Kategoriler
Teknoloji

3D yazıcı nasıl çalışıyor? Kullanım alanları ve teknolojinin geleceği

3D yazıcının ortaya çıkışına dek prototip modellerin elle yapımı uzun zaman alıyor ve daha hızlı prototip üretebilen makineler ise servete (yarım milyon dolara kadar) mal oluyordu. 3D modelleri katman üzerine katman ekleyerek üreten ve mürekkep püskürtmeli yazıcıya benzeyen, 10 kat yüksek hızlı ve beşte bir maliyetli 3D yazıcıların icadıyla her şey değişti. Peki bir 3D yazıcı nasıl çalışıyor?

3D yazıcının çalışma prensibi

3D yazıcının atası 1980'lerde ortaya çıkan ve elle prototip hazırlamaya kıyasla hızlı sonuçlar veren, bilgisayarda çizilmiş CAD modellerini gerçeğe dönüştüren büyük "rapid prototyping (RP)" makineleridir. Geleneksel elle prototipleme haftalar sürerken RP ile süreç saatlere ve günlere indi. 3D yazıcı ise bu mantığın bir sonraki aşamaya taşınmış hali.

  • Kaynaşık biriktirme modellemesi (FDM) denilen yöntemi kullanan 3D yazıcı her seferinde aynı alana yazarak aşağıdan yukarıya doğru 3 boyutlu bir model oluşturur.
  • Aslında her katman 2 boyutludur, sadece arada bir kağıt yoktur.
  • 3 boyutlu hacim alamayan mürekkep kullanmak yerine 3D yazıcı erimiş plastik veya toz kullanır.
  • Ardından bunu yapışkan veya ultraviyole ışıkla birleştirerek yazar. Çizim yine CAD modeline göre yapılır.

Kullandığı plastiğin özelliği

Mürekkep püskürtmeli yazıcı sıvı mürekkep ve lazer yazıcı katı toz kullanırken 3 boyutlu yazıcı plastik kullanıyor. Bir 3D yazıcı, erimiş plastiği bilgisayar kontrolüyle küçük bir delikten akıtarak çalışır. Bir katmanı yazdığında kurumasını bekler ve ardından üstüne bir sonraki katmanı yazar. Sonucun çizime ne kadar benzeyeceği tamamen 3D yazıcının kalitesine bağlı. Bir sanat eseri ya da biçimi ancak seçilebilen bir model elde edersiniz.

Plastik derken kimyasal (moleküler düzeni) ve fiziksel (ısı veya ışığa tepkisi) yönüyle birçok plastik vardır. 3D yazıcı termoplastik (ısıtıldığında eriyen ve soğuduğunda katılaşan plastikler) kullanıyor. Bunlar tipik olarak ABS (akrilonitril bütadien stiren), PLA (polilaktik asit) veya PETG (polietilen gereftalat glikol) olur.

Neden ABS?

Muhtemelen en bilinen plastik LEGO parçalarının yapıldığı malzeme olan ABS'dir. Araba içlerinde (bazen jant kapağı gibi dış parçalarda), buzdolabının iç kısımlarında ve plastik bilgisayar parçalarında (büyük olasılıkla şu anda kullandığınız fare ve klavye) ABS plastik kullanılıyor. Peki neden bu materyal kullanılıyor?

ABS sentetik kauçuk (bütadien stiren) ile sert bir plastiğin (akrilonitril) bileşimidir. 3B baskı için mükemmeldir çünkü oda sıcaklığında katı haldedir ve 100°C'nin biraz üstünde erir. Böylece yazıcının içinin aşırı ısınması gerekmez. Ayrıca model yazdırıldıktan sonra güneşte kalırsa erimez. Bir başka yararlı özelliği de doğal formda beyazımsı sarı olan ABS'nin herhangi bir renge boyanabilmesidir.

İLGİLİ:  Plastik toplayan bal arıları ve kirlilikle mücadele

PLA'nın kullanımı ABS'den daha kolaydır. Daha yumuşak ve daha az dayanıklı olmasına rağmen biraz daha çevre dostudur. PETG ise orta yol: ABS'nin gücüne daha yakın, şekillendirmesi kolay ve geri dönüşümü nispeten kolay.

Teoride bir 3D yazıcıda plastik kullanmak şart değil. Isı altında eriyen ve oda koşulunda katılaşan her şey olabilir. 2011'de İngiltere'nin Exeter Üniversitesi'nden araştırmacılar erimiş çikolata ile basım yapan prototip bir yazıcı üretti.

3D yazıcının avantajı ve dezavantajı

3D yazıcı üreticileri ürünlerinin diğer yöntemlere göre 10 kat daha hızlı ve 5 kat daha ucuz olduğunu iddia eder. Üst düzey 3D yazıcılar hala pahalı olsa da (tipik olarak 25.000–50.000 ABD Doları), daha karmaşık RP makinelerinin maliyetine göre hala çok uygunlar (ki bu da 100.000 ABD Doları ile 500.000 ABD Doları'dır). Yine 100-200 $ karşılığında bir Tronxy 3D yazıcı seti satın alınabiliyor. Ayrıca oldukça küçük, güvenli, kullanımı kolay ve dayanıklıdırlar.

Dezavantajı ise genellikle üst düzey RP makinelerin ürettiği 3D modellere kıyasla kalitenin düşük olmasıdır. Malzeme seçimi genellikle bir veya iki ile sınırlıdır, renkler kaba olabilir ve doku, ürünün amaçlanan görünümünü çok iyi yansıtmayabilir. Şu anda 3D baskılı modeller yeni ürünlere kaba, erken bir bakış atmak için iyiler. Tasarımların sonuçlanmaya daha yakın ve doğru yüzey dokusu gibi şeylerin daha önemli olduğu ilerleyen aşamalarda daha gelişmiş RP makineleri kullanmak gerekiyor.

Kullanım alanları

3d basılmış kalp.
3B basılmış kalp.

Modern 3D baskı, yaklaşık 25 yıl önce icat edildi, ancak son on yılda gerçekten yükselmeye başladı. Teknolojinin çoğu hala nispeten yeni; buna rağmen, 3D baskının kullanım alanları oldukça şaşırtıcı. Bunlar arasında havacılık ve savunma, tıp, görselleştirme ve kişisel ürünler var.

Tıp

Doktorlar uzun zamandır yedek vücut parçaları ve dokular oluşturmak için 3D baskıyı araştırıyor. Halihazırda, 3D baskı kulaklar (Hintli Novabeans firmasından), kol ve bacaklar (Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group ve Bespoke'den) ve kaslar (Cornell Üniversitesi'nden) gördük.

3D yazıcılar ayrıca yapay doku (Organovo), hücreler (Samsara Sciences) ve cilt (kozmetik devi L'Oreal ve Organovo arasındaki bir ortaklıkla) üretmek için kullanıldı. Tam 3D baskılı yedek organlara (kalpler ve karaciğerler gibi) sahip olmaktan biraz uzakta olsak da, işler hızla bu yönde ilerliyor. Kuzey Carolina'daki Wake Forest Rejeneratif Tıp Enstitüsü tarafından yürütülen ve Çip Üzerinde Vücut olarak bilinen bir proje, minyatür insan kalpleri, akciğerler ve kan damarları yazdırıyor, onları bir mikroçip üzerine yerleştiriyor ve bir tür yapay zeka ile test ediyor.

İLGİLİ:  İlk uzay suçu NASA tarafından soruşturulmaya başlandı

Yedek vücut parçalarının yanı sıra, tıp eğitimi ve öğretimi için 3D baskı giderek daha fazla kullanılıyor. Florida, Miami'deki Nicklaus Çocuk Hastanesi'nden cerrahlar, çocukların kalplerinin 3D baskılı kopyaları üzerinde ameliyat yapıyorlar. Yine aynı teknik beyin cerrahisini prova etmek için de başka yerlerde kullanılıyor.

Havacılık ve savunma

Uçak tasarlamak ve test etmek karmaşık ve pahalı bir iştir: Boeing Dreamliner'ın içinde yaklaşık 2,3 milyon bileşen bulunur! Bilgisayar modelleri, uçakların nasıl davrandığının birkaç yönünü test etmek için kullanılabilse de, rüzgar tüneli testi gibi şeyler için hala doğru prototiplerin yapılması gerekiyor. Ve 3D baskı bunu yapmanın basit ve etkili bir yoludur.

3D baskı, düşük hacimli veya tek seferlik parçaların hem hızlı hem de uygun maliyetli bir şekilde tasarlanmasını, test edilmesini ve üretilmesini mümkün kılıyor. Uzay araçları, uçaklardan bile daha karmaşıktır ve küçük miktarlarda "üretilmeleri" gibi ek bir dezavantaja sahiptirler – bazen sadece bir tanesi yapılır.

Benzersiz araçlar ve üretim ekipmanı yapma masrafına girmek yerine, tek seferlik bileşenleri 3D olarak yazdırmak çok daha mantıklı olabilir. Ama neden Dünya'da uzay parçaları yapıyoruz? Karmaşık ve ağır yapıları uzaya göndermek zor, pahalı ve zaman alıcıdır; Ay'da veya diğer gezegenlerde üretim yapma paha biçilmez olabilir.

Astronotların (hatta robotların) ihtiyaç duydukları nesneleri (yedek parçalar dahil) Dünya'dan uzakta, gerekli her an üretmek için 3D yazıcıları kullandıklarını hayal etmek mümkün. Ancak Dünya kaynaklı uzay projeleri de 3D baskının hızından, basitliğinden ve düşük maliyetinden yararlanabilir. İnsan destekli en yeni NASA Rover, Stratasys'in yardımıyla üretilen 3D baskılı parçalar kullanıyor.

Görselleştirme

Uçakların veya uzay roketlerinin prototiplerini yapmak, 3D baskı için çok daha geniş bir kullanıma örnek: Yeni tasarımların üç boyutlu olarak nasıl görüneceğini görselleştirmek. Bunun için elbette sanal gerçeklik gibi şeyleri kullanabiliriz ama insanlar genellikle görebilecekleri ve dokunabilecekleri şeyleri tercih eder. Hızlı ve doğru mimari modelleme için 3D yazıcılar giderek daha fazla kullanılıyor.

Tuğla ve beton gibi malzemelerde (henüz) 3D baskı yapamıyor olsak da, çok çeşitli plastikler mevcut ve gerçekçi bina kaplamaları gibi görünmek üzere boyanabiliyor. Aynı şekilde, 3D baskı da artık endüstriyel ve tüketici ürünlerinin prototiplenmesi ve test edilmesi için yaygın olarak kullanılıyor. Gündelik birçok şey plastikten kalıplandığından, 3D baskılı bir model bitmiş ürüne çok benzeyecektir – odak grup testi veya pazar araştırması için mükemmeldir.

İLGİLİ:  Araba klimasından gelen kötü koku nasıl giderilir?

Kişiselleştirilmiş ürünler

Gelecekte, çoğumuz tam olarak bizim ihtiyacımıza göre özel olarak üretilmiş uygun fiyatlı, son derece kişiselleştirilmiş ürünlere sahip olma avantajından yararlanacağız.

Mücevher ve moda aksesuarları zaten 3D basılıyor. Etsy web sitesinin dünya çapında bir zanaatkar topluluğu oluşturması gibi Zazzy de şimdi 3D baskı teknolojisini kullanarak bunu kopyaladı. "Kişiye özel ürünler" sadece satın aldığımız ve kullandığımız şeyler değildir: Yediğimiz yiyecekler de bu kategoride. Yemek yapmak zaman, beceri ve sabır ister çünkü ağız sulandıran bir yemek hazırlamak, malzemeleri karıştırıp ocakta ısıtmanın ötesindedir.

Çoğu gıda ekstrüde edilebildiğinden (nozüllerden sıkılarak), (teorik olarak) 3D olarak da basılabilir. Birkaç yıl önce, Evil Mad Scientist Laboratories yarı şaka amaçlı şekerden bazı tuhaf nesneler bastı. 2013 yılında New York Times köşe yazarı A.J. Jacobs, tabak ve çatal bıçak takımı dahil bütün bir yemeği basmaya çalıştı.

Bu süreçte, yemeklerin bir gün kişisel olarak, vücudunuzun tam beslenme ihtiyaçlarını karşılamak için 3D baskıyla yazdırılabileceğine inanan Cornell Üniversitesi'nden Hod Lipson'ın çalışmasını gördük. Bu da bizi geleceğe getiriyor:

3D baskının geleceği

Pek çok insan 3D baskının imalat endüstrisinde ve onun yönlendirdiği dünya ekonomisinde bir devrimin habercisi olacağına inanıyor. 3D baskı kesinlikle kendi eşyalarımızı yapmamızı mümkün kılacak olsa da, ucuz bir yazıcı ve bir plastik tüple kendi başınıza elde edebileceğiniz şeylerin sınırı vardır.

Gerçek ekonomik faydalar, 3D baskının evrensel olarak büyük şirketler tarafından imalat endüstrisinin temel direği olarak benimsenmesiyle ortaya çıkacak görünüyor.

3B baskı, üreticilerin mevcut ürünler için çok daha fazla kişiselleştirme sunmasını sağlayacak, böylece hazır seri üretimin satın alınabilirliği, tek seferlik, ısmarlama zanaatkarlığın çekiciliği ile birleştirilecek. 3D baskı esasen robotik bir teknoloji, bu nedenle tüm dünyadaki üretim maliyetini Çin ve Hindistan'daki üretim maliyeti noktasına kadar düşürecektir.

Son olarak 3D baskı üretkenliği artıracak (aynı şeyleri yapmak için daha az kişiye ihtiyaç duyulacağından), genel olarak üretim maliyetlerini düşürecek ve bu da daha düşük fiyatlara ve daha fazla talebe yol açacak – ve bu ekonomik denge her zaman tüketiciler ve üreticiler için iyi bir şeydir.

Yazar Berkay Alpkunt

Coğrafya ve astronomi üzerine geniş kapsamlı içerikler hazırlıyor. Diğer ilgi alanları canlı hayatı, bilim tarihi ve ülkeler olarak sıralanır. Aynı zamanda bağımsız video oyunlarına ilgilidir.