Eklemeli imalat olarak da bilinen 3D üretim, bilgisayar ortamında oluşturulan üç boyutlu modelin 3D yazıcı aracılığı ile katmanlar halinde bir nesne oluşturma sürecidir. 3D üretim, geleneksel üretim yöntemlerinde kullanılan bütün üzerinden parça kaldırarak nihai sonuca varılması yaklaşımının tersi olarak minik katmanlar halinde inşa etme yaklaşımını benimser ve hem zaman hem de malzeme israfının önüne geçmeye olanak tanır.
3D üretim teknolojileri, geleneksel yöntemlerde karşılaşılan, geometriden kaynaklı ve çözülmesi zor sorunları kolaylıkla aşmaya olanak tanır. Karmaşık geometrilerin işlenmesi 3D yazıcılar için çok kolaydır.
Tarihçesi
3D üretimin tarihçesi 1980’li yılların başlarında Japonya’ya, Hideo Kodama ismine kadar uzanır. Sertleştirilmiş reçineden hızlı prototipleme konusundaki ilk çalışması 1981’de tamamlanmış olsa da yaptığı patent başvurusu geçerli sayılmamıştır. Buna rağmen günümüzde SLS’nin mucidi olarak itibarı teslim edilmiştir. Hideo Kodama’nın buluşu, 1984 yılında tanınması ile birlikte sonraki otuz yıl boyunca geliştirilmiştir.
Takvimler 1987 yılını gösterdiğinde, 3D Systems şirketinin kurucusu Chuch Hull, SLA-1 isimli ilk SLA 3D yazıcının patentini aldı.
Teksas Üniversitesi’nden Carl Deckard, 1988 yılında SLS teknolojisini icat ederek patent başvurusu yaptı. Bu sistem sıvı yerine tozların lazer ile kaynaştırılması ilkesine dayanıyordu.
Hemen hemen aynı dönemde Scott Crump, FDM teknolojisini icat etti. SLA ve SLS’den farklı çalışan FDM, bugün bile en yaygın kullanılan 3D üretim tekniği olma özelliğini taşımaktadır.
Burada bahsettiğimiz üç önemli 3D üretim teknolojisi haricinde farklı üretim teknolojileri de bulunmaktadır.
3D Üretim Teknolojileri
Eklemeli imalat olarak da bilinen 3D baskı, ISO/ASTM 52900 terminolojisine göre yedi gruba ayrılır ve mevcut tüm 3D üretim teknolojileri bu yedi gruptan birine aittir:
Bağlayıcı püskürtme teknolojisinde, zemine bırakılan metal, polimer kum ya da seramik gibi toz malzemelerin üzerine parçacıkları birbirine kaynaştırmak için baskı kafası tarafından bağlayıcı sıvı püskürtülmesi ilkesine dayanır. Parça katman katman oluşturulurken işlemi bitirmek için finisaj gerektirebilir. Finisaj işlemine örnek olarak metal parçalarda termal sinterleme, seramik parçalar için siyanoakrilat kullanılabilir.
Genel olarak 3D metal baskı, tam renkli prototipler ve büyük ölçekli seramik kalıplar ve benzeri uygulamalar için uygun bir teknolojidir.
Doğrudan enerji biriktirme, kullanılan tel ya da toz malzemeyi kaynaştırmak için odaklanmış enerjiyi kullanır. Parçayı oluşturan katmanlar yatay olarak işlenir ve katmanlar üst üste getirilerek parça oluşturulur.
Metaller, polimerler ve seramikler dahil olmak üzere çeşitli malzemelerin kullanımına izin verir.
Malzeme esktrüzyonu olarak da adlandırılan FDM, ısıtıcılı bir ekstrüzyon kafasına beslenen filamentin eritilerek katmanlar halinde belirli konumlara yerleştirilerek soğutulması prensibine dayanır. Uygun maliyetli bir teknoloji olsa da düşük boyutsal doğruluk, yüzey pürüzlülüğünün yüksekliği ve üretilen parçaların anizotropik olması gibi dezavantajlara sahiptir. Bu nedenle kritik parçaların baskısında kullanılması uygun değildir.
Günümüzün inkjet yazıcılarına benzer prensipte çalışan bir teknolojidir. Bir ya da daha fazla baskı kafasından akıtılan sıvı malzeme tabanda katmanlar oluşturur. Katmanlar bir sonraki katman işlenirken tekrar sertleştirilerek daha iyi kaynaşmaları sağlanır. En pahalı 3D üretim yöntemlerinden biri olan malzeme püskürtme ile üretilen parçalar kırılgan olma ve bozulma eğilimindedir. Ayrıca üretim esnasında daha sonra suda çözünebilir desteklere ihtiyaç duyar.
Toz yatağı füzyonu, bir enerji kaynağı (lazer ya da elektron ışını) kullanarak toz formundaki malzemeyi nokta nokta birleştiren bir 3D üretim yöntemidir. Aynı zamanda endüstriyel eklemeli imalat için kullanılan en yaygın tekniklerden biri olan toz yatağı füzyonu, metal ve polimerler ile çalışmaya olanak tanır.
Seçici lazer sinterleme (SLS), Doğrudan metal lazer sinterleme (DMLS), seçici lazer eritme (SLM) ve elektron ışını toz yatağı füzyonu (EBPBF) yöntemleri toz yatağı füzyon tekniğini kullanan diğer teknolojilerdir.
Üretim sürecinde ekleme ve çıkarma tekniklerinin birlikte kullanıldığı kağıt, plastik film, metalik sac ve seramik bant gibi malzemelerin sıklıkla kullanıldığı bir teknolojidir. Birbiri üzerine eklenen katmanlar daha sonra karbondioksit tabanlı lazer ile belirlenen geometriye göre kesilir. Katmanlar termal bir bağlayıcı yardımıyla uygulanan basınç ve ısıtma işlemi ile birbirine yapıştırılırlar. Son işlem, destek yapıları ve işlem sırasında deforme olmaması gibi özellikler lamine nesne imalatı teknolojisinin sunduğu başlıca avantajlardır.
SLA ve DLP tekniklerini içeren bu teknoloji, bir ışık kaynağı ile sıvı reçineyi katmanlar halinde sertleştirmesi prensibine dayanır. SLA tekniği tek noktalı bir lazer ya da UV kaynağı, DLP tekniği ise bir projektör kullanarak çalışır. Her iki teknik de yüksek boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesine sahip karmaşık geometriler için uygundur.
3D Üretim Mühendisi
3D üretim mühendisleri üniversitelerin Fizik, Matematik, Makine, Bilgisayar, Yazılım ve Elektrik Elektronik Mühendisliği bölümlerinden mezun olmak zorundadır. Üniversite eğitimleri esnasında ya da sonrasında ayrıca 3d yazıcı eğitimi almakla da yükümlüdürler. Sektörde kendine yer edinmek isteyen mühendis adayları; teknik kabiliyetler, sayısal beceriler, disiplin, detay odaklılık, ekip çalışmasına uygunluk gibi özelliklere sahip olmalıdır.
Mesleğe yeni başlayan bir 3D üretim mühendisi ortalama 5.000TL maaş almakta iken, tecrübe kazanan mühendislerin aylık kazancı 20.000TL’yi bulabilmektedir.
3D Yazıcı İle Parça Üretimi
3D yazıcı ile parça üretimi, geleneksel yöntemlerle karşılaştırıldığında muazzam avantajlara sahiptir. Başlangıç maliyetleri, süre, geliştirme döngüsü ve tekrarlanabilirlik gibi etkenler, 3D yazıcı ile parça üretimini benzersiz kılan özelliklerdir. Günümüzde pek çok üretim teknolojisine sahibiz ve her geçen gün sektöre yenileri katılıyor. Bu pencereden bakıldığında bile üretim sektörleri için heyecan verici değil mi?
Günümüzde endüstriler arasında giderek yaygınlaşan 3d yazıcı ile parça üretimi kavramı, çok çeşitli alanlarda kendine yer edinmeye başladı. Bununla beraber yeni ürün geliştirme süreçlerinde, artık üretilmeyen yedek parçaların yeniden geliştirilerek işlev kazandırılmasında, sanatsal ürünlerde ve çok daha fazlasında 3d yazıcıların izlerini görmek mümkün hale geldi.
3D Üretim Endüstrisi
Başlangıçta sadece hızlı prototipleme ve tek seferlik parça imalatına uygun olduğu düşünülen 3D üretim, günümüzde endüstrilerin vazgeçilmez bir üretim teknolojisi olmaya adaydır. Bununla beraber giderek artan eğilim nedeniyle şirketler bu alanda ki yatırımlarını giderek artırmakta, tabiri caizse bu teknolojiyi üretimlerine adapte etmeyenler azınlık durumuna gelmektedir.
Yapılan bir araştırmaya göre 3D üretim endüstrisinin 2026 yılında 41 milyar dolar seviyesine ulaşacağı tahmin edilmektedir.
Peki, 3D üretim teknolojilerinden en çok yararlanan sektörler hangileridir?
Otomotiv endüstrisi kısa üretim döngüleri ve stok seviyelerini minimize etmek için yedek parça, alet, aparat ve fikstürlerin yanı sıra son kullanım parçaları üretmek için 3D üretim teknolojilerini tercih eden en büyük endüstrilerden biridir. Aynı zamanda eski ve üretimden kalkmış otomobillerin restorasyonu ve yeniden çalışır hale getirilmesi de yine 3D yazıcılar sayesinde mümkün olmuştur.
Havacılık sektörü için üretilen parçanın sağlamlığının yanı sıra hafifliği de önemli kriterlerden biridir. 3D yazıcılar ile üretilen daha hafif parçalar, zaman içerisinde yakıt tasarrufu da dahil olmak üzere pek çok avantajı beraberinde getirir.
İnşaat sektöründe kullanılan teknik ve teknolojilerin kronolojisi incelendiğinde, geleneksel beton yapıların yanı sıra çelik kontrüksiyon ve prefabrik gibi çözümlere rastlanır. Günümüzde ise binanın tamamının 3D yazıcılar ile üretildiği örneklerine rastlamak mümkündür.
Yemek alanında 3d yazıcıların gelişimi 2014 yılında piyasaya sürülen ilk 3d yemek yazıcısı ile hız kazandı. Pizza’dan krakere kadar istenen şekil ve içerikteki pek çok ürün saniyeler içerisinde üretilebilmektedir. Bu nedenle gıda sektörü 3d üretim teknolojisini çok geniş bir alanda kullanma becerisine sahiptir.
3D üretim yaratıcılığı ciddi oranda destekler. Halen üniversitelerin çoğu bölümünde 3D yazıcılardan faydalanılmakta, öğrencilerin fikir ve projeleri 3D üretim ile hızlı bir şekilde hayata geçirilerek sonuç elde edilmektedir. Bununla beraber teknolojinin geleceğini gören üniversiteler, 3D yazıcılar ve üretim konusunda kurs ve eğitimler vermeye başlamıştır.
Geçtiğimiz on yıl içinde 3D baskı teknolojilerindeki gelişmeler o kadar hızlı ilerledi ki tüketici ürünleri alanında sayısız örnekle karşılaşmaya başladık.
Ayakkabı sektörü özellikle taban imalatında 3D üretimden faydalanmaya geçtiğimiz yıllar içerisinde önemli yatırımlar yaptı. Bunların en bilineni Adidas, 4D serisini 2017’de geliştirmiştir. Ayakkabının orta tabanı 3D yazıcılar tarafından üretilmekte ve yüzbinlerce baskının tüketici ile buluşturulduğu bilinmektedir.
Çeşitli makalelerde 3D baskının özelleştirilebilir özelliklerinden bahsetmiştik. Gözlükler de bireylere göre özelleştirilmesi gerekebilen ürünlerdir. Bu bağlamda 3D baskı ürünü gözlükler bireylerin ölçü ve ihtiyaçlarına göre basılmakta ve piyasaya sürülmektedir. Yapılan araştırmaya göre gözlük sektöründe 3D baskılı ürünlerin pazar payının 2028 yılında 3.4 milyar dolar gibi devasa bir hacme sahip olması bekleniyor.
Doğrudan ve dolaylı üretim yöntemlerinin kullanıldığı takı sektöründe, 3d yazıcılar ile takının tamamı basılırsa doğrudan, takıyı üretmek için gereken kalıbın üretilmesi ise dolaylı üretim olarak tanımlanmaktadır.
Sağlık sektörü, 3D üretim teknolojisinin özelleştirilebilirliği nedeniyle bu alanda en hızlı entegrasyonu yaşayan sektörlerin başında gelmektedir. Sayısız farklı alanda 3d üretim çıktılarını görebilmenin mümkün olduğu sektörde, en yaygın kullanımlar ise şunlardır:
Sağlık sektöründe 3D yazıcıların harikalar yarattığı alanların başında protez üretimi gelmektedir. Tamamen kişiye özel, farklı kullanım amaçlarına uygun ve karmaşık geometrilere sahip protezler 3D yazıcılar ile üretilmekte ve uzuv kaybı yaşamış bireylerin hayatlarını kolaylaştırmaktadır.
Diş endüstrisinde en sık karşılaşılan sorunlardan biri kuşkusuz diş ve çene eklemindeki düzensiz yapılardır. Uzun yıllardır diş teli ile tedavi edilen bu rahatsızlık, son yıllarda şeffaf plaklar yardımı ile tedavi edilmeye başlanmıştır. Şeffaf plakların üretimi ise yaygın olarak 3D yazıcılarla yapılmakta ve alınan silikon kalıplarla tek seferde üretilmektedirler.
Üretim malzemesinde hücre ve benzeri biyolojik materyaller bulunduran biyo-baskı kemik ve kıkırdak doku üretiminde yirmi yıla yakın zamandır kullanılmaktadır. Bununla beraber farklı organların üretimi için yapılan çalışmalar da tüm hızıyla devam etmektedir.
