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/
