Giriş
3D baskı olarak da bilinen eklemeli üretim (AM), doğrudan dijital modellerden hafif, dayanıklı parçaların oluşturulmasını sağlayan endüstriyel üretime yönelik dönüştürücü bir yaklaşımdır. AM teknolojisini mümkün kılan en önemli unsurlardan biri, üstün mekanik özelliklere sahip karmaşık, üç boyutlu bileşenler halinde işlenebilen gelişmiş malzemelerin geliştirilmesidir. AM malzemeleri 3D baskı yöntemlerini kullanarak yüksek kaliteli parçalar üretmek için gereklidir. Bu makale, temel özellikler, kategoriler, metaller, polimerler, seramikler, kompozitler ve daha fazlası dahil olmak üzere AM malzemelerine derinlemesine bir bakış sağlayacaktır.
AM Malzemelerine Genel Bakış
AM malzemeleri, 3D baskı işlemleri için hammadde olarak kullanılan metaller, polimerler, seramikler ve kompozitler gibi hammaddeleri ifade eder. AM malzemelerinin özellikleri, basılı parçaların mekanik performansı, doğruluğu, yüzey kalitesi ve diğer özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. AM için kullanılan malzemeler belirli özelliklere sahip olmalıdır:
- Filament, toz, reçine veya farklı 3D baskı teknolojilerinin gerektirdiği diğer formatlarda şekillendirilebilme
- Katman katman inşa süreci sırasında akma, kaynaşma veya birbirine bağlanma yeteneği
- Kusursuz karmaşık 3D nesneler oluşturmak için yeterli yapısal bütünlük ve güç
- Bitmiş parçalarda gerekli malzeme özelliklerini sağlamak için metalürjik, kimyasal ve mikroyapısal özellikler
En yaygın kullanılan AM malzeme kategorileri arasında metaller, polimerler, seramikler ve kompozitler yer alır. Her malzeme, katmanlı imalatın farklı uygulamaları için uygun farklı özelliklere sahiptir.
AM için Temel Malzeme Özellikleri
Malzemelerin AM süreçlerine uygunluğunu ve performansını belirleyen birkaç önemli özelliği vardır:
Yazdırılabilirlik
Yazdırılabilirlik, bir malzemenin 3D baskı makineleri tarafından doğru, sağlam nesneler halinde işlenebilme yeteneğini ifade eder. Malzemelerin başarılı bir şekilde basılabilmesi için uygun eriyik akışı, parçacık morfolojisi ve yayılma davranışı gibi özelliklere ihtiyacı vardır.
Güç
AM malzemeleri, kuvvetlere dayanmak ve bitmiş parçalarda çatlama veya deforme olmadan şekillerini korumak için yüksek mukavemete sahip olmalıdır. Ağırlık taşıyan bileşenlerde mukavemet önemlidir.
Sertlik
Tokluk, mekanik veya termal gerilimleri erken kırılmadan absorbe etme yeteneğidir. AM malzemeleri dayanıklı bileşenler üretmek için iyi tokluk gerektirir.
Termal özellikler
Uygun erime sıcaklığı, katılaşma kinetiği ve termal iletkenlik, AM malzemelerinin baskı sırasında tam olarak katman katman eritilmesine, biriktirilmesine ve katılaştırılmasına olanak tanır.
Reolojik özellikler
Eritilen veya biriktirilen AM malzemelerinin akış ve viskozite davranışı, basılı parçaların doğruluğunu ve yüzey kalitesini etkiler. İdeal reolojik özellikler düzgün akışı ve yapışmayı destekler.
Yoğunluk
AM malzemeleri, basılı bileşenlere işlevsellik, yüzey kalitesi ve yapısal bütünlük sağlamak için bitmiş parçalarda yüksek yoğunluk sergilemelidir. Düşük yoğunluk mekanik performansı tehlikeye atabilir.
AM Malzeme Kategorileri
Katmanlı üretimde kullanılan dört ana malzeme kategorisi vardır:
AM için Metaller
Metaller genellikle toz yatağı füzyonu ve yönlendirilmiş enerji biriktirme AM süreçleri ile işlenir. Popüler metaller şunlardır:
- Paslanmaz çelik – Mükemmel mukavemet, korozyon direnci ve biyouyumluluk, havacılık, otomotiv, medikal ve diğer birçok sektörde üretilen parçalar için idealdir. 316L, 17-4PH, 15-5PH dahil olmak üzere çeşitli alaşım kaliteleri kullanılır.
- Alüminyum – Hafifliği, termal özellikleri ve mukavemeti ile bilinir. Havacılık ve uzay bileşenleri, otomotiv parçaları, ısı eşanjörleri ve tüketim malları için kullanılır. Alaşım 6061 çok popülerdir.
- Titanyum – Havacılık ve uzay uygulamalarında kullanılan son derece güçlü ancak hafif bir metaldir. Kaliteleri Ti6Al4V ve Ti64'ü içerir. Tıbbi implantlar için biyouyumluluk sunar.
- Nikel alaşımları – Inconel 625 ve 718 gibi nikel bazlı ısıya ve korozyona dayanıklı süper alaşımlar. Takımlar, türbin kanatları ve aşırı ortamlardaki parçalar için kullanılır.
- Kobalt-krom – Ortopedik ve dental implantlar için yüksek mukavemet, sertlik ve biyouyumluluk sunan kobalt ve krom alaşımları.
- Değerli metaller – Altın, gümüş ve platin grubu metaller ve alaşımları özellikle mücevher, elektronik ve dekoratif parçalar için kullanılır.
AM için Polimerler
Termoplastik ve fotokürlenebilir polimerler, malzeme ekstrüzyonu, tekne fotopolimerizasyonu, toz yatak füzyon AM yöntemleri kullanılarak işlenir. Bazı yaygın AM polimerleri:
- ABS (akrilonitril bütadien stiren) – Güçlü ve hafiftir, prototipleme ve muhafazalar ve otomotiv bileşenleri gibi son kullanım parçaları için kullanılır.
- PLA (polilaktik asit) – Mısır nişastasından yapılmıştır. Sürdürülebilir ambalajlar, gıda kapları, tüketim malları için kullanılır. Yüksek sertlik sunar.
- Naylon – Mühendislik sınıfı naylon mükemmel güç, tokluk ve termal direnç sağlar. Son kullanım parçaları ve fonksiyonel prototipler için kullanılır.
- Fotopolimerler – UV ışığı ile kürlenen fotokürlenebilir reçineler. Stereolitografi ve inkjet 3D baskıda kullanılır. Yüksek hassasiyet ve yüzey kalitesi sunar. Örnekler arasında epoksi ve akrilik reçineler bulunur.
AM için Seramikler
Seramik ve cam yüksek ısı direnci sunar. Üretim yöntemleri arasında bağlayıcı püskürtme, malzeme ekstrüzyonu ve stereolitografi yer alır. AM için seramik malzemeler şunları içerir:
- Alümina (Al2O3) – Havacılık ve uzay bileşenlerinde ve yalıtım parçalarında kullanılan yüksek mukavemetli seramik. Korozyon direnci ve termal kararlılık sunar.
- Zirkonya (ZrO2) – Aşırı sertlik, onu takım, kesici uçlar ve aşınmaya dayanıklı parçalar için uygun hale getirir. Diş restorasyonlarında kullanılır.
- Silisyum karbür (SiC) – Yüksek sertlik ve termal direnç gerektiğinde kullanılan sert, hafif seramik. Aynalar ve yarı iletken parçalar üretmek için kullanılır.
AM için Kompozitler
Kompozit AM malzemeleri polimerler, seramikler veya metaller gibi iki veya daha fazla bileşen malzemeyi bir araya getirir. Bu da mukavemet, sertlik, iletkenlik gibi özelliklerin uyarlanmasına olanak tanır. Örnekler şunları içerir:
- Karbon fiber takviyeli polimerler – Yüksek mukavemet/ağırlık oranı. Havacılık ve otomotiv için hafif yapılar ve bileşenler inşa etmek için kullanılır.
- Metal matris kompozitler – Silisyum karbür gibi seramik partikülleri, gelişmiş özellikler oluşturmak için DED AM kullanılarak alüminyum alaşımlarla birleştirilir. Füze bileşenleri, uçak parçaları vb. yapmak için kullanılır.
- Fotopolimer reçine kompozitler – Tokluk ve sertliği birleştirmek için fotopolimerlerin ve seramik parçacıkların karışımı. Diş restorasyonlarını 3D yazdırmak için kullanılır.
Katmanlı Üretim için Metaller
Metaller, AM'de kullanılan malzemelerin büyük bir bölümünü oluşturur. 3D baskı için en popüler metaller arasında paslanmaz çelik, alüminyum, titanyum, nikel alaşımları ve kobalt krom bulunmaktadır.
Paslanmaz Çelik
Paslanmaz çelik günümüzde AM'de en yaygın kullanılan metallerden biridir. Yüksek mukavemet, iyi süneklik ve kırılma tokluğu, korozyon ve aşınma direnci ve biyouyumluluğun mükemmel bir kombinasyonunu sunar. AM için 316L, 304L, 17-4PH, 15-5PH, maraging çelikler ve dubleks çelikler dahil olmak üzere çeşitli kaliteler kullanılmaktadır. Paslanmaz çelikten basılan parçalar arasında uzay aracı ve roket bileşenleri, pervaneler, valfler, cerrahi aletler ve otomotiv parçaları bulunmaktadır.
Alüminyum
AlSi10Mg gibi alüminyum alaşımları düşük yoğunluk, iyi termal iletkenlik ve mükemmel mukavemet gibi özelliklere sahiptir ve bu da onları AM için cazip hale getirir. Temel uygulamalar arasında havacılıkta karmaşık uçak gövdesi, motor ve drone bileşenleri, tekerlekler, çerçeveler ve silindirler dahil otomotiv parçaları, motor sporları için özelleştirilmiş hafif yapılar, ısı eşanjörleri ve tüketim malları yer almaktadır. Geleneksel üretime göre avantajları arasında optimize edilmiş topoloji, parça konsolidasyonu ve kırılma direnci yer almaktadır.
Titanyum
Titanyum alaşımları, yüksek mukavemet-ağırlık oranı, kırılma direnci, yorulma ömrü ve korozyon direnci gibi özellikleri nedeniyle havacılık ve uzay uygulamalarında değerlidir. AM titanyum kullanımının 'inden fazlası havacılık ve uzay alanındadır. En popüler alaşım Ti6Al4V'dir ve onu Ti64 takip etmektedir. Titanyum AM parçaları arasında yapısal uçak gövdesi bileşenleri, türbin kanatları, uzay aracı parçaları ve biyolojik dokuyla iyi entegre olan hafif kemik implantları bulunmaktadır. Zorluklar arasında yüksek malzeme maliyetleri ve AM titanyumun işlenmesindeki zorluklar yer almaktadır.
Nikel Süperalaşımlar
Nikel bazlı süper alaşımlar, yüksek sıcaklıklarda mekanik özelliklerin korunması, korozyon ve sürünme direnci gibi güçlerden yararlanarak aşırı ortamlarda yaygın olarak kullanılır. Yaygın alaşımlar arasında DED veya toz yatak yöntemleriyle basılan Inconel 718, Inconel 625 ve Inconel 939 bulunur. AM, türbin kanatları, takımlar, roket motoru bileşenleri ve nükleer, kimyasal işleme ve enerji endüstrilerindeki parçaları üretmek için kullanılır.
Kobalt Krom Alaşımları
CoCrMo gibi kobalt-krom alaşımları yüksek sertlik, mukavemet ve mükemmel biyouyumluluğa sahiptir. Bunlar, kron ve köprü gibi diş protezlerinin yanı sıra diz, kalça ve omuz için ortopedik implantların basımında en yaygın kullanılan metallerdir. AM, kemik benzeri mekanik özelliklere ve doku ile gözenekli entegrasyona sahip implantlarda özelleştirilmiş tasarımlar ve kafes yapıları sağlar. Buradaki zorluk pürüzsüz yüzeyler elde etmektir.
Katmanlı Üretim için Polimerler
Polimerler genellikle malzeme ekstrüzyonu, toz yatağı füzyonu ve tekne fotopolimerizasyon yöntemleri kullanılarak işlenir. ABS ve PLA gibi termoplastikler, konsept modeller, işlevsel prototipler ve endüstriler genelinde son kullanım parçaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Fotopolimerler pürüzsüz yüzeyler ve ince özellikler sağlar.
ABS – Akrilonitril Bütadien Stiren
ABS, yüksek darbe direnci, tokluk ve nispeten yüksek sıcaklık direnci gibi özellikler sunarak karmaşık geometrilerin 3D baskısı için uygun hale gelir. ABS, görsel konsept modellerinde, tüketim mallarının prototiplenmesinde, otomotiv parçalarında, muhafazalarda ve havacılık, sağlık ve sanayi sektörlerinde geçmeli montajlarda kullanım alanı bulur. Sınırlamalar, metallere kıyasla daha düşük maksimum çalışma sıcaklığı ve sınırlı UV direncini içerir.
PLA – Polilaktik Asit
PLA, yenilenebilir mısır nişastası veya şeker kamışından elde edilen biyolojik olarak parçalanabilir bir termoplastiktir. Gıda kapları, çay poşetleri, su şişeleri gibi çeşitli ürünlerin yanı sıra vücut içinde güvenli bir şekilde bozulabilen tıbbi implantlar ve iskelelerin 3D baskısında yaygın olarak kullanılmaktadır. Avantajları arasında yüksek sertlik, düşük toksisite ve nispeten düşük baskı sıcaklıkları bulunur. Sınırlamalar arasında düşük ısı direnci ve düşük darbe dayanımı yer alır.
Naylon
Naylon mükemmel gerilme mukavemeti, yüzey kalitesi, kimyasal direnç, aşınma direnci ve esneklik sunar. Bu da onu otomotiv, tüketim malları ve endüstriyel uygulamalarda işlevsel prototipler ve dişliler, takımlar, yük taşıyan bileşenler, gıda kapları vb. gibi son kullanım parçaları için kullanışlı hale getirir. Naylon tozu, seçici lazer sinterleme ve çok jetli füzyon teknikleri kullanılarak işlenebilir. Düşük sürtünmeli yüzey, düşük aşınmalı kayar temas uygulamaları sağlar.
Fotopolimerler
UV ile kürlenebilen fotopolimer reçineler, stereolitografi ve dijital ışık işleme gibi AM süreçlerinde oldukça yüksek hassasiyet ve yüzey kalitesi sağlar. Fotopolimerler UV ışığına maruz kaldıklarında hızla katılaşırlar. Malzemeler arasında lensler, tıbbi modeller, mücevherler, implantlar, havacılık ve uzay için yüksek hassasiyetli dökümler ve diğer kalite açısından kritik bileşenlerin üretiminde kullanılan epoksi, akrilik ve akrilat reçineleri yer alır. Sınırlamalar, endüstriyel sınıf termoplastiklere kıyasla daha düşük mukavemeti içerir.
Katmanlı Üretim için Seramikler
Seramikler yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemet ve sertliğe, iyi elektrik yalıtımına ve düşük termal genleşme özelliklerine sahiptir. Bu da onları türbin motorlarındaki sıcak bölüm bileşenleri, termal koruma sistemleri ve refrakter malzemelere ihtiyaç duyulan diğer uygulamalar için kullanışlı hale getirir. AM, geleneksel yöntemlerle ulaşılamayan karmaşık seramik geometrilerini mümkün kılar.
Alümina
Alümina veya alüminyum oksit Al2O3 çok yüksek sertlik, aşınma direnci, korozyon direnci ve sıcaklık kararlılığı sunar. AM, havacılık ve uzay uygulamaları için yüksek performanslı alümina bileşenleri üretmek için kullanılır. Parçalar arasında roket nozulları, radyasyon kalkanları ve AM'nin sağladığı tasarım özgürlüklerinden yararlanan ısı yalıtım bileşenleri bulunmaktadır. Sınırlamalar arasında, bitmiş parçalarda beklenmedik arızalara neden olabilecek daha düşük kırılma tokluğu ve gerilme mukavemeti bulunmaktadır.
Zirkonya
Zirkonya ZrO2'nin aşırı sertliği, aşınma direnci ve düşük termal iletkenliği, onu kesici aletlerin, matkapların, ekstrüzyon kalıplarının ve yüksek aşınmaya maruz kalan diğer bileşenlerin AM üretimi için kullanışlı hale getirir. Diş hekimliğinde, doğal dişlerin görünümünü taklit eden kronlar ve köprüler gibi güçlü, estetik diş restorasyonlarını basmak için kullanılır. İnce partikül boyutu dağılımı, bitmiş zirkonya parçalarının yüksek yoğunluğu ve performansı için kritik öneme sahiptir.
Silisyum Karbür
Silisyum karbür SiC, özellikle metallerin kapasitesinin ötesindeki yüksek sıcaklıklarda çok yüksek sertlik ve mukavemete sahiptir. AM, sıcaklık değişimlerinin çok büyük olduğu uzay teleskopları için SiC aynalar, optik bileşenler ve yapılar üretmek için idealdir. Dünya üzerinde SiC, yarı iletken üretim ekipmanı, nükleer yakıt peletleri ve türbin motoru bileşenlerinin AM'sinde kullanılmaktadır. SiC parçalar genellikle ayna pürüzsüzlüğünde yüzeyler elde etmek için ikincil son işlem gerektirir.
Metal AM Süreçleri
Metallerin basılması için en yaygın kullanılan yöntemler arasında toz yatağı füzyonu ve yönlendirilmiş enerji biriktirme bulunmaktadır:
Toz Yatak Füzyonu
Buna seçici lazer sinterleme (SLS) ve elektron ışını eritme (EBM) dahildir. SLS bir lazer kullanırken EBM, parça geometrisinin bir kesitine dayalı olarak metal tozu parçacıklarını katman katman seçici olarak kaynaştırmak için bir elektron ışını kullanır. Her katmandan sonra, bir sonraki katman için daha fazla toz yayılır ve sıkıştırılır. Paslanmaz çelik ve titanyum yaygın olarak işlenir, yüksek doğruluklar ve ince mikroyapılar sağlar. Sınırlamalar arasında yavaş yapı oranları yer alır.
Yönlendirilmiş Enerji Biriktirme
DED, malzemeyi istiflemek ve istenen bir geometriyi üretmek için belirli konumlarda ham metal teli, tozu veya üflenmiş tozu eritmek için bir lazer veya elektron ışınına odaklanır. DED genellikle mevcut bileşenleri onarmak veya bunlara özellikler eklemek için kullanılır. Avantajları arasında daha hızlı üretim hızları ve metal bileşimlerini karıştırma yeteneği yer alır. Ancak doğruluk ve yüzey kalitesi toz yatağı füzyonundan daha düşüktür.
Polimer AM Süreçleri
Termoplastikler genellikle malzeme ekstrüzyonu ve toz yatağı füzyon yöntemleri kullanılarak işlenir. Vat fotopolimerizasyonu, fotokürlenebilir reçineleri yüksek hassasiyetli polimer parçalara işlemek için kullanılır.
Malzeme Ekstrüzyonu
Malzeme ekstrüzyonu termoplastik filamenti ısıtır ve bir parçayı imal etmek için bir nozülden katman katman ekstrüde eder. Stratasys'in erimiş biriktirme modellemesi (FDM) ve erimiş filament üretimi (FFF), ABS, PLA, naylon ve PC parçalarını 3D yazdırmak için yaygın olarak kullanılan malzeme ekstrüzyon teknolojileridir. Avantajları arasında düşük makine ve malzeme maliyetleri yer alır. Dezavantajları arasında daha düşük doğruluk, zayıf katmanlar arası bağlanma ve yüzeylerde görünür katman çizgileri bulunur.
Toz Yatak Füzyonu
Doğrudan lazer sinterleme (DLS), ince bir yatağa yerleştirilmiş polimer toz parçacıklarını seçici olarak kaynaştırmak için bir lazer kullanır. Her katmandan sonra yeni bir toz katmanı biriktirilir ve sinterlenir. DLS, naylon gibi üretim termoplastik malzemelerinde enjeksiyon kalıplamaya yaklaşan mekanik özelliklere sahip oldukça karmaşık geometriler oluşturabilir. Multi-jet füzyon (MJF), HP'nin üstün izotropik özellikler ve doğruluk için kaynaştırma ve detay maddeleri kullanan toz bazlı bir işlemidir.
Vat Fotopolimerizasyon
Stereolitografi (SLA), ışığa duyarlı reçineyi seçici olarak iyileştirmek için ultraviyole ışık kullanarak sıvı reçineyi katı 3D nesnelere dönüştürür. Dijital ışık işleme (DLP) de bir fıçı ışığa duyarlı reçine kullanır, ancak her katmanı bir ışık projektör sistemi kullanarak sertleştirir. Bu süreçler son derece pürüzsüz yüzeyler ve üretim kalıpları, yatırım dökümleri, tıbbi modeller ve mücevher kalıpları için ince ayrıntıların yakalanmasını sağlar.
Seramik AM Süreçleri
Bağlayıcı püskürtme ve malzeme ekstrüzyon yöntemleri, seramikleri ve seramik-polimer kompozitleri karmaşık ancak sağlam 3D baskılı parçalara işlemek için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bağlayıcı Püskürtme
Bu toz yatağı işleminde, baskı sırasında seramik tozu parçacıklarını birleştirmek için seçici olarak bir sıvı bağlayıcı madde biriktirilir. Tamamlandığında, yeşil parça bağlayıcıyı yakmak ve parçayı yoğunlaştırmak için sinterlenir. Alümina, zirkonya, silisyum karbür ve cam tozları bağlayıcı püskürtme kullanılarak basılmıştır. Parçalarda yüksek seramik içeriği sağlar. Sınırlamalar, katı seramiklere göre daha düşük ulaşılabilir yoğunluğu içerir.
Malzeme Ekstrüzyonu
Robocasting veya doğrudan mürekkeple yazma olarak da adlandırılan malzeme ekstrüzyonu, yapıları katman katman oluşturmak için seramik bulamaçları bir nozülden geçirir. Bileşim tipik olarak seramik tozu, monomerler, dağıtıcı ve başlatıcıyı birleştirir. Parçalar basıldıktan sonra kürlenir ve ardından sinterlenir. Bu yöntem kullanılarak seramik içeriğine sahip silisyum karbür ve alümina kompozitler basılabilir. Ancak kurutma ve sinterleme sırasındaki büzülme, şekil bozulmalarına neden olabilir.
Kompozit AM Malzemeleri
Katmanlı üretim, polimerler, metaller ve seramikler gibi farklı temel malzemelerin özel özelliklere sahip kompozit malzemeler halinde birleştirilmesine olanak tanır.
Metal Matrisli Kompozitler
Metal tozları, takviyesiz metallere kıyasla üstün sertlik, mukavemet ve aşınma direnci elde etmek için DED işlemi sırasında silikon karbür veya alümina gibi sert takviyelerle karıştırılabilir. Nikel ve titanyum matrisli kompozitler, türbin ve roket motoru sıcak bölüm parçalarında daha fazla sertlik ve termal stabilite için SiC parçacıkları ve nanotüplerle güçlendirilmiştir.
Karbon Fiber Kompozitler
Kıyılmış veya sürekli karbon fiberler SLA 3D baskıda fotopolimerleri veya FDM/FFF'de termoplastikleri güçlendirebilir. Bu, ağırlığı azaltırken drone çerçeveleri ve uçak iç bileşenleri gibi parçaların sertliğini, statik mukavemetini, termal direncini ve boyutsal stabilitesini artırır. AM sırasında mükemmel elyaf yönlendirme kontrolü mümkündür.
Fotokürlenebilir Reçine Kompozitler
SLA polimerleri, boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesi avantajlarını korurken uygulama gereksinimlerine göre modül, ısı sapma sıcaklığı, sertlik ve termal iletkenlik gibi reçine özelliklerini değiştirmek için seramik parçacıklar ve nanotüplerle birleştirilir. Bu, gelişmiş mekanik özelliklere ve estetiğe sahip 3D baskılı diş köprüleri ve kronları sağlar.
AM Malzemelerinin Avantajları
AM malzemeleri, geleneksel üretim yoluyla elde edilemeyen performans avantajlarının ve tasarım olanaklarının kilidini açar:
- Karmaşıklık - Karmaşık içi boş ve hücresel yapılar, başka türlü üretilmesi imkansız olan CAD modellerinden doğrudan üretilebilir. Bu da hafif, optimize edilmiş tasarımlara olanak tanır.
- Özelleştirme - Bireyin anatomisine mükemmel şekilde uyan hasta uyumlu implantlar, tabanlık ve protezler, daha iyi konfor ve işlev restorasyonu için tıbbi tarama verilerinden 3D olarak yazdırılabilir.
- Meclis Konsolidasyonu - Birleştirilmiş bileşenleri basarak parça sayısını azaltmak güvenilirliği artırır, stokları azaltır ve daha hızlı üretim sağlar.
- Yüksek Performans - Metallerin epitaksiyel katılaşma yoluyla güçlendirilmesi ve yönlendirilmiş mikro yapılara sahip kompozitler, üstün mekanik özelliklerle sonuçlanır.
- Sürdürülebilirlik - Katkı maddesi, minimum atıkla talep üzerine üretime olanak sağlar. Yenilenebilir kaynaklardan elde edilen biyopolimerler gibi bazı AM malzemeleri de sürdürülebilirliği desteklemektedir.
AM Malzemeleri için Zorluklar
AM malzemeleri birçok fayda sunarken, daha yaygın bir şekilde benimsenmesi için ele alınması gereken bazı zorluklar vardır:
- Standartlar – Çoğu AM malzemesi için endüstri çapında spesifikasyonların ve standartların olmaması tutarlılığı zorlaştırmaktadır. Malzeme kalitesi tedarikçiler ve yazıcı teknolojileri arasında farklılık gösterebilir.
- Sertifikasyon – AM'nin son kullanım üretim bileşenleri için kabul edilmesinden önce özellikle kritik savunma, havacılık ve tıbbi uygulamalarda kullanılan metal alaşımlar için titiz sertifikasyon ve dokümantasyon gereklidir.
- Kusurlar – Bazı AM süreçleri, bitmiş parçalarda mekanik performansı tehlikeye atan gözeneklilik, mikro çatlama ve delaminasyon kusurlarından muzdariptir. Malzeme özellikleri, kalite kontrol ve süreç parametrelerinde daha fazla iyileştirmeye ihtiyaç vardır.
- Yüzey İşlemi – AM'den kaynaklanan merdiven basamakları ve katman çizgileri, yüzeylerin kapsamlı bir şekilde elle parlatılmasını gerektirebilir. Bazı malzemeler de tane yapısı pürüzlülüğünden muzdariptir. Kötü yüzey kalitesinin nedenlerinin ve çözümlerinin daha iyi anlaşılması gerekmektedir.
- Maliyet – AM malzeme maliyetleri, tescilli formülasyonlar, sınırlı tedarikçiler ve düşük üretim hacimleri nedeniyle genellikle yüksektir. AM malzeme üretiminin ölçeklendirilmesi, geleneksel malzemelerle maliyet rekabetçiliğini artırabilir.
- Anizotropi – Bazı yoğun yönlendirilmiş veya katmanlı AM mikro yapıları, yapıya paralel ve dik olarak daha yüksek mukavemet gibi özelliklerde yönlü değişkenliğe neden olur. Geliştirilmiş malzeme bağlama ve biriktirme teknikleri anizotropinin üstesinden gelmeye yardımcı olur.
AM Malzemelerinin Geleceği
AM malzeme inovasyonu, katmanlı üretimin sürekli genişlemesi için hayati önem taşımaktadır. Gelecek için umut vaat eden bazı önemli alanlar:
- Çoklu Malzemeler - Farklı metalleri, seramikleri, polimerleri birleştiren tek parçalar gerçek çok işlevliliği mümkün kılacaktır. Bu, çok nozullu 3D baskı kullanılarak araştırılmaktadır.
- Akıllı malzemeler - 4D baskı, ısı, nem, ışık veya manyetik alanlar gibi uyarıcılara maruz kaldığında şekli/rengi/şeffaflığı yeniden yapılandıran nesneler yapmak için şekil hafızalı alaşımları, hidrojelleri ve sıvı kristal elastomerleri bir araya getirir.
- Biyouyumlu – Yeni doku mühendisliği malzemeleri ve kök hücre taşıyıcıları, entegrasyonu ve rejenerasyonu iyileştirmek için tıbbi tedavilerde AM'nin benimsenmesini sağlayacaktır.
- Sürdürülebilir – Petrol bazlı polimerlere alternatif olarak, bol ve yenilenebilir kaynaklardan elde edilen çevre dostu, toksik olmayan AM malzemelerinin geliştirilmesi gerekmektedir.
- Nanokompozitler – Mekanik, termal, elektriksel özellikleri önemli ölçüde geliştirmek için nanotüpler/nanopartiküller ile güçlendirilmiş polimer ve metal matrisler yeni yüksek performanslı uygulamaların önünü açacaktır.
- Tasarım araçları - AM süreçlerinin fizik tabanlı çok ölçekli bilgisayar modellemesi, yeni malzemelerin kalifikasyonu ve optimizasyonu için mikro yapıların ve özelliklerin daha iyi tahmin edilmesini sağlayacaktır.
Sonuç
Özetle, AM malzemeleri sektörler genelinde işlevsel 3D baskılı bileşenlerin hayati öneme sahip destekleyicileridir. Metaller, polimerler, seramikler ve kompozitlerin her biri, eklemeli üretim süreçlerini kullanarak yüksek performanslı, karmaşık parçalar üretmek için farklı yetenekler sunar. Zorluklar mevcut olsa da, AM malzeme inovasyonu 3D baskı teknolojisinin tasarım olanaklarını ve faydalarını genişletmeye devam edecektir.
