Bu yazımızda, 3D yazıcıların çalışma presiplerinden ve katmanlı üretim yöntemlerinden bahsediyoruz. Diğer Bilgi Bankası yazılarımız için buraya tıklayın. ArtıBoyut 3 Boyutlu Yazıcılar hakkında bilgi almak için buraya tıklayın.

Giriş - Direkt Katmanlı Üretim

Eklemeli imalatta iki temel ilke söz konusudur;

1. İlk katmanın 3D modele uygun şekilde konturları oluşturulur.

2.  Bir sonraki katman bir öncekinde inşa edilen katman üzerine eklenir.

Bahsedilen 2. adım nihai parça üretimi sağlanana kadar devam eder. "Peki, ne zaman eklemeli imalat hayatımıza girdi?" dediğimizde 1980 yıllarda başladığını söyleyebiliriz [1]. Günümüzde de bu teknoloji popülerliğini arttırmış ve birçok sektörde avantajlı üretimler gerçekleştirilmesini sağlamaktadır. Yakın gelecekte bu teknoloji sayesinde, herhangi bir organı zarar gören ve tedavi için hastanelere gelen hastalara kısa sürede yeni organ üretilmesi beklenen gelişmelerdendir.

Standart katman kalınlığı 0,1 mm olarak söylense de 0,016 mm hassasiyetindeki kalınlıklara kadar inebilir. Bu katman kalınlığı yöntemden yönteme göre değişiklik gösterir. Filament kalınlığı, platform hareket mesafesi gibi etmenler kalınlığı etkileyen faktörlerden bazılarıdır. Katman kalınlığı azaldıkça ürün daha hassas çıkmaktadır. Böylelikle katman kalınlığı düşürülerek daha hassas bir üretim gerçekleştirilebilir. Ancak bu durum üretim süresini de etkiler. Bu da dolayısıyla üretim maliyetinin artmasına da neden olmaktadır. Kademe geçişlerinde kullanılan filament malzeme sertliği fazla oldukça stair stepte harcanan eforun fazla olduğu söylenebilir.

Günümüzde 100’den fazla ticari marka ve makine bulunmaktadır. Bunlardan başlıcaları Zortrax, Stratasys, Leapfrog 3D printers, Formlabs Form 1+’dır. ArtıBoyut, Sintertek ve Zaxe markaları ise Türkiye’de üretilen yerli 3d yazıcı (3d printer) markalarıdır. Eklemeli imalatta kullanılan filament malzemesi, oluşturulan katmanların birleştirilmesi için önemlidir. Bu durum ürünleri birbirinden farklı kılar. Eklemeli imalat geniş malzeme yelpazesine sahiptir. Bunlar; plastik, metal, seramik gibi malzemelerdir. Toz, ergimiş, sıvı, saç halleri eklemeli imalat metotlarında kullanılır. Parçalar oluşturulurken farklı fiziksel etkiler kullanılır. Bunlar; foto polimerleştirme, seçici ergime, ergime ya da sinterleme, kesme, parçacık bağı ya da ekstrüzyon’dur. Birleştirme işlemlerinde yukarıda bahsedilen yöntemlerin kullanılması için enerji kaynağına ihtiyaç vardır. Belli başlı kullanılan enerji kaynakları şu şekildedir; lazer galvo çeşit tarama cihazı, elektron Demeti, tekli ya da çoklu nozul, kesici parçalar, ekstrüzyon gerçekleştirici parçalar. Kontur, enerji kaynağının x-y koordinatları üzerindeki hareketi ile verilir. Katman oluşumu ise platformun z yönünde hareketi ile sağlanır.

Aşağıdaki tabloda eklemeli imalat yöntemleri 5 başlık altında incelenmiş ve özellikleri belirtilmiştir;

Eklemeli İmalat Yöntemleri
Katı Tabaka Elde Edilmesi Kontur Elde Edilmesi Yöntem Kısaltma Yöntem Gerçekleştirilmesi
Polimerizasyon Lazer Yazıcı Kafa Stereolitografi, Polimer Jet SL (Laser Stereolithography, Polymer Jetting) Tank içerisinde reçine vardır, reçinenin katılaştırılması kullanılır.
Seçmeli Ergitme ya da Seçmeli Sinterleme ya da Yeniden Katılaştırma Lazer, IR Kaynak, Elektron Demeti Lazerle Sinterleme, Lazerle Ergitme SLS (Selective Laser Sintering) SLM (Selective Laser Melting) EBM (Electron Beam Melting) Toz partiküllerin lazer ya da elektron kaynağı ile sinterlemesi ya da ergitilmesi ile gerçekleştirilir.
Kontur Kesme ve Bağ Oluşturma Lazer, Bıçak, Freze Katman Lamine Üretimi LOM (Laminated Object Manufacturing) Katmanlar birbirine yapıştırılarak tutturulur. En son birbirine tutturulmuş katmanlar kesilerek geometri sağlanır.
Seçmeli Bağ Oluşturma ya da Bağlayıcı ile Yapıştırma Çoklu Nozul Yazıcı Kafa 3D Yazıcı (3D Printer) 3DP (Three Dimensional Printing) Günümüzde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. FDM’in aksine çoklu nozul kullanarak filamentler yardımı ile kontur ve katman oluşturulur.
Termal Aktivite Halinin Seçici Uygulamaları Tekli Nozul Ergitilmiş Katmanla Üretim FDM (Fused Deposition Modelling) Filament besleme bölümünden geçerken kısmi ergitme ile platform üzerine malzemenin istenilen konturda serilmesi ile üretim gerçekleştirilir.

 

Katmanlı Üretim Metotları Uygulanabilir Malzemeler

 

Eklemeli İmalat Teknolojileri’ne Genel Bakış

2. Polimerizasyon

Katı tabakanın elde edilmesinde kullanılan bir metottur. Sıvı monomer reçinenin (Epoksi, Akrilat, Vinil Eter) ultraviyole ışınlar yardımıyla katılaştırılması ile kontur ve katman oluşturmaya dayalı bir yöntemdir. Foto polimerizasyon olarak da anılır. Bazı polimerizasyon yöntemlerinde bölgesel katılaşma gerçekleştirilir. Yeşil parça (green part) tamamiyle kürleşme gerçekleştirmeden ek kürleşme yöntemlerine ihtiyaç duyar. Ek kürleşme yöntemi ön kürlenme fırınlarında UV ışınlarının gönderilmesi ile gerçekleştirilir.

 

2.1. Lazer Stereolitografi (Stereolithography - SLA)

Lazer Strereolitografi katmanlı üretim metotları içerisinde sıklıkla kullanılan bir yöntemdir. Üretilen ürünler genellikle anatomik modeller, mimari modeller vb.dir. Lazer ışını kullanılarak lokal katılaştırma gerçekleştirilir. Sıvı monomer yapılı malzeme galvo tipi tarama cihazından gelen lazer yardımı ile konturu belirlenmiş katı bir yapı oluşturulur. Bu işlem tüm katmanlar için uygulanır. Lazer Stereolitografi işleminde sıvı plastik reçine malzemesi fotopolimer olarak da tanımlanır. İşlem sonrasında oluşan fazla fotompolimer tezgah altındaki tank içerisinde depolanır.

 

Stereolithography - SLA Metodu

 

Yöntem kısaca şu şekilde özetlenebilir; Sıvı reçine bulunan kap içerisinde katılaşmanın üzerinde gerçekleştirildiği bir platform bulunur. Model platform üzerinde oluşturulur. Bu platform, işleme başlanırken ilk kalınlığı sağlayacak şekilde konumlanır. Lazer kaynağından çıkıp aynalar yardımıyla inşa çemberi içerisine odaklanır. İnşa platformu üzerindeki sıvı reçineye düşen UV ışınları düştüğü yerde katılaşma oluşturur. İlk katman oluşturulduktan sonra platform aşağı doğru hareket eder ve ikinci katman oluşturulması için yeterli yükseklik sağlanır. Lazer, kaynağından ayrılır ve reçine üzerinde ilk katmanın üstüne bağ yapacak şekilde reçinenin katılaştırılmasını sağlar. Diğer katmanlar içinde aynı işlem gerçekleştirilir. Burada platform her bir kademeyi oluştururken aşağı doğru iner. Katman kalınlığı lazer gücü ve hareket hızı ile ayarlanabilir. İhtiyaca bağlı olarak yüzey temizleme, parlatma işlemleri uygulanabilir. İşlemde “Epoksi Reçine” ve “Akrilik Sıvı Reçine” kullanılır. SLA‘de çözünürlük 0,05 mm’den 0,15 mm’e kadar değişebilmektedir. Tolerans değeri 0,1 mm civarındadır. Hızlı gerçekleşen bir prosestir.

 

2.2. Polimer Jet Yöntemi (Polyjet & Multijet - PJ)

Hızlı bir şekilde çok düzgün yüzeyler elde edilen bu yöntemde SLA yönteminin aksine kürlenebilir polimer malzeme nozuldan (nozzle) geçirilir ve platform üzerinde istenilen geometriye UV ışınlarının yansıtılması ile anlık kürleşme sağlanarak ilk katman oluşturulur. Aynı işlem diğer katmanlara da uygulanır. Platform Z ekseni yönünde hareket ederek bir sonraki kademenin oluşturulması için gerekli hacmi sağlar. Katman malzemesi kalınlığı 0,016 mm’dir. Bu metotla elastik malzemeler ve ısı atımı için soğutucu plakalar ABS benzeri malzemeler ile üretilebilir. Farklı kuvvet (shore) değerlerine sahip farklı renkli parçalar üretilebilir. Üç renge sahip sarf malzemesi ile renklerin farklı oranda karışımı gerçekleştirilerek geniş renk kataloğu oluşturulabilir. Ayrıca, aynı anda tezgaha farklı mekanik özelliklere sahip birden fazla malzeme tanıtılabilir. Bu sayede, tek üretimde lokalde farklı özellikler elde edilebilir.

 

Dijital Işık Yöntemi Metodu

 

2.3. Dijital Işık Yöntemi (Digital Light Processing - DLP)

Enerji kaynağı olarak dijital ışık kullanılır. Bu ışıklar yardımıyla anlık katılaşma sağlanır. Projektör, makine gövdesinin alt kısmına yerleştirilir. Projeksiyon biriminin üzerinde cam haznede reçine bulunur. Işığın geçmesi için alt platform şeffaftır. Platformun Yukarı aşağı hareket etmesi ile kademeler oluşturulur. Küçük parçaların üretiminde kullanılır. SLA ve Polijet’e benzer mantığa sahiptir, ancak reçine ve enerji kaynağı uygulaması bakımından farklıdır.

 

Polimer Jet Yöntemi

 

2.4. Mikro Stereolitografi (Micro Stereolithography)

Küçük parçaların üretiminde kullanılan bir yöntemdir. SLA’ya benzemektedir, ancak mini versiyonudur. Seri üretim için uygun bir yöntemdir.

 

3. Sinterleme ve Ergitme

Hızlı prototiplemede kullanılan bir diğer yöntem “Sinterleme ve Ergitme ” yöntemidir. Ana fikri malzemenin ergitilmesi, konturlanması ve katılaştırılmasına dayanır. Örnek olarak Elektron Demeti ile Ergitme (EBM) metodu verilebilir. EBM metodu elektron ışını toz malzemeyi ergitip sonrasında katılaştırma işlemi ile prototipin üretilmesine dayanan bir yöntemdir.

 

3.1. Lazerle Sinterleme (Selective Laser Sintering - SLS)

Kaynak olarak lazer demeti ve parça üretimi için toz malzeme kullanılır. Çalışma prensibi şu şekildedir; Toz malzeme dolu bir inşa havuzu içerisinde modelin üretileceği bir tabla mevcuttur. Tablanın yukarı aşağı hareket etmesi ile katmanın oluşturulacağı hacim sağlanır.

 

Lazerle Sinterleme

 

Tablanın aşağı inmesi ile tablanın üzerinde kalan toz malzemeye lazer demeti gönderilir. Lazer demetinin temas ettiği bölgede hızlı bir şekilde ergime işlemi gerçekleştirilir. Burada ergiyen malzeme boyutu, lazer demeti çapı ve lazer kaynağı hareket hızına bağlıdır. Daha sonrasında bu ergiyen ve sonrasında katılaşan katman tamamlandıktan sonra platform aşağı iner. Silindir (roller) yardımı ile platformda ilk katman üzerine toz serilir ve lazer kaynağından gelen demetin yeni katmanın katılaştırması ve önceki katmana bağlanması ile gerçekleşir. Bu işlem son katman oluşturulup nihai model geometrisi tamamlanana kadar devam eder. Model üretimi tamamlandıktan sonra üretilen modelin etrafı süpürülüp model, kullanılmayan toz malzemeden ayrılır ve yeniden kullanılmak için muhafaza edilir. Fazla tozu ayırma işlemi “break out” olarak tanımlanır. Bu süpürme işlemi, fırçalama ya da kumlama ile sağlanabilir. Sinterleme ile bahsedilen bu işlem sadece plastiğe değil alüminyum, paslanmaz çelik, titanyum, nikel alaşımı, kobalt krom, seramik ve poliamid gibi malzemelere de uygulanabilir.

 

3.2. Lazer ile Ergitme (Selective Laser Melting - SLM)

Lazerle Sinterleme metoduna benzemektedir. Buradaki fark toz parçacıkların ergiyip birbirine tutunması ile işlemin gerçekleştirilmesidir. SLS’de lazer kaynağın tozda ergime olayı sadece toz partiküllerin birbiri ile bağını oluşturmaya yönelik kullanılırken SLM’de tam ergime yapılarak saf metal elementler elde edilebilir. Lazer ile ergitme metodu için seçilecek doğru tanım “tam yoğunluklu malzeme üretimi” olacaktır. Tam yoğunluklu malzeme üretimi için SLM metodu kullanılır.

 

Lazer ile Ergitme

 

Üretim metodu Lazerle Sinterleme’ye benzediğinden tezgahlarının da benzer olduğunu söylemek yanlış olmayacaktır. Yanıcı ve tutuşucu gazların oluşumunu engellemek için içeriden gaz tahliyesi gerçekleştirilir ya da içeri Ti, Mg gibi koruma malzemeleri eklenir. SLM’in hassasiyeti düşüktür. Katman kalınlığı 1-5 µm mertebesindedir. En küçük duvar kalınlığı 30 µm’dir. Lazer odaklanma çapı 20 µm’den düşüktür. Bu nedenle, SLM metodunun üretim maliyeti yüksektir.

 

3.3. Elektron Demeti ile Ergitme (Electron Beam Melting - EBM)

Elektron Demeti ile Ergitme metodu maliyet, ağırlık ve zamandan kar sağlanmasını sağlayan alışılmamış üretim metotlarından biridir. Elektronların kaynak olarak kullanıldığı bu yöntemde sistemin çalışma prensibi şu şekilde tanımlanabilir; Yüksek hıza sahip elektronlar metal tozun üzerine gönderilir. Bu noktada kinetik enerji aniden termal enerjiye dönüşür. Sıcaklık artışı ergime sıcaklığının üstüne çıkarak titanyum tozun sıvılaşmasına neden olur.

 

Elektron Demeti ile Ergitme

 

Elektron Demeti ile Ergitme makineleri kontrol paneli ve turbo moleküler pompa ile tahliyeyi sağlayan işlem çemberlerine sahiptir. Elektron Demeti ile Ergitme makinelerinin çalışması şematik olarak Şekil 1’de gösterilmektedir. Burada işlem çemberi, ayarlanabilir işlem platformunu içeren yükleme tankına sahiptir. İki çeşit toz dağıtma sistemine, doldurma hunisi ve tarama sistemi ile toz takviyesi ve süpürülmesi sağlanır.

 

Elektron Demeti ile Ergitme Metodu ile üretilmiş
TiAl6V4 acetabular cup-kalça kemiği için bir yapı

 

Elektron ışını Tungsten tellerin ısıtılması ile elde edilir. Elektronlar 0,1 ve 0,4 kez ışık hızına erişecek şekilde ivmelendirilir. İvmelendirme voltajı 60 kV’dır. Elektromanyetik lensler yardımıyla elektronlar odaklandırılır ve yansıtılır. Elektronlar toz parçacıklarına işlem çemberi içinde çarpar ve kinetik enerjisini alarak termal enerjiye dönüştürür. Elektronların sağlamış olduğu bu ısı yardımıyla toz parçacıkları ergiyerek kesin ince bir tabaka oluşumunu sağlar. 3500W gibi maksimum ışın gücüne çıkılabilir. Ayrıca, bu sistemlerde spot boyutunu ortalama 0,1.-0,4mm ve maksimum yapı boyutu 200x200x350mm3 civarında olmaktadır. Bu işlemde 10-4-10-5mbar vakum basıncı uygulanmaktadır. İletken malzemeler bu yöntemde kullanılmaktadır. Özellikle çelik, titanyum ve kobalt kromun alaşımları bu metotta kullanılan malzemelerdendir.

Şekil 8’de (b) seçeneği katman katman parça üretimini göstermektedir. İlk katman tozun homojen halinde platforma serilmesi ile inşa edilir. Elektron Demeti ile Ergitme metoduna toz katmanının üzerine düşük akım yüksek hıza sahip elektron ışınlarının ön ısıtma yapması ile başlanır. Bu aşama toz parçacıkların hafif sinterlenmesidir. Bu sayede, yüksek güce sahip ışınlar geldiğinde bütünlük bozulmayacak ve ısınan tabaka ile parçanın geri kalan kısımları arasındaki termal sıcaklık farkı azaltılmış olacaktır.

Daha sonrasında elektron ışınları yüzey üzerindeki toz parçacıklarını tanımlanan katman verilerine göre tarayacak ve istenen şekil verilecektir. Öncelikle ilk tabaka ısıtılır, eklenen toz, toz hunisinden dağıtılır, tarak yardımıyla serilir, fazla toz atılır. İlk katman ısıtılıp sinterlendikten sonra ikinci katman aynı metotlarla oluşturulur ve istenen kalınlık ve geometri oluşana kadar bu işlemler tekrarlanır. Yapı oluşturulması ile vakum ya da helyum akışı altında parça soğutulur. Fazla toz daha sonra başka işlemde kullanılabilir.

Elektron Demeti ile Ergitme metodunda elektron ile hava molekülleri arasındaki çarpışma sonucunda elektronların yön değiştirmesinden dolayı sistemin vakum gereği ortaya çıkmaktadır. Elektron Demeti ile Ergitme’nin aksine Lazer Demeti ile Ergitme vakum isterine sahip değildir. Lazer fotonların boyut ve kütle olarak elektrondan daha küçük olması bunun sebebidir. Vakum işlemi yaklaşık 1 saat kadar sürebilir. Elektron demetinin vakum esnasındaki ve havadaki durumu aşağıda gösterilmiştir.

 

Elektron Demetlerinin Vakum ve Havadaki Durumu

 

Elektron ışın kaynağında üç tane vakum seviyesinden söz etmek mümkündür;

Yüksek Vakum Kaynağı: Kaynak, ışının üretildiği aynı vakum kamarasında yapılır. En yüksek kalitede kaynak ve en yüksek derinlik/genişlik oranını sağlar.

Orta Vakum Kaynağı: Kaynak, kısmi vakumlu ayrı bir kamarada yapılır. Vakum işlem süresi kısaltılmıştır.

Vakumsuz Kaynak: Parça, elektron ışın jeneratörüne yakın konumlandırılarak kaynak işlemi atmosferik basınçta veya yakın değerde yapılır. Parçayı ışın jeneratöründen ayırmak için vakum bölücüsü gerekir.

Elektronların yansıması ve odaklanması aynalar yardımıyla olur. Burada elektron ışınları odaklanır ve elektromanyetik lensler yardımıyla yüksek hız ve ivme ile yansıtılır. 60 cm3/h gibi yüksek hızlardan bahsedilebilir.

Elektron ışını yüksek enerji yoğunluğu ve yüksek verimliliğe işaret eden bir yöntemdir. Gerilim farkı ısıtılan tellere uygulandığında çoğu elektrik enerjisinin elektronlara yüklendiği gözlenmektedir.

 

4. Katman Laminasyonu ile Üretim (Layer Laminated Manufacturing - LLM)

Birden fazla folyo ya da sac haldeki kağıt, plastik, metal ya da seramik gibi malzemelerin yapıştırıcı, ultrasonik ya da kaynak işlemleri yardımıyla birleştirilmesi ve lazer, bıçak ya da freze ile istenilen geometriye kesilmesi ile gerçekleştirilen eklemeli imalat metodudur. En büyük avantajı masif ve büyük parçaların işlemesinde hızlı olmasıdır.

 

4.1. Lamine Nesne Üretimi (Laminated Object Manufacturing - LOM)

Bilinen en eski LLM metotlarındandır. 0,2 mm kalınlığa sahip malzemelerin birbirine yapıştırıcı ile bağlanmasıyla işlem başlar. Yapıştırıcı ısı ile aktivite olabilen malzeme olarak seçilir. Diğer eklemeli imalat metotlarında da olduğu gibi tabla Z ekseni yönünde hareket ederek pozisyonlamayı sağlar. Lazer, yapıştırılmış katmanda kontur kesim işlemi için kullanılır.

 

Lamine Nesne Üretimi

 

İşlenen parça tabla üzerinde konumlandırılır. Isıtılmış merdaneler sayesinde yapıştırıcının aktivitesi sağlanır. Ploter çeşidi kaynaktan gönderilen lazer sayesinde malzeme kalınlığına göre istenen şekilde kesme işlemi gerçekleştirilir. Bir diğer deyişle lazerle gerçekleştirilen kesim işlemi parçanın konturunun oluşturulmasını sağlar. İşlem tamamlandığında sistem fazla malzemeden ve destek malzemesinden arındırılarak parça üretimi gerçekleştirilmiş olur.

 

5. Toz Bağlayıcılı Üretim - 3D Yazıcı (3D Printer)

Katman katman gerçekleştirilen parça üretiminde 50 µm boyutlu toz partiküllerin sıvı bağlayıcılar içerisine enjekte edilmesi ve bu malzemelerin serilmesi ile parça üretimi tekniği üç boyutlu yazma olarak tanımlanır. Zamanla bu 3 Boyutlu Yazma işlemi Katmanlı Üretim metodlarını da içerecek şekilde telaffuz edilmeye başlanmıştır. Ancak esasında tüm eklemeli imalat yöntemlerine 3 boyutlu yazma işlemi demek yanlış bir olgudur. İşlemlerin içeriği birbirinden farklıdır. 3 boyutlu yazıcıları üreten fazlaca ticari firma mevcuttur. Bunlar; Z Corporation, Prometal, Voxeljet vb. Söz konusu firmaların cihazlarının üretim mantığı aynıdır, ancak kapasite, malzeme çeşitliliği, hassasiyet gibi konularda farklılık göstermektedir.

 

6. Ekstrüzyon - Ergitilmiş Katman Modelleme

Ekstrüzyon ile model oluşturma eklemeli imalatta en yaygın olandır. Ergitilme ve termoplastik filamentler ile beslenerek 3 boyutlu model oluşturulur. Burada parça altına destek parçası koyularak parça üretimi gerçekleştirilir.

 

Ergitilmiş Katman Modelleme

 

6.1 Ergitilmiş Katmanla Üretim (Fused Deposition Modeling/Fused Filament Fabrication/ - FDM/FFF)

3D yazıcı için en çok tercih edilen filamentler ABS ve PLA’dır. Ayrıca PETG, HIPS, PVA, Naylon gibi filamentler de kullanılmaktadır. Bir diğer filament türü ise PLA ile karıştırılmış tahta, ağaç kabuğu, bambu, bronz, pirinç, bakır, esnek PLA, sıcaklığa ve ışığa duyarlı PLA, karbon fiberler ve antibakteriyel filamentler gibi özel malzemelerdir. Bu malzemelerin PLA ile karışım oranları genellikle %30-40 arasındadır. Bu filamentler arasından tasarımınıza uygun malzemeyi seçerek eşsiz modeller bu metot ile elde edebilebilir.

 

FDM Yöntemi - Eklemeli İmalat

 

Besleme tankı içerisinde kısmi ergimiş besleyici filament bulunur; bunların ısıtılması elektrik ısıtma sistemi ile sağlanır. Malzeme takviyesi nozul yardımıyla gerçekleştirilir. Besleyici malzeme platform üzerine istenilen konturda yerleştirilir. Filamentler markalarına göre 1,75 veya 2,85 mm çaplarına sahiptirler. Bu metotta katman oluşumu için ekstrüzyon kafası X-Y’de düzleminde hareket ederken platform ya ileri geri ya da yukarı aşağı hareket eder (kartezyen modeli); veya ekstrüzyon kafası X-Y-Z’de hareket eder (delta modeli) ve platform sabit kalır. Seçilen filament rengi ile malzemenin rengini belirlemek mümkündür.

 

6.1.1. FDM Yöntemi Elemanları

a. Sarf Malzeme (Filament)

FDM metodunda malzeme olarak polimer kullanılır. Bu malzemeler genellikle termal özelliklerinin ergitilme ve sonrasında soğutma ile şekil verilmesine uygun olmasından dolayı tercih edilir. Malzeme, filament olarak makaralar arasından geçirilir [13]. Daha detaylı bilgi için 3D Yazıcı Filament Özellikleri sayfasına bakınız.

 

b. Destek Malzemesi (PVA - HIPS)

Destek malzemesi temizlenebilir polimer tabakalarıdır. Açılı bölgeler gibi karmaşık yapılar inşa edilirken o bölgelere destekler atılır. Bu destek yapıları, parça üretimi tamamlandıktan sonra kırılarak veya suda eriyerek parçadan uzaklaştırılabilecek yoğunluktadır. Suda veya limonene içeren sıvıda eriyebilen filamentlerin kullanımı için en az iki ekstrüzyon (ekstrüder) kafasına sahip olan 3D yazıcı kullanılması gerekmektedir. Limonene, formülü C10 H16 olan metil-4 izopropenil-1 sikloheksen maddesinin yaygın adıdır.

 

c. Ekstrüzyon Kafası (Ekstrüder - Extruder)

Ekstrüzyon kafasında filament malzemeyi tutan ve aşağı doğru çeken makara sistemi bulunur. Ekstrüzyon kafasından filament ayrılırken ergitilir. Son olarak da nozuldan ergimiş malzeme kafanın X-Y eksenleri yönünde parça konturunu oluşturması ile katman oluşumu tamamlanır.

 

Ekstrüzyon Kafası

 

d. İnşa Çemberi/İnşa Platformu (Yatak - Build Platform)

İnşa çemberinde X-Y-Z koordinatlarında hareket ve sıcaklık kontrolü sağlanır. Soğutma gerçekleştirilirken ek olarak fan gibi parçanın aşırı ısınıp çarpılmasını engelleyecek cihazlar kullanılabilir. Filamentlerin yatağa yapışmama sorunu ile ilgili detaylı makalemizi buradan okuyabilirsiniz.

 

e.Tasarım ve Yazılım (CAD Program, STL Format, Slicer, GCode)

Yazılım ile CAD modeli kolaylıkla FDM cihazına entegre edilebilmelidir. Yazılımda parça için oluşturulan katman sayısı, malzeme yoğunluğu, malzeme katman serim yolu gibi parametreler belirlenir.

 

KAYNAK

[1] C. W. Hull, “Apparatus For Production of Three Dimensional Objects by Stereolithography” vol. 4575330, U.S. Patant, Ed, USA: UVP, Inc., San Gabrieal, Calif, 1984.

[2] Overview over 3D printing technologies

[3] Stereolithography (SL)

[4] Photopolymer Jetting (PJ)

[5] The Free Beginner’s Guide

[6] Laser Sintering (LS)

[7] Laser Melting (LM)

[8] Electron Beam Melting (EBM)

[9] Dr. Rer. Nat. Burghardt Klöden “Additive Manufacturing – Selective Electron Beam Melting” Fraunhofer IFAM.

[10] Laminated Object Manufacturing (LOM)

[11] Siemens - Additive Manufacturing

[12] Fused Deposition Modeling (FDM)

[13] Keith W. Grauer, “Fused Deposition Modeling”, March 26, 2015 ENGL 202C.

[14] How does the UP 3D printer's print head (Extruder) work?