3D Baskı Süreci ve  Yeniliklerin Hızlandırılması

3D baskı süreci, mühendislere yenilikleri hızlandırmak için harika bir yol sunmaktadır. Havacılık ve savunma gibi erken benimseyen sektörler uzun zamandır 3D baskıyı hızlı konsept modelleme, bileşen prototipleme ve ürün üretimi için kullanmaktadır ve üretim hatlarının sürekli olarak değiştirilmesine gerek duymadan son ürünleri üretmektedir.

3D Yazıcıların Artan Cazibesi

Bu teknoloji yaklaşık otuz yıldır var olmasına rağmen, son gelişmeler 3D yazıcıları çok daha cazip bir yatırım haline getirmiştir. 3D yazıcılar artık daha önce hiç olmadığı kadar uygun fiyatlıdır ve bazı giriş seviyesi yazıcılar 200 doların altına bile bulunabilir. 2014 ile 2018 yılları arasında 3D yazıcı üreticilerinin sayısı neredeyse üç kat artmış ve bugün yaklaşık 120’ye ulaşmıştır. Ayrıca, baskı kalitesi ve hızı gelişmiş ve çeşitli 3D baskı için uygun malzemeler mevcuttur. Ayrıca 3D baskılı devrelerin ortaya çıkışını da görmeye başlıyoruz. Ernst and Young tarafından yapılan bir araştırmaya göre, elektroniklerin baskı yapılması prototipleme süresini %63 azaltabilir.

Birçok mühendis için, bir 3D yazıcıyı satın almak yerine bir 3D baskı hizmetinden yararlanmak daha mantıklı olabilir. Ancak 3D baskıyla nasıl etkileşimde olunursa olunsun, mühendisler maliyetleri, kaliteyi, fonksiyonları ve malzeme gereksinimlerini dikkatlice değerlendirmeli ve ihtiyaçlarına en uygun 3D yazıcıyı kullanmalıdır.

3D Yazıcıların Seçimi

Doğru 3D yazıcıyı seçmek için ilk adım, hangi tür 3D baskı teknolojisini kullanacağınızı anlamaktır. Daha belirgin iki tür Fused Filament Fabrication (FFF)- aynı zamanda Filament Deposition Manufacturing (FDM) veya Molten Polymer Deposition (MPD) olarak da bilinen- ve lazer veya Dijital Işık İşleme (DLP) reçine yazıcılarının kullanıldığı Stereolitografi (SL) teknolojisidir.

FFF Yazıcıları

FFF yazıcıları, ısıtılmış hareketli bir başlık aracılığıyla beslenen termoplastik bir filament kullanır ve her tabakanın birbirinin üzerine eklenmesiyle plastik tabaka tabaka bir tabana eklenirken hareket eden bir taban üzerinde işlem yapar. Bu teknoloji genellikle masaüstü 3D yazıcılarda en yaygın olarak kullanılan türdür ve sonuç olarak FFF, uygun fiyatlı, kullanımı kolay ve nispeten hızlı olma eğilimindedir.

Ancak, FFF yazıcılar diğer tür 3D yazıcılara göre daha az hassas baskı yapabilir, bu da sıkı toleranslar gerektiren projeler için sorun olabilir. FFF yazıcıların düzgün çalışması için daha fazla ayar ve bakım gerektirme ihtiyacı vardır ve bu teknoloji, sıcaklık değişikliklerine hassastır.

Hassasiyetle ilgili önemli bir nokta, birçok 3D yazıcı üreticisinin makinelerinin hassasiyet değerlerini yayınlamamasıdır. Bunun nedeni, baskı yapılan malzeme, baskı sırasında kullanılan süreç parametreleri (her tabakanın kalınlığı, sıcaklık, malzemeyi çıkaran yazıcıların inert gaz ortamında yapılıp yapılmadığı vb.) gibi birçok işletme faktörünün gerçekleşen hassasiyeti etkileyebilmesidir. Bununla birlikte, yayınlanan raporlar FFF yazıcıların hassasiyetini ±0.5 mm’den büyük olarak belirtmektedir.

SL Yazıcıları

SL yazıcılar (genellikle reçine yazıcıları olarak da adlandırılır), bir tank içindeki sıvı foto-polimerize eden reçine veya toz yatağından parçaları birleştirmek için bir ışık yayıcı cihazı (lazer veya DLP) kullanır. Bir lazer ışını, bilgisayar modeli tarafından sağlanan 3D tasarımı izleyerek malzemenin yüzeyini gezerken, parça aşamalı olarak aşağı indirilir ve bir bıçak üst yapıyı tekrar reçine ile kaplar.

Stereolitografinin büyük avantajı, daha yüksek hassasiyet ve ayrıntı seviyelerine sahip olmasıdır, bu da daha karmaşık geometrilere ve daha pürüzsüz, daha gerçekçi bitişlere sahip projeler için daha iyi bir seçenek olmasını sağlar. (Yayınlanan raporlar, endüstriyel SL makinelerinin en iyi durumda boyutsal hassasiyetini ±0.01 mm, masaüstü modeller için ise ±0.10 mm olarak belirtmektedir.) SL yazıcılar ayrıca daha küçük projelere ve yüksek çözünürlük gerektiren büyük projelere de uygundur. Ve FFF yazıcılar genellikle hızlı olsa da, SL yazıcılar daha hızlıdır.

Ancak, bu avantajlar beraberinde bir maliyetle gelir. SL yazıcılar önemli ölçüde daha pahalıdır (genellikle 1.000 – 10.000 dolar aralığında), ve daha az malzeme seçeneği vardır. Ayrıca, termoplastik reçine veya toz malzemelerle üretilen ürünler genellikle kırılgan olma eğilimindedir.

Malzeme Seçimi

Malzemeler, 3D yazıcı seçerken dikkate alınması gereken başka bir önemli faktördür. 3D baskı için kullanılan malzemelerin çeşitliliği oldukça geniştir, hatta çikolata, şeker ve pancake hamuru gibi yenilebilir malzemelerden, ekstrüde edilmiş betonla yapılan inşaat sınıfı malzemelere kadar uzanır.

Mühendisler, tasarımları için daha geleneksel malzemeleri değerlendirmelidir.

Polilaktik asit veya polilaktid (PLA): FFF yazıcılar için polilaktik asit veya polilaktid (PLA), mısır ve şeker kamışı gibi doğal kaynaklardan elde edilen ve en yaygın kullanılan termoplastik malzemelerden biridir. Form ve estetik gibi en önemli faktörlerin dikkate alındığı hızlı prototipleme fikirleri için uygun bir seçenektir. PLA ayrıca, bükülme direncini arttıracak kadar yüksek çekme dayanımına sahiptir.

Akrilonitril bütadien stiren (ABS), FFF yazıcılar için yaygın olarak kullanılan başka bir termoplastik polimerdir. ABS ile basılan ürünler genellikle iyi bir esneklik direncine sahiptir ve üstün mekanik özelliklere sahiptir, bu nedenle kırılma endişeniz varsa iyi bir seçenektir. Ayrıca, yüksek sıcaklık uygulamaları için uygundur, çünkü yapısal bütünlüğü yükselen sıcaklıklarla birlikte korunur. (Sapma sıcaklığı 220°F’yi aşabilir.)

Politilen tereftalat (PETG), gıda güvenliği uygulamaları için uygun bir malzemedir. Genellikle su şişeleri, gıda konteynerleri ve benzeri plastik ürünlerin yapımında kullanılır çünkü su emme özelliği yoktur. Mekanik özellikleri güçlüdür ancak işlem sıcaklığı konusunda ince ayar gerektiren ve genellikle nozülün hassas ayarlamalarını gerektiren bir malzeme olduğu için başlangıç seviyesindeki kullanıcılar için zorlu olabilir.

Naylon: ABS’den daha yüksek dayanıklılık ve sağlamlık gerektiren uygulamalar için naylon popüler bir seçenektir. Naylon güçlü ve oldukça esnektir, bu da hareketli, yüksek darbe veya aşındırıcı parça uygulamaları için süreci uygun hale getirir. Dayanıklılığı kısmen yüksek erime sıcaklığından gelir, ancak naylon erimiş halinde toksik olabilir. Naylon ayrıca nem veya nemin bulunduğu uygulamalar için uygun değildir.

Termoplastik elastomer (TPE), esneklik önemli olduğunda tercih edilen bir malzemedir. Kauçuğa benzer şekilde, TPE daha elastik ve esnek ürünlere yol açar, ancak yumuşaklığı ve elastikiyeti, uygun olduğu uygulama alanlarını önemli ölçüde sınırlar.

Reçine veya tozla birleştirilen SL yazıcılar için malzemeler genellikle daha odaklı bir uygulama düşünülerek satın alınır, bu da hangi reçinelerin ve tozların kullanılması gerektiğini etkiler. Bu malzemeler ve yazıcılar, tüketici seviyesi 3D teknolojilerinden daha üst düzeydedir. Beş temel reçine türü vardır – standart (daha düşük bütçeli projeler için), gri (daha pürüzsüz yüzeyler için), büyük (büyük boyutlu baskılar için), şeffaf (şeffaf yüzeyler için) ve yüksek detaylı reçine (daha karmaşık geometriler için).

Polimer tozları, yüksek güçlü lazerin polimerin küçük parçacıklarını birleştirerek 3D nesneyi oluşturduğu lazer sinterleme işleminde kullanılır. Tozlar, daha yüksek performanslı plastik gerektiren projeler, metal katkılı olanlar veya plastiğin dayanıklılığına sahip ancak kauçuğun esnekliğini gerektiren projeler için uygundur.