16 Aralık 2016 Cuma

KATMANLI İMALAT TEKNOLOJİLERİ HAKKINDA TEMEL BİLGİLER

KATMANLI İMALAT TEKNOLOJİLERİ

Katmanlı imalat teknolojileri (Aynı zamanda 3 boyutlu baskı olarak da bilinmektedir), farklı yöntemler ile üç boyutlu bir nesnenin üretimi manasına gelmektedir. Katmanlı imalatta bilgisayar ortamında hazırlanan tasarım katmanlara bölünür ve bu katmanlar üst üste getirilerek nesne üretilir. Katmanlı imalat makineleri bu sebeple endüstriyel robotlar olarak ele alınmaktadır.



Katmanlı imalat teknolojilerinin kullanılmaya başlanması bazı çevrelerde yeni bir endüstri devrimi olarak nitelendirilmektedir. Bunun sebebi internet teknolojileri ile herhangi bir tasarımın dünyanın herhangi bir yerine gönderilerek orada yine uzaktan erişim ile imal edilmesinin mümkün olabilmesidir.

Günümüzde katmanlı imalat teknolojilerinde pek çok farklı yöntem bulunmaktadır. Bunlar; ekstrüzyon, sinterleme, doğrudan enerji depozisyonu vb’dir.

1- TARİHÇE

İlk katmanlı imalat makineleri ve malzemeleri 1980’lerde geliştirilmiştir. 1981 yılında Nagoya Endüstriyel Araştırma Enstitüsü’nden Hideo Kodama iki farklı katmanlı imalat yöntemi geliştirdi. 1984 yılında ise Alain Le Méhauté, Olivier de Witte ve Jean Claude André stereolithografi yöntemi için patent aldılar. Bu patent ile ilgili ticari girişimlerinde ise ürün pazarlanabilir bulunmadığından Alcatel gibi pek çok kurum tarafından reddedildiler. Yine 1984 yılında 3D Systems firmasından Chuck Hull; ultraviyole lazer ışınları ile fotopolimerleri şekillendiren bir stereolithografi yöntemi geliştirdi.

Metal ile katmanlı imalat teknolojileri 1980’lerde ve 90’larda her biri kendi adıyla ortaya çıktılar (selektif lazer sinterleme, doğrudan lazer sinterleme, selektif lazer eritme gibi). Normalde sanayide genel kabul gören CNC gibi talaş kaldırma yöntemiydi, fakat bu yeni yöntemle kütleden parçalar ayırarak değil doğrudan parçaları bir araya getirerek imalat yapmak mümkündü. Böylece daha önce üretilemeyen geometrilerde de imalat yapma imkanı doğmuştur.


2000’lere gelindiğinde pek çok farklı materyal ve yöntem ile katmanlı imalat teknolojileri gelişmeye devam etmekteydi. 2010’lara gelindiğinde ise teknolojinin endüstriyel kullanım alanı oldukça genişlemişti. Bu dönemde katmanlı imalat teknolojileri hızlı prototipleme, kalıp imalatı, özellikli ve az miktardaki ürünlerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktaydı.

Teknoloji olgunlaştıkça akademik çevrelerde katmanlı imalat teknolojilerinin sürdürülebilir gelişme için de önemli bir araç olduğu da tartışılmaya başlandı.

2-GENEL PRENSİPLER

A- Modelleme

Katmanlı imalat teknolojilerinde kullanılacak modeller bilgisayar destekli tasarım programları (CAD), 3 boyutlu tarayıcılar veya 3 boyutlu kameralar ile fotogrametri yazılımları kullanılarak elde edilebilir.


3 boyutlu veriyi manuel olarak bilgisayarda oluşturmak, heykel sanatına benzemektedir. 3 boyutlu taramada ise şekil üzerinden dijital veri toplanarak nesnenin gerçek görüntüsünün dijital ortama aktarılması işlemi gerçekleştirilmektedir.

B- İmalat

İmalat işleminden önce STL dosyasındaki 3 boyutlu model üzerinde hata olup olmadığı konusunda incelenmelidir. Bunun sebebi pek çok CAD yazılımının STL dosyası üretirken hataya sebep olabilmesidir. Bu hatalar; delikler, gereksiz çıkıntılar, hatalı kesişme ve birleşmeler vb’dir. Bu aşamaya tamir aşaması denilmektedir. Genellikle 3 boyutlu tarama ile elde edilen STL dosyalarında daha fazla hata bulunmaktadır. Çünkü 3 boyutlu tarama süreci her bir noktayı tespit ederek modeli oluşturmakta ve bu süreç içerisinde hatalar meydana gelebilmektedir.

Tamir aşamasının ardından STL dosyası “slicer” (dilimleyici) adı verilen bir yazılım ile katmanlara bölünmelidir. Yine aynı program aracılığı ile G-code oluşturulur ve imalatın hangi 3 boyutlu yazıcı ile yapılacağı spesifik olarak tanımlanmış olur.

Yazıcı çözünürlüğü katman kalınlığını, X-Y çözünürlüğü ise her bir noktanın ka mikrometre (µm) olduğunu ifade etmektedir. Genel olarak katman kalınlığı 100 mikrometre olmakla beraber bazı makinelerde bu 16 mikrometreye kadar düşebilmektedir. X-Y çözünürlüğü ise genel olarak 50-100 mikrometre aralığındadır.

İmalatı yapılacak nesnenin üretilmesi normal şartlarda; büyüklük, detay, karmaşıklık gibi değişkenlere göre birka. Saatten günlere kadar uzanabilir. Katmanlı imalat sistemleri ise bu süreyi oldukça kısaltabilmektedir. Bu noktada önemli olan kullanılan makinenin imalat kapasitesidir.

Enjeksiyon kalıp tekniği gibi geleneksel yöntemler yüksek sayıdaki polimer ürünü üretebilmek için daha ucuz bir yöntem olabilir. Fakat katmanlı imalat yöntemleri ile az sayıdaki ürünü daha esnek ve daha düşük maliyetle imal etmek mümkündür. 3 boyutlu yazıcılar, tasarımcılara ve konsept geliştirme takımlarına masa üstü 3 boyutlu yazıcılar ile konsept modelleri ve ürünleri kolaylıkla üretebilme imkanı sağlamaktadır.

C- Son İşlem

Bazı durumlarda üretilen malzemenin çözünürlüğü arzu edilenden düşük olabilir. Bu gibi durumlarda son çıktı üzerinde bazı fiziksel veya kimyasal işlemler gerçekleştirilerek arzu edilen çözünürlüğe ulaşılabilir. Örneğin yaygın olarak kullanılan ABS malzemesi ile alınan son çıktılarda aseton veya benzeri solventlerin buharlaştırılması ile arzu edilen çözünürlükte sonuçlar elde edilebilmektedir.


3-YÖNTEMLER

Günümüzde pek çok katmanlı imalat yöntemi kullanılabilir durumdadır. Yöntemler arasındaki farklılıklar kullanılan materyalden ve katmanları işleme yöntemlerinden kaynaklanmaktadır. Örneğin selektif lazer eritme, doğrudan metal lazer sinterleme, selektif lazer sinterleme gibi yöntemlerde metal eritilmekte veya yumuşatılmakta; böylece katmanlar oluşturulmaktadır. Diğer taraftan lamine nesne imalatında ince katmanlar kesilerek şekillendirilip birleştirilmektedir. Her yöntemin kendine göre avantajları ve zorlukları vardır. Bu sebeple genelde katmanlı imalat teknolojisi ile imalat yapan bir makine seçerken; cihaz maliyeti, cihaz sürati, ham madde maliyetleri, çözünürlük, fiziksel imalat hacmi gibi değişkenler dikkate alınmaktadır.

Metal işleyen makineler genellikle pahalıdır. Dolayısı ile bu tip makineler ile kalıbı üretip sonra seri imalata geçmek daha mantıklıdır.

A- Eriyik Yığma Modelleme (Fused Deposition Modeling - FDM)

DM tekniğinde şerit halindeki plastik hammadde ekstrüzyon kafasına iletilir. Burada malzeme ısıtılarak eriyik hale getirilir. Ekstrüzyon kafası 2 eksende bilgisayar destekli üretim (CAM) yazılımı ile hareket edebilen bir yapıdadır ve eriyik malzemeyi damlalar halinde boş bir tepsiye püskürterek parçayı oluşturacak ilk katmanı oluşturur. Her katmanda tepsi bir adım aşağıya iner ve böylece parça katmanlar halinde inşa edelir. Püskürtülen malzeme anında katılaşır ve tüm katmanların inşası tamamlandığında parça tepsiden sökülür. İnşa sırasında destek görevi gören bir yapı oluşur ve üretim tamamlandıktan sonra bu yapı parçadan sökülür.

İnşa malzemesi olarak ABS ve polikarbonat kullanılır. Destek malzemesi mekanik yöntemlerle parçadan sökülmekle birlikte son yıllarda geliştirilen yeni malzemeler suda çözünebilir niteliktedirler.

FDM teknolojisini 1980'li yılların sonunda S. Scott Crump geliştirilmiş, ilk ticari cihazı 1991 yılında piyasaya sürülmüştür.

B- Granül Malzemeyi Birleştirme

Bir diğer katmanlı imalat yöntemi de granül malzemenin toz yatağında bütnleştirilmesi yöntemidir. Bu yöntemde yatağa serilmiş olan toz malzeme üzerinde lazer birleştirme işlemi yapar. Her katman oluşturulduktan sonra yatak bir katman aşağıya iner, tekrar bir toz serilir ve lazer işleme devam eder. Bu süreç, nesne imal edilene kadar devam eder. Bu yöntemde destek malzemesi olarak mevcut işlenmemiş granüller kullanıldığından harici bir destek gerekmemektedir. Lazerin bu yöntemdeki görevi katı ve granül haldeki ham maddeyi eritmektir.

Selektif lazer sinterleme (SLS) yöntemi 1980’lerin ortalarında Teksas Üniversitesi’nden Carl Deckard ve Joseph Beaman tarafından icat edilmiş ve patenti alınmıştır.

Selektif lazer eritme (SLM) yönteminde granüller sinterlenerek eritilmek yerine granüller yüksek enerji ile tamamen eritilerek katmanlar halinde üst üste yığılarak katı somut cisim elde edilmektedir. Bu yöntemle elde edilen ürünün yoğunluğu neredeyse %100’dür. Ürünün mekanik özellikleri klasik yöntemle üretilen ürünlere benzemektedir.

C- Elektron Işınlı Ergitme (EBM)

Elektron ışınlı ergitme (EBM) (ing:electron beam melting) yöntemi toz halindeki metalleri ısıtarak ergitme ve birleştirme prensibine dayanır. Bu yönüyle ısıtarak toz bağlama (SLS) metodu ile benzerlik gösterir. 1000C sıcaklıkta, vakumda bulunan hareketli tabla üzerine yaklaşık 0,1mm kalınlığında tabaka oluşturacak şekilde serilen metal tozları, bilgisayar kontrollü elektron bombardımanına tutulur. 2800C elektron kaynağından gelen elektronlar hızlandırıldıktan sonra yarım ışık hızı büyüklükte bir hız ile toza çarpar. Bu hız elektronların kinetik enerjisi metali ergitmek için yeterlidir. Ergitme bittikten sonra Tabla dikey düzlemde aşağı kaydırılır, eritilecek yeni tabaka toz serilir ve proses tüm parçanın üretimin sonuna kadar tekrarlanır.

İletken maddelerde lazer kullanan SLS'ye göre daha verimli olan EBM,[4] gözeneksiz, yoğun parçaların üretilmesi için idealdir. Ergitme işlemi vakumda gerçekleştiği için nitrat ve oksitlerden arınmış malzeme elde etmek mümkündür. Hassiyet beklenen karmaşık metal parçaların üretimine imkân sağladığı için sağlık sektöründe titanyum alaşımı implantların[6] ve havacılık sektöründeki parçaların üretime imkân sağlar.

2001 yılında İsveçli Arcam AB tarafından ticarileştirilen teknik, firma tarafından 1995 yılından beridir Chalmers Teknik Üniversitesi ile ortaklaşa geliştirilmektedir.

D- Laminasyon

Bazı 3 boyutlu yazıcılarda, üretim maliyetlerini düşürmek için kağıt kullanılabilmektedir. 1990’lı yıllardan itibaren bazı firmalar karbon dioksit lazer kullanarak özel olarak kaplanmış kağıtları şekillendirip lamine edebilen yazıcıları piyasaya sürdüler.


2005 yılında bir firma, bilinen fotokopi kağıtları ile çalışabilen yeni bir makine geliştirdiler. Bu sistemde tungsten karbit bir bıçak keserek şekillendirme işlemini yapmakta ve uygulanan basınç ile malzeme bütünleşik hale getirilmekteydi.

Ayrıca bazı farklı makinelerde de kağıt kalınlığındaki metal ve plastik materyaller işlenebilmektedir.

E-Fotopolimerizasyon

Bu yöntemde bir miktar likit polimer güvenli koşullarda güçlü bir ışının etkisine maruz bırakılır. Işına maruz kalan polimer sertleşir. Bu işlem baskı tablasının her bir katmanın oluşturulması için ürün tamamlanana kadar defalarca hareket etmesi ile tekrarlanır. Sıvı polimer tahliye edildikten sonra geriye ürünün katı somut hali kalır. Bu yöntemle oldukça küçük ve yüksek çözünürlüklü ürünler üretmek mümkündür.

F-Toz Beslemeli Doğrudan Enerji Depozisyonu

Bu yöntemde yüksek güçlü lazer metal tozunu eriterek katmanlar halinde son ürünü üretir. Bu tip üretim genellikle X-Y ekseni üzerinde gerçekleşmekle beraber günümüzde 5 eksenli cihazlar da yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu teknolojide genellikle sistem içerisinde soğutma yapması için dönen bir gaz da bulunur. Yöntem olarak selektif lazer sinterlemeye benzemekle beraber farkı metal tozunun tüm tablaya değil sadece katmanı oluşturacak noktaya uygulanmasıdır. Bu teknoloji titanyum, paslanmaz çelik, alüminyum vb pek çok farklı metal tozu ile imalat yapabilme imkanı sunmaktadır. Toz beslemeli doğrudan enerji depozisyonunun sağladığı bir diğer fayda ise birden fazla sayıda farklı metal tozunu katmanlar halinde bütünleşik olarak imal etmeye olanak sağlamasıdır. Ayrıca sadece imalat için değil, mevcut metal ürünlerin üzerine ekleme yapmak veya kırılan-aşınan metal yüzeyleri tamir etmek için de kullanılmaktadır.

G-Metal Kablo Besleme Yöntemi

Lazer metal yönlendirme gibi (LMD) kablo beslemeli sistemler; metal kabloyu nozula doğru besler ve bu noktada lazer ile kesişerek eritir. Bu esnada sistemde dolaşan soğuk gaz ile erimiş materyal anlık olarak dondurulur.

H-Zincirleme Likit Arayüz Üretimi

Bu yöntem ile fotopolimerizasyon yöntemini kullanarak pürüzsüz dış yüzeye sahip katı cisimler üretilmektedir. Süreç bir havuz sıvı fotopolimer resin doldurulması ile başlar. Havuzun dip kısmı ultraviyole ışınları geçirebilmesi için şeffaftır. Kullanılan ışın sayesinde resin katılaştırılır. Havuzun dip kısmında katılaşan resinin tablaya yapılmasına mani olmak için bir hava boşluğu bulunmaktadır. Yüzeyler katılaştıktan sonra sistemdeki sıvı resin tahliye edilir ve katı cisim hava boşluğunun üzerinden alınarak kullanıma hazır hale gelir. Uzmanlara göre bu yöntem ile yaygın 3 boyutlu yazıcılara göre neredeyse 100 kat daha hızlı imalat yapmak mümkündür.

YAZICILAR

Yüksek Hacimli 3D Yazıcılar

Bu tip makineler sanayide, eğitimde ve gösterim amaçlı olarak kullanılmak üzere tasarlanmışlardır. Tasarlanırken büyük ölçekli ürünlerin kısa sürede imal edilebilmesi üzerinde durulmuştur. Öyle ki bu tip yazıcılar normal 3D yazıcılara göre 200 ile 500 kat arasında daha süratlidirler. Diğer taraftan dünyanın en büyük uçak üreticilerinden Lockheed Martin de bu teknolojiyi kendi fabrikalarında aktif olarak kullanmaktadır.

Mikro ve Nano Yazıcılar

Mikroelektronik cihaz imalat yöntemleri 3 boyutlu yazıcılar ile nano ölçekli nesnelerin bastırılması ile yapılabilmektedir. Bu tip nesneler baskıdan sonra oldukça kırılgan bir yapıya sahip olduklarından özellikle katı bir yapı üzerinde (örneğin silikon devre levhası gibi) inşa edilir.

Bir diğer yöntemde 3 boyutlu nano yapılar fiziksel olarak hareket eden dinamik stensil maskeleri üzerine işlenebilmektedir. Bu yöntemle oldukça yüksek çözünürlüklü nano malzemeler ile imalat yapabilmek mümkün olabilmektedir.

Başka bir yöntemde oldukça küçük ölçekli imalatlar için ayarlanabilir aynalar ile lazer kullanarak fotopolimerizasyon yöntemine benzer bir şekilde yüksek çözünürlüklü imalat yapılabilmektedir.
İmalat Uygulamaları
3 boyutlu baskı makineleri ile ölçek ekonomisi kullanılarak binlerce üretilmesi halinde karlı olabilecek ürünler yerine az sayıda üretilerek karlı olabilecek ürünler üretilebilir. Nasıl ki 1750 yılında buharlı makinelerin gelecekteki etkileri öngörülememişse bugün de katmanlı imalat teknolojileri için aynısını söylemek mümkündür. Fakat bu teknoloji artık hayatımıza girmiştir ve görünüşe göre her alanda karşımıza çıkmaya devam edecektir.

SANAYİDE KULLANIM

Ekim 2012 itibari ile piyasada 2000 ile 500.000 ABD doları fiyat aralığında katmanlı imalat makineleri bulunmaktaydı. Bu cihazlar; havacılık, mimari, otomotiv, savunma, tıp ve daha pek çok sanayide kullanılmaktadır. Örneğin General Electric bu teknoloji ile nitelikli uçak tirbünleri üretmektedir.

Yüksek öğretim kurumları da aynı şekilde bu teknolojinin müşterisi durumundadır. Bu durum uzmanlar tarafından olumlu bir işaret olarak yorumlanmaktadır. Diğer taraftan liselerin de bu cihazları eğitim müfredatlarına katmaları gelecek açısından teknolojinin yaygınlaşacağı varsayımını beraberinde getirmektedir. Bazı ülkelerde kütüphaneler de 3 boyutlu yazıcılar satın alarak hem halkın erişimine sundular hem de yaygınlaşmasına aracılık ettiler.

Bulut Destekli Katmanlı İmalat
Katmanlı imalat aynı zamanda bulut teknolojisi ile de entegre olarak merkezilikten uzak ve coğrafi olarak bağımsız, dağıtılmış imalat yapılmasına olanak sağlamaktadır. Bulut destekli katmanlı imalat imkanları gün geçtikçe gelişmektedir. Halihazırda sanal dünyada pek çok faal ortamda tasarımlar insanlar tarafından dağıtıma sunulmaktadır.

Bazı firmalar hem ticari hem de evsel kullanıcılar için hizmet vermektedir. Böylece müşteriler isterlerse tasarımı satın alarak üretimi kendileri yapabilmekte, isterlerse siparişi verip firmaya ürettirip kargo yolu ile teslim alabilmektedirler.

Kitle Özelleştirme
Firmalar, bu teknoloji sayesinde müşterilerinin oldukça basit web tabanlı özelleştirme yazılımıları kullanarak diledikleri gibi değiştirebildikleri tasarımları üretebilmelerine olanak sağlamaktadır. Örneğin bu şekilde insanlar kendilerine özel cep telefonu kılıfları, takılar vb tasarlayabilmektedirler.

Hızlı Üretim
Katmanlı imalat teknolojileri ile az sayıda üretilmesi gereken ürünler oldukça seri bir şekilde üretilebilmektedir. 2009 yılında uzmanlar tarafından yayınlanan raporda katmanlı imalat teknolojilerinin hızlı üretimin gelinen en son aşaması olduğu ifade edilmektedir. Katmanlı imalat teknolojilerinin hayatımıza yeni girdiği dikkate alındığında bu teknoloji ile yapılabileceklerin tamamının keşfedildiğini söylemek için henüz erkendir.

Hızlı Prototipleme
Endüstriyel 3 boyutlu yazıcılar 1980’lerin başından beri hayatımızda olup hızlı prototipleme alanında da yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu tip makineler genellikle geniş hacimlidirler ve hızlı prototiplemede pek çok farklı nitelikte hammadde kullanılabilmektedir.

Araştırma Geliştirme
3 boyutlu baskı teknolojileri araştırma laboratuarlarında pek çok farklı geometride imalat yapabilme imkanına sahip olduğu için kullanılabilmektedir. 2012 yılında Glasgow Üniversitesi’nde yapılan çalışmalarda bu teknolojinin farklı kimyasal bileşenleri üretmekte bile rahatlıkla kullanılabileceği ortaya konulmuştur. Bu teknoloji ile farklı malzeme geliştirme araştırmaları da yaygın olarak yapılmaktadır.

Gıda
Katmanlı imalat ile gıda üretiminde cihaz yardımı ile gıda katmanlar halinde yığma yapılarak 3 boyutlu nesneler üretilmesi esasına dayanır. Şimdiye kadar çikolata, şekerleme, pizza, makarna vb pek çok farklı türde gıda bu teknoloji ile başarılı bir şekilde üretilmiştir. NASA, katmanlı imalat teknolojilerini kullanarak uzayda gıda üretebilmek üzere araştırmalar yürütmektedir. Bu teknoloji ile üretilecek gıda ile ilgili en önemli husus, hammadde olarak kullanılan gıdanın dayanıklılık ve 3 boyutlu baskı ile üretilebilirlik özellikleridir.

Tıp Alanında Uygulamalar
Günümüzde tıp alanında tomografik görüntülerin işlenerek 3 boyutlu olarak imal edilmesinde aktif olarak kullanılan katmanlı imalat teknolojisi ile ilgili olarak diğer taraftan kimyasal sıvıları karıştırarak arzu edilen ölçüde ilaçların üretilmesi ile ilgili Ar-Ge çalışmaları da devam etmektedir. Bunlara ek olarak bioprinting üzerine yapılan araştırmalar ile canlı hücre ve doku baskısı yapılması ile ilgili çalışmalar da devam etmektedir.

Kıyafet
3 boyutlu baskı teknolojisi moda tasarımcılarının da katkısı ile günümüzde kıyafet endüstrisine de girmiştir. Tasarımcılar 3 boyutlu yazıcılar ile ayakkabıdan gömleğe kadar pek çok kıyafeti üretmeyi başarmışlardır. Bugün Nikve ve New Balance gibi iyi bilinen markalar 3 boyutlu yazıcıları hem hızlı prototiplemede hem de kişiye özel ürün imalatında kullanmaktadırlar. Benzer şekilde gözlük üreticileri de kişiye özel gözlük çerçevesi üretiminde bu teknolojinin olanaklarından faydalanmaktadırlar.

Otomobil
Audi RSQ endüstriyel hızlı prototipleme yapan KUKA robotları ile imal edilmiştir. İsveçli ürtici Koenigsegg ise 2014 yılında bileşenlerinin büyük bölümü 3 boyutlu yazıcılar ile üretilen aracını duyurdu.  Urbee ise gövdesi ve camları tamamen 3 boyutlu yazıcı teknolojisi ile üretilimiş aracını 2010 yılında duyurmuştur.


Diğer taraftan havacılıkta Airbus firması 2015 yılında 1000’den fazla bileşeni 3 boyutlu yazıcılar ile üretilen A350 XVB modelini duyurdu. Buna ek olarak dünyanın pek çok hava kuvvetleri 3 boyutlu yazıcıları yedek parça imalatı için de kullanmaktadır.

İnşaat
Yakın zamana kadar bina modelleri elde üretilmekte ve bu da oldukça fazla zaman almaktaydı. Ayrıca mimarlar çoğunlukla müşterilerine sunumlarını kağıt üzerindeki çizimleri üzerinden yapmaktaydı. Pek çok mimara göre müşteriler doğru bir karar verebilmek için, talep ettikleri binayı olabildiğince fazla farklı açıdan görebilmelidirler. Bu sebeple mimarlık ofisleri de süratle ve istenilen ölçekte mimari modeli üretebilecekleri 3 boyutlu yazıcı teknolojisine yönelmişlerdir. Bu teknoloji sayesinde model üretim süresi %50 ile %80 arasında kısalmakta; ayrıca üretilen modelin ağırlığı da %60’a varan oranda azalmaktadır.


Diğer taraftan Çin, 2015 yılında 3 boyutlu yazıcı ile üretilen ilk çalışma ofisini imal ettiğini duyurdu. Ek olarak Dubai’de de benzer bir çalışma yapılmaktadır.

Doğruluk, sürat ve kullanılan hammaddelerin kalitesinde yaşanan artışla beraber 3 boyutlu baskı teknolojisi hızlı prototiplemeden bir imalat stratejisine doğru evrim geçirdi. Örneğin Güney Kaliforniya Üniversitesi’nde 24 saat içerisinde ev imal edebilen bir 3 boyutlu yazıcı geliştirildi. Bilim adamları bu makine ile bilgisayar detekli üretim yöntemleri kullanarak katmanlar halinde dökülen çimentodan ev üretmeyi başadılar. Şu anda bu yöntem ile binanın iç tesisatının da yapılabilmesi üzerine çalışmalar devam etmektedir.

Silahlar
2012 yılında ABD merkezli Defense Distributed, 3 boyutlu yazıcılar ile üretilebilen ve çalışan bir silahın tasarım dosyalarını yayınladı. Buna ek olarak yine aynı şekilde 3 boyutlu yazıcılar ile üretilebilen ve 650 atış ömrü olan bir tüfeğe dair tasarım dosyalarını da paylaştılar. Hükümet, firmadan bu tasarımları yayınlamayı durdurmasını talep etti. Bu gelişmeler 3 boyutlu yazıcılar ile üretilen silahların nasıl kontrol altında tutulacağı tartışmalarını da beraberinde getirdi.
 
2014 yılına gelindiğinde Japonya’da bir kişi 3 boyutlu yazıcı ile silah üretmekten tutuklandı. Bu kişi aynı zamanda dünyada konu ile ilgili olarak tutuklanan ilk kişidir. Kendisi 2 yıl hapis cezası almıştır.

Medikal
3 boyutlu yazıcılar ile hastalara uygun, kişiselleştirilmiş implantlar ve cihazlar üretilebilmektedir. Bu üretimlerde metal ve diğer pek çok malzeme kullanılmaktadır. Gelecekte bu cihazların en yaygın olarak dişçilik alanında kullanılması beklenmektedir. Aynı zamanda bu teknoloji ile MRI ve CT taramalarından elde edilen görüntüler işlenerek organların 3 boyutlu plastik kopyaları birebir üretilebilmektedir.

Medikal Aparatlar
2014 yılında İngiltere’de doğuştan parmakları kısa olan bir kız çocuğu için 3 boyutlu yazıcılar ile prostetik bir el üretildi. Benzer bir çalışma ABD’de doğuştan kolunun dirsekten aşağısı olmayan bir erkek çocuk için de yapıldı. Bu uygulamada servo ve devreler kullanılarak kolun olabildiğince fonksiyonel olması sağlandı. Bu tarz prostetik uygulamalar sadece insanlar için değil, veterinerler tarafından hayvanlar için de kullanılmaktadır. Örneğin 2013 yılında doğuştan arka bacakları olmayan bir köpek için bacaklarının olması gereken yerlere denk gelen 2 teker ve çubuklardan oluşan bir aparat yapılarak yürüyebilmesi sağlanmıştır. 2014 yılında köpekler için geliştirilen bacak implantlarının ticarileştirilmesi ile bir yıl içerisinde Avrupa ve ABD’de 100.000’den fazla engelli köpek tekrar yürümeye başlamıştır.
Bioprinting
2012 yılından itibaren üniversitelerde ve biyoteknoloji firmalarında bioprinting konusu üzerinde çalışılmaya başlandı. Bu çalışmaların temel amacı hangi organların ve vücut parçalarının mühendislik yöntemleri ile üretilebileceğinin anlaşılmasıydı. Bu yöntemde canlı hücreler katmanlar halinde bir jel veya şeker matriksinin üzerine katmanlar halinde dökülerek damar sistemleri de dahil olmak üzere 3 boyutlu olarak organlar ve dokular üretilmektedir. 3 boyutlu yazıcılar ile ilk doku üretimi 2009 yılında gerçekleştirilmiştir. Doku üretimi ile hedeflenen en önemli konu rekonstrüktif cerrahide hasarlı yumuşak dokuların düzeltilebilmesidir.
 
2013 yılında Çinli bilim adamları 3 boyutlu yazıcılar ile canlı dokudan kulak, ciğer ve böbrek üretmeye başladılar. Hangzhou Dianzi Üniversitesi bu işler için kullanılmak üzere bir 3 boyutlu biyoprinter geliştirmeyi başardı. Üniversite yetkilileri 12cm’lik bir kulak üretimini 1 saatin altında gerçekleştirebildiklerini duyurdular. Ayrıca yaptıkları açıklamada tamamen fonksiyonel organların 10 yıl içerisinde bu teknoloji ile üretilebileceğini ifade ettiler. Aynı yıl Belçika’nın Hasselt Üniversitesi’nde bilim adamları 83 yaşındaki bir kadın için bir çene kemiği ürettiler.

İlaçlar
3 boyutlu yazıcılar ile üretilen ilaçlar ilk kez 2015 yılında FDA tarafından onaylandı. Bu teknoloji ile gözenekli yapıda haplar üretilebilmekte ve bu de tek bir hapta yüksek doz ve midede hızlı çözünme sağlamaktadır.

Bilgisayarlar ve Robotlar
3 boyutlu baskı aynı zamanda laptop ve masaüstü bilgisayarların kasalarının üretiminde de kullanılmaktadır. Açık kaynaklı robotlar da aynı şekilde bu teknoloji ile imal edilebilmektedir.

Uzay
Sıfır yer çekimi ortamında çalışmak üzere tasarlanan ilk 3 boyutlu yazıcı Zero-G’dir. Bu yazıcı NASA’nın da dahil olduğu ortak bir girişim ile geliştirilmiştir. Yazıcı SpaceX programı dahilinde uzaya gönderilmiş, ardından bir lokma anahtarına ait tasarım dosyası sanal ortamda uzay üssüne iletilmiştir. Astronotlar bu tasarım dosyasını Zero-G ile uzay ortamında üretmeyi başarmışlardır. Böylece uzayda ihtiyaç duyulan herhangi bir malzemenin 3 boyutlu yazıcılar ile üretilebileceği ispat edilmiştir.

Sosyo-kültürel Uygulamalar
2005 yılında hobi kullanıcıları RepRap’in kaynaklarını paylaşıma sunması ile kendi 3 boyutlu yazıcılarını yapmaya başladılar. Teknolojinin yaygınlaşması ile beraber kullanıcılar için öne çıkan konu üretilecek ürünün tasarımına erişmek oldu. Çünkü bu teknoloji ile bir ürünü mağazaya gidip satın almak yerine evde imal etmek mümkündü. Günümüzde bu konu ile ilgili ücretli ve ücretsiz tasarım paylaşımı yapan pek çok internet sitesi bulunmaktadır.

Sanat
2005 yılına gelindiğinde akademik dergilerde 3 boyutlu yazıcıların sanat alanında nasıl kullanılabileceği üzerine yazılar yayınlanmaya başladı. 2007 yılına gelindiğinde Wall Street Journal ve Time Dergisi gibi önde gelen yayınlar yılın en iyi 100 3 boyutlu tasarımı tarzında listeler yayınlamaya başladılar. 2011 yılında Londra’da Victoria ve Albert Müzesi’nde Murray Moss tarafından 3 boyutlu yazıcılar ile üretilmiş sanatsal tasarımlar ile ilgili bir sergi açıldı.

3 boyutlu baskı, kişiselleştirilebilir hediye sanayisi için git gide daha popüler bir hal almaktadır. Kişiselleştirilmiş telefon kılıfları, oyuncaklar ve hatta çikolata bile bu teknoloji ile üretilebilmektedir.

Diğer taraftan 3 boyutlu tarama teknolojisi sayesinde gerçek nesnelerin kopyaları herhangi bir kalıplama yöntemi kullanılmadan üretilebilmektedir. Bu şekilde pek çok tarihi eser veya iyi bilinen obje taranarak rahatlıkla üretilebilir hale getirilmektedir.

İletişim
Karmaşık şeklinden ötürü klasik yöntemlerle üretilmesi neredeyse imkansız olan dalga yönlendirici Terahertz cihazları 3 boyutlu baskı teknolojileri sayesinde kolaylıkla üretilebilir hale gelmiştir. Üretimin ardından materyal genellikle altın ile kaplanmakta ve kullanıma hazır hale gelmektedir.

Eğitim ve Araştırma
3 boyutlu baskı teknolojisi ve 3 boyutlu yazıcılar son dönemlerde okullarda öğrencilere öğretilebilecek en gelişmiş teknolojilerdir. 3 boyutlu baskı teknolojisi öğrencilere arzu hayal ettikleri ve tasarladıkları nesnelerin prototiplerini oldukça kolay bir şekilde üretebilme imkanı sağlamaktadır. Sınıf ortamı öğrencilere 3 boyutlu baskı teknolojisi ile ilgili yeni uygulamalar ve yöntemler geliştirebilme imkanı sunmaktadır. Örneğin bazı okullarda öğrenciler bu cihaz ile robotlar bile üretmektedirler.

Bazı uzmanlara göre 3 boyutlu yazıcılar eğitim alanında devrim niteliğinde öneme sahiptir. Bunun sebebi 3 boyutlu yazıcılar ile hem öğrencilerin oldukça düşük maliyetler ile tasarımlarını ürün haline getirebilmeleri hem de öğretmenlere ders materyali üretme imkanı sağlanıyor olmasıdır. Bu teknoloji ile öğrenciler mühendislik ve tasarım ilkelerini daha somut bir şekilde gözlemleyebilmekte ve öğrenebilmektedirler. Yine aynı şekilde bazı hassas nesnelerin (örneğin dinozor fosili veya bir tarihi eser gibi) sınıfta üretilmesi ve öğrencilerin bunlar üzerinde istedikleri incelemeyi bir hasar verme sorunu yaşamadan yapabilmesi önemli bir gelişmedir.

Bu teknoloji ile biyoloji derslerinde öğrenciler canlıların organları üzerinde rahatlıkla çalışabilmekte, mimarlık öğrencileri mimari modellerini bu teknoloji ile üretebilmekte, mühendislik öğrencileri ise tasarladıkları her türlü nesneyi rahatlıkla somut olarak elde edebilmektedirler. Üniversite öncesi öğretimde ise 3 boyutlu baskı teknolojisi ile öğrencilerin yaratıcı kapasitelerinin arttırılması sağlanabilir. 

Çevresel Kullanım
Bahreyn’de geniş ölçekli 3 boyutlu yazıcılar taş benzeri malzemeler ile mercan görünümlü yapılar üretilerek resiflerdeki hasar görmüş mercanlar yenilenmektedir. 3 boyutlu yazıcılar ile üretilen bu yapay mercanlar diğer tüm yöntemlerle üretilenlere göre daha gerçekçi ve doğa dostudurlar.

Kültürel Miras
Son yıllarda 3 boyutlu baskı teknolojisi kültürel mirasın korunması, restore edilmesi gibi amaçlarla da kullanılmaktadır. Pek çok Avrupa ve Kuzey Amerika ülkesi ellerindeki tarihi eserlerin kırık ve kayıp parçalarını tamamlayabilmek amacı ile 3 boyutlu yazıcılar almıştır.
Diğer taraftan müzeler 3 boyutlu yazıcıları kullanarak ürettikleri hediyelik eşyaları hem internet üzerinden hem de müzelerde satmaya başlamıştır.

Yasal Konular
3 boyutlu baskı teknolojisi birkaç on yıldır çeşitli imalat kollarında kullanılmaktadır. Fakat mevcut kanunlar dikkate alındığında bunların patent, tasarım hakları vb için yeterince koruyucu olmadıkları görülmektedir.

Bu durumların önüne geçilebilmesi için son kullanıcıların tasarımcılardan ürünün 3 boyutlu imalatını yapabilmek için lisans haklarını satın almaları şart koşulabilir.

Diğer taraftan genel olarak patent hakları 20 yıllık bir süreyi kapsamaktadır. Başka bir ifade ile patent süresi dolan bir tasarım için artık kullanıcıların bir lisans bedeli ödemeleri gerekmeyecektir.

Etkiler
Katmanlı imalat teknolojileri üretim işletmelerine rekabetçilik ve esneklik sağlamaktadır. Bu teknolojiyi destekleyen araştırmacılar gelecekte müşterilerin kişilere ve mağazalara gitmek yerine pek çok ürünü kendi evlerinde 3 boyutlu yazıcıları ile üreteceklerini ve bu ürünler için tasarım ücreti ödemelerinin yeterli olacağını ileri sürmektedirler.

Sosyal Değişim
Uzmanlar 3 boyutlu yazıcıların gelişmesi ve evlerde yaygınlaşması ile sosyal ve kültürel değişimlerin yaşanabileceğini düşünmektedirler. Örneğin 3 boyutlu yazıcıların yaygınlaşması neticesinde ev ve işyeri arasındaki bilinen ilişkinin yıpranması beklenmektedir. Benzer bir şekilde firmalar tasarımlarını süratle dünyanın istedikleri noktalarına gönderebilecek ve istedikleri yerde kolaylıkla ürettirebileceklerdir. Bu durum da küresel kargo sistemlerini olumsuz etkileyebilir. Bu değişimlerin şekillenmesinde tasarım hakları ile ilgili olarak devletlerin ve uluslar arası kuruluşların yapacağı yasal düzenlemeler de etkili olacaktır.

3 boyutlu yazıcıların yaygınlaşması ile bu teknolojilerin kullanımına dair internet üzerinde sosyal ağlar kurulacaktır. Bu ağlarda insanlar evde kendi 3 boyutlu yazıcılarını nasıl üreteceklerinden baskı kalitesini nasıl arttırabileceklerine kadar pek çok farklı konularda görüş ve bilgi paylaşımlarında bulunabileceklerdir. Bu tip sosyal paylaşım platformlarına ilgi ve katılımın artması ile daha da yaygınlaşmaları beklenmektedir.

Bu teknolojilerin yaygınlaşması ile belirli iş dallarında çalışan (özellikle mavi yakalı) kişilerin mevcut işlerinin ortadan kalkabileceği ve katmanlı imalat teknolojileri ile ilgili iş dallarına geçiş yapmaları gerekebileceği de düşünülmektedir. Dolayısı ile bu kişilerin yeni teknolojiye hakim olabilmeleri veya farklı iş dallarına geçişleri için eğitilmeleri gerekecek ve eğitim sistemlerinde de değişiklikler yapılması gerekebilecektir.

Gelecekte bu teknolojinin yaygınlaşması ile birlikte büyük şirketlerden ziyade küçük, verimli ve esnek şirketlerin daha başarılı olacakları da beklenen gelişmelerden birisidir.

Kaynak: https://en.wikipedia.org/