3D Baskı
3D baskı nasıl çalışır?
Bir katkı üretim yöntemi 3D baskıdır. Bu, bir malzeme bloğuna veya bir kalıba ihtiyaç duymak yerine gerçek nesneler oluşturmak için basitçe malzeme katmanlarını istifleyip birleştirmesi anlamında "katkısal"dır. "Geleneksel" teknolojilerden daha karmaşık geometriler inşa edebilir, genellikle hızlıdır, ucuz sabit kurulum maliyetlerine sahiptir ve sürekli büyüyen bir malzeme yelpazesiyle çalışır. Mühendislik sektörü, özellikle prototipleme ve hafif geometriler geliştirme sırasında bundan önemli ölçüde yararlanır.
Katmanlı üretim ve 3D baskı
"3D baskı" terimi sıklıkla üretici kültürü, amatörler ve meraklılar, masaüstü yazıcılar, FDM gibi erişilebilir baskı teknikleri ve ABS ve PLA gibi ucuz malzemelerle ilişkilendirilir. Bu kısmen RepRap hareketinden ortaya çıkan uygun fiyatlı masaüstü yazıcılardan kaynaklanmaktadır, örneğin orijinal MakerBot ve Ultimaker, 3D baskının demokratikleşmesine ve 2009 3D baskı patlamasına katkıda bulunmuştur.
3D Baskı Teknolojisi: Yenilikçi Üretimin Geleceği
3 boyutlubaskıtarih
3D baskı konsept ürünleri 1970'lerde başladı. 1981'de, katman katman baskı üretim yöntemini ilk tanımlayan Japon bilim adamı Dr. Kodama, 3D baskıyı denedi ve ultraviyole ışıkla polimerize edilen ışığa duyarlı reçine olan SLA (stereolitografi) 3D baskı teknolojisini bizzat yarattı.
Birkaç yıl sonra Amerikalı bilim adamı Charles Hull da SLA teknolojisi üzerinde derinlemesine araştırmalar yaptı ve 1986 yılında SLA'nın ilk patentini sundu. 3D Systems'ı kurdu ve ilk ticari ürünü olan SLA-1'i 1988 yılında piyasaya sürdü. (aşağıdaki resim)
SLA'nın en erken geliştirilen 3D baskı teknolojisi olduğu söylenebilir, peki SLS (Seçici Lazer Sinterleme) ve FDM (Eritmeli Biriktirme Modellemesi) daha sonra ne zaman ortaya çıktı?
1988'de Amerikalı Carl Deckard, bir lazerin toz parçacıklarını yerel olarak bir araya getirerek baskı yaptığı başka bir 3B baskı tekniği olan SLS teknolojisini Teksas Üniversitesi'nde patentledi. Aynı yıl, Stratasys'in kurucularından biri olan Scott Crump, füzyonlu biriktirme modellemesi (FDM) için bir patent başvurusunda bulundu. 1980'den 1990'a kadar, 3B baskının üç ana teknolojisinin hepsi patentlendi ve bu, bu sektörde hızlı bir gelişme döneminin başlangıcını işaret etti.
Avrupa'da EOS GmbH, 3D baskı için bir tasarım sistemi yarattı: Stereos" sistemi. Günümüzde, endüstriyel sektördeki 3D yazdırılmış modelleri, plastikler ve metaller için SLS 3D baskı teknolojisi (Seçici Lazer Sinterleme) için dünya çapında kullanılmaktadır.
1992 yılında, birçok profesyonelin ve bireyin farklı ihtiyaçlarını karşılamak üzere 3D yazıcılar geliştiren Stratasys tarafından FDM (Fused Deposition Modeling) 3D baskı teknolojisi patenti onaylandı.
1993'ten 1999'a kadar 3D baskı endüstrisinde çeşitli teknolojiler ortaya çıktı. Aynı zamanda, giderek daha fazla yeni CAD yazılımı ve 3D modelleme yazılımı geliştirildi, örneğin, ilk katılımcılardan biri olan Sanders Prototype (şimdi Solidscape olarak adlandırılıyor).
3D baskı çok alanlı uygulamalar
2008'de ilk 3D baskılı protez çıktı ve bu da medyada 3D baskının payını daha da artırdı. İnsanlar 3D baskının yalnızca geleneksel parçaları değil aynı zamanda insan vücudu onarımında da kullanılabileceğini keşfetti. Bu inanılmaz tıbbi 3D baskı projesi, biyolojik bir uzvun tüm parçalarını birleştiriyor ve herhangi bir sonraki montaj olmadan "olduğu gibi" basılabiliyor. Günümüzde 3D tarama ile birleştirilen 3D baskılı tıbbi protezler ve ortezler, hastaların ihtiyaçlarını karşılamak için daha ucuz ve daha hızlı hale geliyor. Dahası, bu protezler giderek daha fazla optimize ediliyor ve hastanın morfolojisine uyarlanıyor. 3D baskı, kitlesel kişiselleştirme için yeni fırsatlar sunuyor. (resim ekle)
2009, FDM patentlerinin kitlesel tüketim alanına girdiği ve FDM 3D yazıcıların kapsamlı bir şekilde yenilenmesi için yeni bir yol açtığı yıldı. Masaüstü 3D yazıcıların fiyatı düştükçe, giderek daha fazla insan 3D baskı sektörünün gelişimine dikkat edebildi.
2013 yılında, ABD Başkanı Barack Obama, Birliğin Durumu konuşmasında 3D baskıyı geleceğin ana üretim biçimi olarak belirtmiş ve "3D baskı"yı mutlak bir moda sözcüğü haline getirmişti. Şimdi, kamuoyunun zihnindeki yeri çok belirgin. Gittikçe daha fazla sayıda küçük ve orta ölçekli şirket, 3D baskının sağladığı düşük maliyetli prototiplemeden yararlanıyor ve bunu yineleme, inovasyon ve üretim süreçlerine tamamen entegre ediyor.
3D baskı konsept otomobil
İnşaat uygulamalarına gelince, 3D yazdırılmış evler artık bir gerçeklik. İnsanlar 2018'de ilk kez 3D yazdırılmış evlere taşındı. Evin alanı 1022 fit kare, yani oldukça yaşanabilir. Yazdırmak toplamda iki gün sürdü.
Üretim ve 3D baskı arasındaki benzerlikler ve farklılıklar üzerine 3D baskının sınıflandırma sistemi
Örnek olarak içi boş küreyi ele alalım. Yüzeyde bir düzineden fazla çiçek var. Geleneksel işleme ile işlenirse çok zahmetli olur ve desenler tek tek değiştirilmelidir. Ve 3D baskıyı seçerseniz, malzeme israfı olmaz, bu nedenle buna katkı üretimi adı da verilir, bu da fiziksel parçaları üretmek için malzemeleri kademeli olarak biriktirme yönteminin kullanıldığı anlamına gelir. Geleneksel yöntem önce embriyoyu yapmak, ardından fazla malzemeyi çıkarmak ve kalan malzeme istenen şekli vermektir. Bir sorun tespit edilirse, bir kalıbı açıp değiştirmek gerekir; 3D baskı ise malzemeyi azar azar biriktirirken, bitmiş ürünü hızla görebilirsiniz.
3D baskı teknolojisinin gerçekleştirilmesi
3D baskı teknolojisi endüstriyel üretime uygulanır. 3D baskının kullanması gereken şey fiziksel nesne değil, dijital modeldir. Önünüzdeki gerçek nesneyi 3D yazdırmak istiyorsanız, onu modellemek için bir bilgisayar kullanmalı veya gerçek nesneyi, yani bir 3D modeli sayısallaştırmak için bir 3D tarayıcı kullanmalısınız ve on beş dakika kadar kısa bir sürede bir şeyler yazdırabilirsiniz. Şu anda, 3D baskı teknolojisi dört ana kategoriye ayrılmıştır: FDM, DLP/SLA ve SLS
SLS-- lazer sinterleme kalıplama işlemi
SLS, lazer ışınımının yüksek sıcaklık koşulları altında eriyen nispeten yüksek teknolojili bir tozdur. Tezgaha ince bir toz tabakası yayın ve sıcaklığı erime noktasına yükseltmek için lazer ışınıyla tabakanın kesitini tarayın, böylece sinterleme ve bağlamayı gerçekleştirin, model oluşana kadar toz yayma, sinterleme, öğütme ve kurutma işlemlerini tekrarlayın. Aslında, 3B yazdırma, tekrar tekrar 2B yazdırmadır. Bir nesneyi çok ince dilimlerseniz, her parçanın bir şekli olduğunu göreceksiniz. Tüm şekilleri bir araya getirirseniz, üç boyutlu bir yapı nesnesi elde edersiniz. Bu nedenle grafik çizmek için lazerleri kullanırız. SLS kalıplanmış parçaların ortama (sıcaklık, nem ve kimyasal korozyon) direnci termoplastik malzemelerin direncine benzer; SLA kalıplanmış parçaların direnci ise nispeten zayıftır, örneğin epoksi reçine ile kalıplanmış SLA iş parçaları neme ve kimyasallara karşı hassastır. Korozyon, 38°C'nin üzerindeki bir ortamda yumuşar ve eğilir, ancak şekillendirme hassasiyeti yüksektir.
SLA --stereolitografi kalıplama işlemi
SLA, şu anda Çin'de nispeten gelişmiş bir ışıkla kürleme teknolojisidir. "Stereolitografi", lazer ışınının sıvı reçinenin yüzeyindeki nesnenin ilk katman şeklini ana hatlarıyla belirlediği ve ardından üretim platformunun belirli bir mesafe (0,05-0,025 mm arasında) alçaltıldığı ve ardından katılaşmış katmanın sıvı reçineye daldırıldığı ve benzeri bir işlemdir. Kullanılan reçine, lazer ışınıyla ışınlandıktan sonra katı bir hal oluşturacak olan ışığa duyarlı bir reçinedir ve şekillendirme modeli hızlı ve hassastır.
DLP-- stereolitografi kalıplama işlemi
Lazer şekillendirme teknolojisi olarak bilinen DLP dijital ışık işleme. DLP 3D baskı teknolojisi, SLA 3D baskı teknolojisiyle birçok benzerliğe sahiptir. Üretim, bir kalemle daire çizmeye benzetilirse, SLA teknolojisi katman katman çizmeye, DLP ise doğrudan damgalamaya eşdeğerdir. Takip ettiğimiz seri üretimin iki çok önemli noktası vardır, biri verimlilik, diğeri ise malzeme maliyetidir. Shenzhen'deki bir şirket olan Light Prism Technology tarafından geliştirilen, geleneksel üretimden, yani yüz yüze teknolojiden yüzlerce kat daha hızlı baskı yapabilen bir 3D yazıcı var. Geleneksel FDM 3D baskıyla içi boş bir topu basmak 2-5 saat sürer ve en hızlısı bir saat sürer, ancak en son yüz yüze teknolojiyle baskı yapmak yalnızca yaklaşık 10 dakika sürer. Baskı hızı inanılmaz. Bu 3D baskı piyasaya çıktığında, Geleneksel el sanatlarına etkisi hala büyük.
FDM -- Erimiş Biriktirme Kalıplama İşlemi
DLP ve SLS teknolojileriyle karşılaştırıldığında, FDM teknolojisi nispeten basittir, bu nedenle geniş bir kitleye sahiptir ve aileye girmesi daha kolaydır. Prototip, katman katman biriktirilen yarı erimiş bir filamente ekstrüde edilecek termoplastik malzeme kullanılarak doğrudan 3D CAD verilerinden oluşturulur. FDM teknolojisinin avantajları basit mekanik yapı, kolay tasarım, düşük üretim maliyeti, bakım maliyeti ve malzeme maliyeti ve çevreye kirlilik vermemesidir. Bu nedenle, FDM aynı zamanda ev tipi masaüstü 3D yazıcılarda en yaygın kullanılan teknolojidir. Lazer kullanmayan ve düşük maliyetli, ancak doğruluğu yüksek olmayan ve baskı hızı çok yavaş olan nispeten geleneksel bir baskı yöntemidir. Bu, herkes için en erişilebilir yöntemdir ve genellikle eğitim pazarında kullanılır.
3D Baskının Üretim ve Geleneksel Zanaatkarlık Üzerindeki Etkisi
3D baskının avantajları
(1) Özelleştirme
Diş hekimliğini örnek alırsak, herkesin dişleri farklıdır, ancak 3D baskı, özelleştirilmiş üretim ile seri üretim arasındaki çelişkiyi çözebilir ve kişiye özel implantlar, diş telleri vb. seri olarak üretilebilir.
(2) gerçek zamanlı örnek
3D baskının hızlı hızı nedeniyle, tasarımcı sabah ürünün bir versiyonunu tasarlar ve lider öğlen bitmiş ürünü görebilir ve ardından akşam 6'da başka bir versiyon tasarlar ve ertesi sabah bitmiş ürünü görebilir, bu da yeni ürünlerin geliştirilmesini büyük ölçüde hızlandırır. Özellikle karmaşık değilse, 3D baskı bitmiş ürünleri 3 saatte üretebilirken, geleneksel prova her seferinde 4-6 hafta sürer, bu nedenle endüstriyel tasarımın genel hızı da iyileştirilir.
(3) Kirlilik yok
Üretilen hammaddelerin tamamı çevre dostu olduğundan, tüm üretim süreci kirlilik içermeyen bir üretimdir. Atık gaz ve atık su kirliliği yoktur ve artık malzemelerin israfı yoktur.
(4) Verileştirme
Dijital diş hekimliği olgunlaştığında, doktorlar için teknik gereksinimler büyük ölçüde azalacaktır. Hastaların hastanede sadece iki dakika boyunca tarama yapmak için cihazı kullanmaları yeterlidir ve tüm diş sorunlarının nedenlerini ve çözümlerini öğrenebilirler.
Ayrıca, 3D baskı ortodonti için de kullanılabilir, kişiselleştirilmiş ve özelleştirilmiş şeffaf diş telleri basılabilir. Plastik cerrahi sırasında dişler sola mı yoksa öne mi hareket etmelidir? Kaç milimetre hareket etmelidir? Geçmişte, diş cerrahisi yalnızca doktorun kişisel deneyimine dayanıyordu, ancak dijital diş hekimliği operasyonun stabilitesini artırdı ve doktorlar için teknik eşiği düşürdü.
(5) Hızlı
Geleneksel endüstriyel süreçlerle karşılaştırıldığında, 3D baskı insan gücü ve nakliye gibi ön hazırlıklar gerektirmez. Sadece makinelere ve ham maddelere ihtiyaç duyar ve hızlı bir şekilde üretime alınabilir.
(6) Otomasyon
Sanal hayal gücü ile gerçek şey arasında yalnızca bir 3D yazıcı olduğu söylenebilir. 3D baskının tek tuşla üretimi çok fazla işçilik maliyetinden ve insan hatalarından tasarruf sağlar.