3D yazıcı nasıl çalışır?

Son dönemin en yeni teknolojik gelişmelerinden biride 3D yazıcılardır. Aslında 3D yazıcı teknolojisi yeni bir teknoloji değil. İlk uygulaması 1984'e dayanıyor. O yıldan sonra bu yazıcılar hızlı prototipleme alanın dışında çok fazla ilgi görmedi. 2006 yılında ise işler değişti. Reprap projesi ile 3d yazıcılar geniş kitlelere ulaştı. Öyleki artık birçok sıradan kullanıcı kişisel 3d yazıcılarına sahip oldu. Bilgisayar ortamında kendi tasarladığı veya internette bulunan 3d objeleri bilgisayara indirerek bu objeleri 3d yazıcılardan çıkartabiliyor.

3d yazıcının tarihsel gelişimine şöyle bakacak olursak;

1984; İlk 3D yazıcı, stereolithography(SLA) teknolojisi kullanılarak Charles Hull tarafından geliştirildi.

Stereolithography(SL): Hızlı, yüksek çözünürlük fonksiyonel parçaların bir kerede üretilebilir. Kısıtlı üretim alanı ve malzeme seçeneğine sahip. Renk seçeneğine sahip değil.

1986; 3D yazıcılar üzerine 3D Systems adında ilk şirket kuruldu.

1988; -3D Systems tarafından üretilen, SLA-250 adında ilk yazıcı tanıtıldı. -Selective Laser Sintering (SLS) ve Fused Deposition Modelling(FDM) teknolojileri bulundu.
Fused Deposition Modelling(FDM): ABS, PLA, Polycarbonate and Elastomers malzemelerinin yüksek ısıda eritilip katman katman eklenerek üretildiği bir methodtur. Ev tipi yazıcılarda en çok kullanılan sistemdir. Çıkan üründe,mekanik olarak kuvvetli bir yapı oluşur.
Selective Laser Printing(SLS): Bu sistem,ışığa duyarlı tozun, CO2 lazer ile katman katman sinterlenmesi ile çalışır. Mukavemeti yüksek parçalar üretir ama yüzey kalitesi düşüktür.

1989; FDM teknolojisinin bulucusu Scott Crump tarafından, Stratasys isimli 3D yazıcı şirketi kuruldu.

1993; Massachusetts Institute of Technology(MIT), 2 boyutlu yazıcılarda ki Injet teknolojisini kullanarak yeni bir teknoloji geliştirdi ve bu teknolojiye 3 Dimensional Printing (3DP) adı verildi. Bu teknoloji sayesinde renkli baskılar yapılabilindi.
3 Dimensional Printing(3DP): Tozdan malzemenin ink-jet teknolojisi kullanılarak üst üste yapıştırılmasıyla hızlı ve ucuz parçalar üretilebilen bir sistemdir. Doğruluğu, sertliği, yüzey kalitesi düşüktür. Parçalar hızlıca ve ucuza üretilebilir.

1995; Z Corporation şirketi, MIT’ye lisans ücretini ödeyerek 3DP teknolojisini kullandı ve 3D yazıcı satışına başladı. 1996; Stratasys Genisys 3D Systems Actua2100 Z Corporation Z402 2005; Z Corporation’un tasarladığı Spectrum Z510, yüksek çözünürlüğe sahip ilk yazıcı tasarlandı. Ayrıca bu yazıcı renkli baskı özelliğinede sahiptir.

2007; Reprap ismi ile, açık kaynak kodlu 3D yazıcılar çıktı. Bunun sayesinde 3D yazıcılara ulaşma ve onları geliştirme imkanı arttı.

2008; Object Geometries şirketi, Connex500’u geliştirdi ve bu ürün ile aynı anda farklı malzemeler kullanılarak 3 boyutlu ürün oluşturulabilindi. (Bu şirket 2012 yılında Stratasys ile birleşti.)

2009; Bu yıl itibariyle Makerbot ve 3D Systems’in geliştirdiği Cubify gibi modeller ile ev tipi 3D yazıcılarda artış oldu ve devamında özelliklede Kickstarter.com üzerinden desteklenen ve geliştirilen bir çok yeni marka oluştu.

3d yazıcılarla neler üretilebilinir?

Bu soruya kabaca cevap verecek olursak 3 boyutlu olarak çizilen her şey 3d yazıcı ile üretilir. Tabiki de bazı özel tasarımları üretebilmek için profesyonel makinelere ihtiyaç duyulmaktadır. 3d yazıcı ile üretilen objelere örnek vermek gerekirse; Bu yazıcı ile gözlük çerçevesi, tabak, kaşık, oyuncak, cep telefon kılıfı, kolye hatta gıda maddesi üretim yapan 3d yazıcılar mevcuttur. Evinizde kendi tasarladığınız çikolataları yiyebilirsiniz.

Günümüzde 3d yazıcılar mücevher, aksesuar, ayakkabı tasarımında, endüstriyel ve mimari tasarımlarında, inşaat mühendisliğinde, yapı işlerinde, otomotiv sanayisinde, dişçilik, tıp, eğitim gibi geniş bir sektörde kullanılıyor.

Bu tasarımlar bilgisayar ortamında CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) programları ile tasarlanabilir. Solidworks, 3D Max, AutoCad, Alibre, Catia gibi ücretli programların yanı sıra Google Sketchup, OpenSCAD gibi ücretsiz programları ile kendi 3d modelinizi oluşturabilirsiniz. Ayrıca herhangi bir nesneyi bilgisayar ortamına aktarmak için 3 boyutlu tarayıcılar ile taranıp bilgisayar ortamına aktırılabilinir.

Bilgisayar ortamında tasarım yapan kullanıcıların yelpazesini düşündüğümüzde az bir kesime hitap ediyor. Ama 3d yazıcılardan ürün elde edebilmek için herhangi bir CAD programı bilmenize gerek yok. İnternette oldukça açık kaynaklar mevcuttur. Bu sitelerden hazır 3d model indirip yazıcıdan çıkartabilirsiniz. shapeways, thingiverse, pinshape, threeding bu sitelerden bazılarıdır.

3d yazıcıların kullandığı hammaddelerden bahsedecek olursak; FDM teknolojisini kullanan 3d Yazıcılarda PLA ve ABS plastikleri yaygın olarak kullanılmakta olup, profesyonel makinalarda titanyumdan seramiğe, çelikten mumsu materyale kadar bir çok farklı hammadde ile baskı almak mümkündür.

Peki 3 boyutlu yazıcı nasıl çalışır?
Öncelikle bilgisayar ortamında bir 3d modele sahip olmalısınız. Yukarıda bu modellerin nasıl oluşturulduğunu ve erişildiğini açıklamıştık. Çeşitli programlar oluşturduğumuz üç boyutlu cismi 3d yazıcıya göndermek için .STL formatına çeviriyoruz. Bu üç boyutlu cisim katmanlar haline dönüştürülür ve yazıcının bu modeli oluşturmaya başlar. İşte “katmanlar” kelimesi 3d yazıcıların nasıl çalıştığının mantığını anlatan bir kelimedir.

Bir obje oluştururken tıraşlama ve geleneksel nesne tasarımı anlayışının aksine, 3d yazıcılar bir ürünü oluşturmak için ürünün en altından başlar, ürünün parçalarını ekleye ekleye ürünü oluşturur. Örneğin bir soğan düşünün. Bu soğanı alttan üste doğru dilimleyerek katmanlara ayırın. Bu soğan halkalarını dağıtın. Bu soğanı oluşturmak için, soğanın en alt dilimini koyun. Onun üstüne bir üst dilimi, onun üstüne daha üst dilimi diye diye katmanları yerleştirin. Bu işlemin sonunda elinizde bir soğan ürünü olacaktır. İşte hemen hemen bütün 3d yazıcılarda böyle çalışır.

Bu katmanları daha yakından inceleyelim. 3d yazıcılarda kullanılan katmanların kalınlıklarına göre elde ettiğimiz ürünün, modele daha yakın veya yorumlanmış, yani modele fazla benzemeyen ürün elde edebiliriz. Bu olaya çözünürlük diyebiliriz. Çözünürlük ne kadar yüksek olursa elde ettiğimiz bi o kadar güzel, çözünürlük ne kadar düşük olursa elde ettiğimiz üründe yuvarlak yüzeylerde tırtıklı (piksel piksel) nesneler elde ederiz. Çözünürlük baskısı düz yüzeylerde pek bi fark yaratmazken kıvrımlarda ve eğimlerde fark ayırt edilmektedir. Bu çözünürlüğü etkilene olay ise, katman kalınlıklarıdır. Katman kalınlığını mikron birimi ile ölçeriz. Baskınızın tabandan sadece 6 mm yükseldiğini düşünürsek 300 mikronla baskı yaptığınızda sadece 20 katman örülürken, 100 mikronla baskı yaptığınızda bu yüksekliği 60 katman örerek çıkıyor.
Katman kalınlığı ne kadar düşükse, yani ne kadar çok katman örülmüşse oluşturulan ürün bi o kadar detaylıdır, çözünürlüğü fazladır.

3D Yazıcı seçerken bunları göz önünde bulundurursanız ihtiyaçlarınıza en iyi cevap veren 3D Yazıcı’ya ulaşmada bir adım daha atmış olursunuz. Eğer 3D Yazıcı’yı hobi için 3D yazıcıları ufaktan öğrenmek, kurcalamak için alıyorsanız baskı kalitesini çok önemsemeyebilirsiniz. Ancak parçaların birbirlerine uyumluluğu önemliyse veya baskılarınızı satmayı düşünüyorsanız yüksek çözünürlüklü bir makine seçmenizi tavsiye ederiz.

Modelin nasıl oluşturulduğunu, yazıcı bu modeli nasıl bir mantıkla yorumladığını açıkladıktan sonra yazıcının bu modeli oluşturma kısmına bakalım.

Eskiden çamaşır makinesi çalışırken onu izlemeyen yoktur sanırım. Şimdiki nesilde ise 3d yazıcılar ürünü oluştururken izlemesi bile hayli keyif veriyor.

Yazıcılar bilgisayar ortamında aldığı modeli genellikle FDM (Fused Deposition Modeling) denen bir metot kullanır. Genelde kullanılan ABS (Akrilonitril Bütadien Stiren) ve PLA (Poli- Laktik Asit) polimer türleri ile şekil oluşturulur. 3D yazıcı bu belirttiğimiz polimerleri 200 dereceye kadar ısıtıp, eritir ve katmanlarla belirlenmiş üç boyutlu nesneyi üst üste yığarak oluşturur.

Aşağıdaki videoda 3d yazcının basitçe nasıl çalıştığından bahsediyor.