3D Yazıcıların Teknolojide ve Günlük Hayatta Kullanımı

3D yazıcıların tıpta nasıl kullanıldığını öğrenmek için buraya göz atabilirsiniz.

Polimerlerle 3D Baskı Teknolojilerinin Temelleri

Tüm 3D yazıcılarda, fiziksel nesnelerin (parçalar ya da tamamlanmış ürünler) üretiminde, malzemenin katman katman eklenmesi prensibine dayanan eklemeli (aditif) üretim teknolojileri kullanılır. Bu yönüyle, malzemenin aşamalı olarak çıkarıldığı çıkarımcı (subtraktif) teknolojilerden (frezeleme, kesme, delme) ve ayrıca presleme, döküm gibi geleneksel üretim yöntemlerinden ayrılır.

Sanayide plastik ürünler ağırlıklı olarak presleme veya enjeksiyonla üretilir. Bu yöntemler her bir parçanın yüksek hassasiyetle ve hızlı bir şekilde üretilmesini sağlar. Ancak bu süreçlerin sadeliği, yüksek ilk yatırım maliyetleri ve farklı türde ürünlere geçişte yaşanan zorluklarla sınırlıdır. Kalıp oluşturma ve döküm kalıplarının üretimi oldukça pahalıdır ve bu kalıpların sonradan değiştirilmesi genellikle mümkün değildir.

Bu geleneksel yöntemlere alternatif olarak 3D baskı giderek daha fazla tercih edilmektedir, özellikle küçük ölçekli plastik parçaların veya prototiplerin üretimi gerektiğinde. Bazı polimer türleri kullanılarak esnek parçalar dahi üretilebilir; örneğin, dişli kayışlar bu şekilde üretilebilir. Bu nedenle, özellikle gerekli yedek parçaların tedarik edilemediği durumlarda, kritik makinelerin onarımı için 3D yazıcılar önemli bir çözüm sunar. Aynı zamanda tasarım alanında da oldukça işlevseldir – bir CAD programında hazırlanan model hızlıca üretilebilir, odak gruplarına sunulabilir ve en iyi versiyon seçilebilir. Teknolojinin sunduğu avantajlar sayesinde, karmaşık ve hareketli oyuncaklar, zekâ küpleri gibi günlük yaşamda kullanılan ürünler – özel hediyeliklerden tam donanımlı ev aletlerine kadar – kolaylıkla üretilebilmektedir.

Günümüzde en yaygın kullanılan üç polimer 3D baskı teknolojisi şunlardır:

• Katmanlı eritme yöntemi (FDM – tescilli adı, veya FFF – serbest kullanılan adı). Bu teknolojinin özel bir türü ise büyük boyutlu polimer granülleriyle yapılan FGF baskısıdır.
• Lazerle sertleştirme yöntemi olan stereolitografi (SLA) ve bunun bir çeşidi olan DLP baskı.
• Seçici lazer sinterleme (SLS).

Plastik 3D Baskı Teknolojileri

FDM
Katmanlı Eritme Yöntemi

• Termoplastik filamentlerin eritilmesi ve ekstrüzyon yöntemiyle katman katman birleştirilmesi
• Ekipman ve malzeme maliyetlerinin en düşük olduğu yöntem
• Göreceli olarak en düşük çözünürlük ve sınırlı hassasiyet

Bu teknoloji, temel konsept modelleri oluşturmak ve basit prototipler geliştirmek için en uygun seçenektir.

SLS
Seçici Lazer Sinterleme

• Polimer tozunun lazerle eritilerek sinterlenmesi
• Düşük üretim maliyeti, yüksek verimlilik ve destek yapılarının gerekmemesi
• Baskıdan çıkan parçaların mekanik özellikleri, enjeksiyon kalıplamayla üretilen ürünlere oldukça yakındır.

Bu teknoloji, fonksiyonel prototipleme ve son kullanıcıya yönelik nihai ürünlerin üretimi için en ideal çözümlerden biridir.

SLA
Stereolitografi

• Fotopolimer reçinenin lazerle sertleştirilmesi
• Geniş malzeme yelpazesi
• Yüksek çözünürlük, üstün hassasiyet ve en ince detayların başarılı bir şekilde modellenmesi.

SLA teknolojisi; fonksiyonel prototipler, numune modeller, kalıplar ve üretim aparatları için son derece uygundur.

FDM teknolojisinde sarf malzemesi olarak plastikten üretilmiş iplik benzeri filamentler (veya FGF baskıda granüller) kullanılırken, SLA teknolojisinde ışığa duyarlı sertleşen sıvı polimer reçineler; SLS teknolojisinde ise poliamid bazlı veya modifiye edilmiş polimer tozları kullanılmaktadır.

Ayrıca günümüzde PolyJet teknolojisi de gelişmektedir. Bu yöntem, klasik mürekkep püskürtmeli yazıcıların çalışma prensibini andırır. Ancak mürekkep damlacıkları yerine, 3D yazıcı baskı yüzeyine sıvı polimer katmanları püskürtür. Ardından bu katmanlar, ultraviyole ışıkla sertleştirilir (tıpkı diş hekimliğinde kullanılan dolgu malzemelerinde olduğu gibi). Üretici firma Stratasys, bu yöntemle 16 mikrometreye kadar baskı hassasiyetine ulaşılabileceğini belirtmektedir.

Kaynak: https://top3dshop.ru/blog/podrobnyj-gid-po-vyboru-plastika-dlja-3d-pechati.html

FDM Teknolojisi (Filamentle 3D Baskı)

FDM yazıcılar, erişilebilirlik açısından en yaygın olan modellerdir. Ev tipi FDM yazıcıların fiyatları yaklaşık 20 bin rubleden (Türk Lirası bazında değişkenlik gösterebilir) başlamaktadır. Bu tür yazıcılar, düşük maliyetle çok sayıda parça üretmeye, 3D modelleme öğrenmeye, tasarımdaki hataları tespit edip düzeltmeye ve çeşitli mühendislik veya tasarım fikirlerini deneyerek geliştirmeye olanak tanır.

Ev tipi bir FDM yazıcı, çocuklar ve gençler için erken yaşta gelişimi destekleyen mükemmel bir eğitim aracıdır. Neredeyse tüm ebeveynler çocuklarının yetenekli olduğunu düşünür, ancak onlara hazır plastik oyuncaklar alırlar. Oysa çocuğun kendi oyuncağını tasarlayıp üretmesi, yaratıcılığını ve problem çözme becerisini çok daha etkili şekilde geliştirir. Genellikle böyle bir hediye, çocuklarda büyük bir heyecan ve ilgi uyandırır.

Bazı 3D modelleme programları, Windows ve macOS için özel olarak çocuklar ve yeni başlayan kullanıcılar düşünülerek tasarlanmıştır. Bu programlar basit ve sezgisel arayüzlere sahiptir. Çocuklar önce ebeveynlerin herkesin erişebildiği internet sitelerinden indirebileceği hazır 3B modelleri yazdırarak başlar, ardından bu modelleri değiştirme, geliştirme ve kendi özgün tasarımlarını oluşturma isteği duyarlar. Bu süreç, sanat tasarımından mühendisliğe ve bilişim teknolojilerine kadar çeşitli alanlarda üniversite eğitimi için gerekli olan teknik ve yaratıcı becerilerin temelini oluşturur.

ABS (akrilonitril, bütadien ve stiren kopolimeri), sonradan asetonla yüzey işlemesine ve mekanik işlenmeye uygundur. 200°C üzerindeki sıcaklıklara dayanıklıdır, oldukça sağlamdır ve belirli bir esnekliğe sahiptir. Bu nedenle, el aletlerinin sapları gibi dayanıklı parçalar üretmek mümkündür. ABS’ten üretilen nesneler, kalıpla üretilmiş plastik ürünlerle benzer dayanıklılık özellikleri gösterir. Bu malzeme ekonomik olup Rusya’da yaygın olarak üretilmektedir. 2023 yılında SIBUR’un bu alandaki pazar payı %25’e ulaşmıştır.

PLA (polilaktik asit, polilaktid) – süt asidi bazlı biyolojik olarak çözünebilen bir plastik türüdür. Şeker kamışı, mısır, patates nişastası ve selüloz gibi yenilenebilir kaynaklardan üretilir. Ancak kırılgandır ve 60°C üzerindeki sıcaklıklarda şekil bozulmalarına uğrayabilir. Tıp ve ilaç sektöründe polilaktid, blister ambalajlar, cerrahi vidalar ve dikiş iplikleri gibi ürünlerin üretiminde kullanılır. PLA plastiği, özellikle deneme amaçlı 3B model üretimi için en ideal malzemelerden biridir.

PET (polietilen tereftalat), yiyecek ve içecek ambalajlarında kullanılan en yaygın plastik türlerinden biridir. 3B baskıda genellikle glikol (PETG) veya metilen (PETT) ile modifiye edilmiş versiyonları tercih edilir. Bu modifikasyonlar sayesinde malzemenin esnekliği ve dayanıklılığı artırılır.

FDM yazıcılarda naylon, HIPS (yüksek darbe dayanımlı polistiren), SBS (stiren-bütadien-stiren), poliüretan ve polikarbonat gibi birçok farklı filament türü de kullanılabilir. Ayrıca bu malzemelerin ahşap, taş veya metal tozu ile zenginleştirilmiş karışımları da mevcuttur. PLA veya ABS filamentlerine %50 ila %80 oranında metal tozu eklenmesi, yazdırılan ürünlere metal benzeri bir parlaklık ve estetik görünüm kazandırır. Bu tür karışımlar, hem görsel hem de mekanik özellikler açısından zengin seçenekler sunar.

Filamentle baskı, öğrenilmesi en kolay ve en erişilebilir 3B baskı yöntemlerinden biridir. İlk bakışta basit görünse de, bu yöntemle bazı metal türlerinden bile üstün özellikler sunan süper yapısal polimerler işlenebilmektedir. Özellikle medikal ürünlerin üretiminde, yüksek sıcaklıklara ve kimyasal etkilere dayanıklı olan PEEK (polieter eter keton) ve vücutta çözünebilen PCL (polikaprolakton) gibi gelişmiş malzemeler kullanılmaktadır.

ABS plastikten üretilmiş filamentler. Kaynak: https://junior3d.ru/article/3D-printer-FDM.html

SLA Teknolojisi (Lazerle Stereolitografi)

Stereolitografi (SLA veya SL), sıvı haldeki reçinenin yüzeyine lazer ışınıyla seçici olarak etki edilerek katılaştırılması esasına dayanır. Bu yöntemde üretim platformu, her bir katmanın polimerleşmesi tamamlandıkça, sıvı reçine haznesine 50–150 mikrometre kadar alçaltılır (bu, lazerin etkisiyle sertleşen katman kalınlığıdır). Yüzey yeniden düzleştikten sonra lazer yeni bir katman oluşturmaya başlar.

SLA, yüzey kalitesi açısından en iyi sonuçları veren baskı teknolojisidir. Ancak, FDM teknolojisine kıyasla çok daha yüksek maliyetlidir. En uygun fiyatlı SLA yazıcı modelleri yaklaşık 50 bin rubleden başlar, profesyonel modellerin fiyatı ise 2 milyon rubleyi aşabilir. Bu yazıcılarla oldukça karmaşık formlara sahip nesneler üretilebilir. Profesyonel sanatsal tasarım alanında sıklıkla tercih edilirler; çünkü mimari ve peyzaj maketlerinde, sahne dekorlarında ve sinema endüstrisinde üst düzey detaylarla özgün objeler üretmeye imkân tanır.

Modern filmlerde gördüğünüz soyluların eski dönemlere ait detaylı mücevherleri ya da galaksiyi kurtaran kahramanların ellerindeki fütüristik silahlar, çoğu zaman iyi bir SLA yazıcıyla basılmış ve profesyonelce boyanmış plastik modellerdir. Bu yazıcılar için şeffaf sarf malzemeleri de üretilir, böylece sahnede kullanılacak “büyülü kristal” gibi cam benzeri objeler basılabilir. Ancak, cam görünümünü tam anlamıyla elde etmek için baskı sonrası ekstra yüzey işlemleri gerekir.

Kaynak: https://3dtoday.ru/blogs/molchanoff/postprocessing-of-transparent-plastics-filamentarno

SLA’ya benzer olan DLP (Dijital Işık Projeksiyonu) teknolojisinde ise reçineyi sertleştirmek için lazer yerine dijital bir projektör ışığı kullanılır. DLP baskıların yüzey kalitesi, SLA kadar iyi olmasa da, bu yazıcılar çok daha hızlı üretim yapabilir. Bu nedenle DLP teknolojisi, zamanın önemli olduğu projelerde tercih edilir.

SLS Teknolojisi (Seçici Lazer Sinterleme)

Bu teknolojide güçlü bir lazer yardımıyla ince taneli polimer tozları, bazen de dayanıklılığı artıran katkı maddeleriyle birlikte, sinterlenerek (birleştirilerek) katı bir yapıya dönüştürülür. Süreç şu şekilde işler: çalışma haznesindeki platformun üst kısmına ince bir toz tabakası yayılır. Bu toz, erime sıcaklığının hemen altındaki bir sıcaklığa kadar önceden ısıtılır, böylece lazer ışınıyla sinterlenmesi kolaylaşır. Lazer, 3B modelin kesitini tarayarak tozu erime sıcaklığına kadar ısıtır ve parçacıklar birbirine kaynaşarak katı, monolitik bir yapı oluşturur. Daha sonra platform, 50–200 mikrometre kalınlığında bir katman kadar aşağı iner. Üzerine yeni bir toz katmanı serilir ve bu işlem katman katman tekrarlanır.

SLS teknolojisiyle üretilen plastik parçalar, üstün mekanik özelliklere sahiptir. Bu parçaların dayanıklılığı, enjeksiyon kalıplamayla üretilen muadilleriyle neredeyse eşdeğerdir. Ancak bu kaliteye ulaşmak için kullanılan SLS yazıcıların fiyatları oldukça yüksektir. Giriş seviyesi cihazlar yaklaşık 2 milyon rubleden başlar.

SLS teknolojisi, günümüzde sanayide yaygın olarak kullanılmaktadır, özellikle makine ve mekanizma parçalarının seri üretimi için idealdir. Aynı zamanda medikal alanda, özellikle diş hekimliğinde, metal kili adı verilen, metal tozu ve organik bağlayıcıdan oluşan karışımlardan diş protezleri üretmek için de sıklıkla tercih edilmektedir.

Kaynak: https://top3dshop.ru/blog/podrobnyj-gid-po-vyboru-plastika-dlja-3d-pechati.html

Son 20 yıl içinde plastikle 3B baskı teknolojileri büyük bir gelişim gösterdi. Her geçen gün daha fazla sayıda yeni polimer, bu alanda uygulama buluyor. Günümüzde 3B baskı teknolojisi, sanayi, tıp ve ev eşyaları üretimi gibi birçok alanda standart üretim zincirlerine adım adım entegre ediliyor.

Öyle görünüyor ki, tıpkı bilgisayarlar, yazıcılar ve tarayıcılar gibi, 3B yazıcılar da yakın gelecekte evlerde ve ofislerde sıradan bir ekipman haline gelecek. Üstelik 3B yazıcılarla üretilmiş nesneler, her bireyin günlük yaşamında doğrudan yer alacak. Siz de bu büyük topluluğun bir parçası olmak ve kendi tasarımlarınızı hayata geçirmek istemez misiniz?

3B yazıcıların tıptaki rolü hakkında daha fazla bilgiye buradan ulaşabilirsiniz.