Bu makaleyi okumadan önce, e-bergi’nin Kasım 2015 sayısında yayınlanan "Üç Boyutlu Yazıcılar – Yeni Sanayi Devrimi" başlıklı yazıyı okumanızı öneririm. Bu yazıda, üç boyutlu bir yazıcının teknik özellikleri ve dünyadaki uygulamaları (üretilen ve kullanılan yapılar) şeklinde iki alt başlık bulunmaktadır. Bu iki kavram birbiriyle ilişkilidir. Eğer bu iki kavram iyi bir şekilde öğrenilirse, okuyucunun farkındalık düzeyi daha da artacaktır.
Üç Boyutlu Bir Yazıcının Teknik Özellikleri:
Günümüzde, üç boyutlu bir yazıcı için geliştirilen metotlar, toplamda beş farklı tiptedir. Bunlar; Stereolithography (SL), Fused Deposition Modelling (FDM), Selective Laser Printing (SLS), 3 Dimensional Printing (3DP) ve Polyjet şeklindedir. Aşağıda FDM metodu açıklanmıştır. FDM metodu, katman mantığı ile çalışan yöntem olarak bilinmektedir.
FDM (Katman Mantığı) ile Çalışan Değişik Baskı Alanlarına Sahip Üç Boyutlu Yazıcı Örnekleri
FDM tekniğinde şerit halindeki plastik hammadde ekstrüzyon kafasına iletilir. Ekstrüzyon sıvı veya hamur halindeki bir maddeyi ince bir delikten uygun bir ortama iterek tel veya iplik haline sokma işlemidir. Ekstrüzyon kafasında malzeme ısıtılarak eriyik hale getirilir. Ekstrüzyon kafası iki eksende bilgisayar destekli üretim (CAM) yazılımı ile hareket edebilen bir yapıdadır ve eriyik malzemeyi damlalar halinde boş bir tepsiye püskürtür. Bu sayede parçayı oluşturacak ilk katman oluşturulur. Her katmanda tepsi bir adım aşağı iner. Böylece parça katmanlar halinde inşa edilir. Püskürtülen malzeme anında katılaşır. Tüm katmanların inşası tamamlandığında parça tepsiden sökülür. İnşa sırasında destek görevi gören bir yapı oluşur. Üretim tamamlandıktan sonra bu yapı parçadan sökülür.
Ekstrüzyon kafasının hareketi “Pozisyon Hasssiyeti” olarak tanımlanır. Bu hassasiyet mikron seviyesindedir. Takip ettiğim markanın pozisyon hassasiyeti, XY düzleminde 1.5 mikron, Z düzleminde ise 1.25 mikron düzeyindedir.
Üç Boyutlu bir yazıcıda kullanılan sarf malzeme (sıvıya dönüşen materyal), filament olarakda isimlendirilir. Çeşitli özelliklerde filamentler bulunmaktadır. Yine takip ettiğim markanın filament tipleri ve bu filamentlere ait özellikler aşağıda bulunmaktadır:
FDM teknolojisini kullanan üç boyutlu bir yazıcıda, üretilen parçanın (homojen olacak şekilde) doluluk oranı belirlenebilmektedir. Bu sayede kullanılan filamentten tasarruf etmek mümkündür. Bunu yaparken yazıcının arayüz programında (slicer programı) parçanın içinin doluluk oranı belirlenebilir. Buna infill parametresi denir. İç doluluk oranı %10, %20 veya %100 olarak üretim yapılması mümkündür. Üretilecek parçanın görünmeyen iç bölümleri, aşağıda bulunan resimdeki gibi boş petek şeklinde oluşturulabilir.
Dünyadaki Uygulamalar:
Yeni sanayi devriminin öncüsü üç boyutlu yazıcılar ile bugüne kadar üretilmiş ve kullanılmakta olan yapılar aşağıda (katagorize edilerek) sıralanmıştır. Bu yapıları üretmek için kullanılan üç boyutlu yazıcının filament olarak çelik kullanıldığı bilinmelidir.
Uzay Endüstrisi:
Nasa üç boyutlu yazıcı kullanarak uzay taşıtları için yakıt pompası üretti. İki yıl süren Ar-Ge çalışmalarının ardından, gelecek nesil uzay araçlarında kullanmak üzere, üç boyutlu yazıcı yapımı yakıt pompasının testlerini tamamladı. Bir F1 aracınınkinden 9.5 kat daha hızlı çalışabilen bu yakıt pompası, şu ana kadar üretilmiş en karmaşık üç boyutlu yazıcı ürünüdür. Bu yakıt pompasının üretiminde demir tozu ve lazer kesim kullanılmıştır. Geleneksel yakıt pompalarından %45 daha az parça kullanılarak üretilmiştir. Saniyede 1200 galon sıvı hidrojen pompalayabilmektedir.
Nasa tarafından Üç Boyutlu Yazıcı ile Üretilen Yakıt Pompası
Havacılık Endüstrisi:
Monash Üniversitesi tarafından yapılan çalışmayla üç boyutlu yazıcı ile uçak motoru üretildi. Bu jet motoru, benzerlerine göre daha hafif ve daha az yakıt tüketiyor. İlk kez Avustralya’nın Geelong kentinde düzenlenen Avustralya Uluslararası Havacılık Fuarı 2015’te sergilendi. Jet motorunu yapan ekibin başında, hafif metaller alanında uzman Profesör Xinhua Wu bulunuyor. Wu “Geleneksel olarak bir motoru tasarlamak, son halini geliştirmek ve onu test etmek 10 veya 15 sene sürerdi. Bunu 3B baskı kullanarak birkaç sene içerisinde yapabiliriz.” şeklinde belirtti. Bu ürün, üç boyutlu yazıcı ile üretilen ilk jet motorudur.
Monash Üniversitesi tarafından Üç Boyutlu Yazıcı ile Üretilen İlk Jet Motoru
Otomotiv Endüstrisi:
Dünyanın ilk üç boyutlu yazıcı ile üretilmiş otomobili aşağıdadır. Aracın metal kısımları, koltukları, motoru ve lambaları dışındaki tüm ara parçaları ve kaportası üç boyutlu yazıcı ile üretildi. Araç elektirikli bir motora sahip.
Üç Boyutlu Yazıcı ile Üretilen Dünyanın İlk Otomobili
San Francisco merkezli girişim olan Divergent Microfactories’in tasarladığı ve 3B yazıcı ile yapılan, “Blade” isminde ki otomobil ise Dünya’nın ilk süper arabası olma özelliğine sahip. Bu otomobil “node” teknolojisiyle geliştirilmiştir. Otomobil bu teknolojiyle tek parçayla değil, ayrı parçalar halinde geliştiriliyor. Alüminyum parçalardan oluşan eklem noktaları, fiber parçalarla birbirine bağlanıyor. Böylece çok hafif bir şasi elde edilmiş oluyor. Geliştiricilerin belirttiğine göre otomobil hemen her materyalle üretilebiliyor. Gövdenin karbon fiberden üretilmiş olması otomobilin çok hafif olmasını sağlıyor. Otomobilin ağırılığı 635 kg olup, otomobilde 700 beygirlik, sıkıştırılmış doğalgaz ve benzin ile çalışabilen güçlü bir motor yer alıyor.
Üç Boyutlu Yazıcı ile Üretilen Dünyanın İlk Süper Otomobili “Blade”
Mimari:
Winsun isimli inşaat firması dünyanın ilk tamamen üç boyutlu yazıcı ve hazır malzemeler kullanılarak inşa edilen villasını Ocak 2015 tarihi itibari ile duyurdu. Villa 1100 metre karelik bir alana yapıldı. Villanın yapımı için üç boyutlu yazıcıdan özel bir materyal ile çıktı alındığı belirtiliyor. Bu özel materyalin sanayi atıkları ve inşaat malzemelerinden oluştuğu ancak çabuk kuruyan bir beton formuna getirildiği söylendi.
Üç boyutlu yazıcı yardımıyla üretilen binaların, işçi maliyetini %50-80 ve inşaat süresini de %50-70 oranında azalttığı ve çevre kirliliği konusunda inşaatlara oranla çok daha zararsız olduğu söyleniyor.
Üç Boyutlu Yazıcı ile Üretilen Dünyadaki İlk Villa
Sağlık Endüstrisi:
Bilim insanları, üç boyutlu yazıcı kullanarak canlı vücut parçaları üretiminde başarı sağlandığını söylüyor. Bu yöntemle üretilen kemik, kas ve kıkırdak parçalarının, hayvanlara nakledildiklerinde normal işlevlerini yerine getirdikleri görüldü. Rejeneratif (yenileyici) tıp açısından önemli bir gelişmeye işaret eden araştırmanın sonuçları Nature Biotechnology adlı dergide yayınlandı.
ABD’de Wake Forest Baptist Tıp Merkezi’ndeki araştırma ekibi, tıpkı bir sünger gibi içinde mikroskobik kanallar bulunan üç boyutlu hücreler basmayı başardı. Bu mikroskobik kanallar sayesinde hücrelerin beslenmesi sağlandı. Entegre Doku ve Organ Baskı Sistemi denilen bu yöntemde, biyolojik bozunma özelliğine sahip plastik ve su bazlı bir jel kullanılıyor. Çözünebilir bir plastikle biçim veriliyor, hücreleri içeren su bazlı jel de bunların büyüyebilmesi için gerekli ortamı sağlıyor. Bu şekilde üç boyutlu basılan parçalar hayvanlara nakledildiğinde, plastik form çözünerek yerini hücreler tarafından üretilen proteinden oluşan akışkanlığı daha az bir ortama bırakıyor, bu arada nakledilen parçaların içinde kan damarları ve sinirler oluşuyor. Araştırmaya liderlik eden Prof. Anthony Atala, insan dokularının da aynı şekide basılabileceğini söyledi.
Üç Boyutlu Yazıcı ile Üretilen Canlı Vücut Parçası
Kaynakça: