | 97–99% after sinter/HIP | Tooling/production parts | Vendor case studies |
| Copper LPBF conductivity | 80–95% IACS with green lasers | Thermal/electrical performance | Peer‑reviewed AM studies |
Authoritative references and further reading:
- ISO/ASTM 52907 (AM feedstock): https://www.iso.org
- ASTM F2924/F3001/F3055/F3184 (AM materials): https://www.astm.org
- NIST AM Bench datasets: https://www.nist.gov
- FDA guidance on additive manufacturing of medical devices: https://www.fda.gov
Latest Research Cases
Case Study 1: Green‑Laser LPBF of Pure Copper Heat Sinks for Power Electronics (2025)
Background: An inverter manufacturer needed compact, high‑conductivity heat sinks; IR lasers struggled with Cu reflectivity.
Solution: Adopted 515 nm green‑laser LPBF with high‑sphericity gas‑atomized Cu powder (15–45 μm), inert chamber with O2 < 100 ppm, and scan strategies to reduce spatter.
Results: 90–95% IACS conductivity, porosity <0.2%, 14% lower junction temperature vs. machined baseline; 30% recycled powder blend maintained specs over 6 cycles.
Case Study 2: SLS PA11‑CF Ducts for eVTOL Environmental Control Systems (2024)
Background: Aerial mobility OEM sought lightweight, chemical‑resistant ECS ducts with complex routing.
Solution: Printed bio‑based PA11 with chopped carbon fiber on SLS; post‑processed with vapor smoothing and QA via CT sampling.
Results: 22% mass reduction vs. aluminum tubes, impact strength improved 18% over PA12 baseline, passed DO‑160 chemical exposure tests.
Expert Opinions
- Prof. John Hart, Professor of Mechanical Engineering, MIT
Key viewpoint: “Linking in‑situ build data with powder passports will set the norm for serial qualification across metals and polymers.” - Dr. Laura Schmidt, Head of Additive Manufacturing, Fraunhofer IAPT
Key viewpoint: “Green and blue lasers are transforming copper and aluminum from niche to production materials in LPBF.” - Dr. Dieter Schirmacher, Materials Scientist, Medical AM Consultant
Key viewpoint: “Validated print parameters and sterilization pathways for PEEK/PEKK are accelerating adoption in load‑bearing implants.”
Citations for expert profiles:
- MIT: https://meche.mit.edu
- Fraunhofer IAPT: https://www.iapt.fraunhofer.de
Practical Tools and Resources
- Standards and safety
- ISO/ASTM 52907; ASTM F2924/F3001/F3055/F3184; ISO 10993 (biocompatibility); NFPA 484 (combustible metals)
- Powder and filament QC
- LECO O/N/H analyzers: https://www.leco.com
- Laser diffraction PSD, SEM morphology, moisture analyzers
- Filament roundness/diameter gauges for FDM
- Design and simulation
- Ansys Additive, Simufact Additive, Autodesk Netfabb; nTopology for lattices and conformal cooling
- Market and datasets
- Senvol Database (machines/materials): https://senvol.com/database
- NIST AM Bench datasets: https://www.nist.gov
Last updated: 2025-08-21
Changelog: Added 5 FAQs, a 2025 trends table with metrics and sources, two new case studies (copper LPBF and PA11‑CF SLS), expert viewpoints with citations, and practical tools/resources.
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM standards update, major OEMs publish new copper/aluminum LPBF datasets, or medical AM material guidance changes.
