Üç Boyutlu Nesne Yazdırma Kavramı

3 boyutlu yazdırma teknolojisi, yaklaşık 30 yıllık bir geçmişi olan imalat yöntemidir (Ponsford ve Glass, 2014). Bu yeni üretim yönteminin üretim anlayışını değiştirip yeni bir sanayileşme sürecini başlatıp başlatmayacağı üzerine hala tartışmalar yapılmaktadır. “3 boyutlu yazıcıların sanayi devrimi olma” konusunu ortaya atan yazar Gershenfeld (2008)’ı destekleyen farklı araştırmacılar olmuştur: Berman (2012) ve The Economist Dergisi (21-27 Nisan, 2012) yazarları bunlardan bir kaçıdır (Karaarslan, 2015: 193-211). Bu modern teknoloji diğer yeni sanayileşme dönemlerinde olduğu gibi devrim kabul edilecekse, var olan geleneksel üretim yöntemlerini etkileyecek ve yeni iş alanlarının da doğmasına sebep olacaktır.

Şekil 12: Üretim Teknolojileri Döngüsü

Parçanın Elde

Edilmesi

Rötuş (Boya,

44

Ariadi ve arkadaşları “3 boyutlu yazdırma teknolojileri ile birlikte en eski üretim biçimi olan zanaata bir dönüş yaşanabileceğini bunun tarihsel olandan farklı iletişim biçimleri ile gerçekleşeceğini belirtmektedir” (Ariadi, Campbell, Evans, ve Graham, 2012). Geçmişten günümüze zanaatın bölümlendirilmiş üretime ardından büyük hacimlerde üretim sağlayan kitlesel üretime dönüş yaşadığı görülmüştür. Yaşanan bu dönüşüm yeterli gelmemiş olacak ki günümüzde kitlesel üretim yerini kitlesel bireyselleştirmeye bırakmaya başlamıştır. Teknolojinin ve iletişimin artmasıyla günümüz dünyasında, kitle üretimin işletmelere göre özelleştirilmesi konusu gündeme gelmiş ve bu durumda 3 boyutlu yazıcılara olan ihtiyacı ortaya çıkarmıştır (Karaarslan, 2015: 193-211).

3 boyutlu baskılama teknolojisi planlanan ürünün 3 boyutlu tarayıcılarla veya 3 boyutlu tasarım programlarıyla (CAD Tabanlı) bilgilerin bilgisayar ortamında datalara dönüştürülmesi süreciyle başlar. Bazı bilim insanları CAD (bilgisayar destekli tasarım) ifadesi yerine elektronik üretim ifadesini de terci etmektedir. Bu durum sağlanırken süreçte herhangi bir kalıba ve çoğu zaman bir modele ihtiyaç duyulmadan, bilgisayar ortamında o modele sahip olunur. Bir 3 boyutlu yazıcı, hammaddenin nereye konulacağını söyleyen iyi tasarlanmış bir elektronik plan veya tasarım dosyasını beslediğinde ancak hayat bulur. 3 boyutlu yazıcılar ürünlerin tasarım süreçlerini ve üretim işlemleri arasındaki ilişkiyi yakından kurmaktadır. Bu süreçten sonra 3b basım, yüklenen dataların yazıcılara aktarılıp katman katman işlenerek 3 boyutlu fiziksel parçanın elde edilmesi işlemidir. 3 boyutlu baskıda kullanılacak üretim yöntemleri değişiklik göstermektedir (Bu farklılık Bölüm 3.7.2’de detaylı olarak anlatılacaktır). 3b yazıcılarla üretim, lazer veya projeksiyonlarla gerçekleşebildiği gibi malzemelerin eritilip baskı alanlarına aktarılmasıyla da gerçekleşebilir. Lazer ve projeksiyon gibi ışın/ışık teknolojilerinin yerine kullanılan malzeme eritme ile üretim için, bir başlık ve bu malzemeyi dökecek bir tablaya ihtiyaç vardır. Bu başlığın 3 boyutlu olarak hareket etmesiyle, ürünü katmanlar halinde oluşturulur. Tablanın hareket edildiği yönde, üretilmesi istenen ürene göre değişiklik gösterebilir.

Prototipin hızlı ve daha kısa zaman dilimlerinde jenerik teknoloji ile elde edilmesi olarak tanımlanan hızlı prototipleme (Rapid Protytpe /RP), bilim dünyasında genellikle 3 boyutlu baskı olarak kullanılmaktadır (Gross, Erkal, Lockwood, Chen, ve Spence, 2014: 3240-3253). Hızlı prototiplemenin temeli malzeme katmanlarına ekleyerek 3 boyutlu fiziksel bir modelin inşa edilmesi için 3 boyutlu bilgisayar modellerini kullanmaktır

45

(Peltola, Melchels, Grijpma, ve Kellomäki, 2008: 268- 280). Görüldüğü gibi bilgisayarlar 3b yazdırma prosesinde önemli bir role sahiptir. Bir bilgisayarın talimatları olmadan, yazıcının komut alması ve işlem yapması olanaksızdır. Yani bir bilgisayarın var olmayışı, yazıcıların çalışmasını yok eder.

Prototipleme üretilmesi planlanan ürünün son halini fiziksel olarak almadan önce, ürün modelinin oluşturulması işlemidir. Bu işlem gerçekleştirildikten sonra fiziksel olarak ortaya çıkan nesneye esas ürünün prototipi denilmektedir. Özellikle işletmeler, sayıca fazla olarak basılması planlanan ürünün üretime geçilmeden önce ürünün prototipini oluşturarak, gerekli kontrollerin yapılmasına imkan sağlamaktadır. Ürün prototiplerinin basılmasıyla, büyük üretim hacimlerinde gereksiz ürünlerin üretilip zarara uğrama riski azaltılabilir ve üretim maliyetlerinde düşüş etkisi sağlanabilir. “Bugüne kadar mühendislik prototipleri oluşturmak için mühendislikte 3b baskı esasen kullanılmıştır. Bununla birlikte, basım materyalindeki son gelişmeler artık 3B yazıcıların geleneksel olarak üretilen ürünlerle karşılaştırılabilen nesneler yapmasına olanak sağladı” (Schubert, Van Langeveld ve Donoso, 2014: 159-161). Prototipleme işlemi, üretime geçilmeden önce ürün ile ilgili denemelerin yapıldığı bir aşama olarak da kabul edilebilir.

3 boyutlu yazıcıların da içinde yer aldığı hızlı prototipleme sistemlerinin hızlı ürün geliştirme için etkili bir araç olduğu söylenebilir. Hızlı ürün geliştirme, yeni ürün geliştiren üretim odaklı işletmeler için oldukça önemli bir silahtır (Gebhart, 2000). Piyasaya sürülecek ürünlerin kararı verildikten sonra tasarım sürelerinin ve ilk örneğin (prototip) üretimi için hızlı olma gerekliliği ve zaman kaybedilmeden bunun gerçekleşmesi işletmelere önemli bir rekabet üstünlüğü sağlatabilir. 3b yazdırma teknolojisi kullanıcılara, küçük veya orta çağlı girişimler yapabilme, yeni fikirleri deneyebilme, mevcutta var olan modeller üzerinde yapılacak değişikliklerle istenen ürünleri üretebilme imkanı da sağlayabilir. Bazı büyük şirketler bu teknolojiye sıcak bakarak, uzun vadede büyük karlılık yaratacağı düşüncesiyle bünyelerine katmaktadır. NASA 3b yazıcılarla roketlerinden birine yakıt enjektörü üretmiş, sonuç olarak geleneksel üretim yöntemlerine göre maliyetin üçte birinden ve zamanın üçte ikisinden daha az bir durumda üretimi gerçekleştirmiştir (Schubert vd., 2014: 159-161).

3b yazdırma teknolojisinin en önemli avantajlarından biri, kişiye özel ürünlerin uygun fiyatlarda üretilmesine imkan sağlamasıdır. Örneğin bu üretim şekli ile 3b baskılı hasta dokusunda yeni potansiyel terapötik ilaçları hızla taramaya imkan sağlanıp, üretim

46

maliyetlerini ve zamanı büyük ölçüde azaltabildiği söylenebilir (Schubert vd., 2014: 159-161). Geçtiğimiz son yıllarda, 3 boyutlu yazıcı teknolojisi hızlı prototipleme prosedürleri içinde baskı maliyetleri ve baskı oranlarını hesaba katarak önemli gelişmeler kat etti. Baskı maliyetlerinin yüksek oluşu ve birim zamana verilen baskı sayısından dolayı bu alanda çalışmalar olmasını zorunlu hale getirildi (Wohlers ve Caffrey, 2015). Bir başka alanda yapılan çalışmalar: ürünlerde yüksek standartlaşma sağlanması noktasında olmuştur. 3 boyutlu elde edilecek ürünlerin, 3 boyutlu bilgisayar modeliyle birebir aynı olma ihtiyacından dolayı üretilen parçaların kesinlikle anatomik yapısına bağlı kalınarak üretilmesini, yüksek güvenirlik ve gerçeklikte(tasarlanan ürünün üretilmesi) modellerin yazdırılması zorunlu olmuştur (Gebhart, 2000). Baskı prosesinde üç farklı pozisyon içindeki parçaların z yüksekliğine bakılarak, değişen hızlarda prototipleme sistemlerinin karşılaştırılması için farklı ölçüler geliştirildi (Dimitrov, Schreve, ve de Beer, 2006: 136-147). 0.1 mm altındaki gerçeklik gerektiren parçaların üretimi için 3 boyutlu yazıcıların uygunluğu incelendi ve temelde yazıcıların çeşitlerine bağlı olarak kalibrasyonlarına dikkat edilen çalışmalar yürütüldü (Stopp, Wolff, Irlinger, ve Lueth, 2008: 167-172). Ayrıca son birkaç yılda üç boyutlu yazıcıların işlem parametrelerinin doğruluğunu sağlamak için özel bir jig kullanılarak incelemeler yapıldı (Wohlers ve Caffrey, 2015) ve elde edilen başarılı çalışmalarla yeni yazıcılar bu doğrultuda geliştirilmeye başlandı. Literatürde 3 boyutlu yazıcıların gerçekliğinin bir takım çeşitli faktörlerden etkilendiğini gösteren araştırmalar ve çalışmalar yapılmıştır. Üretilmesi düşünülen parçaların belirli toleranslar dahilinde üretilmesi gerekmektedir. İmalatta, sayısızca farklı parçalar üretilmekte ve her parçanın ait olduğu belki de tamamlaması gereken farklı makineler bulunmaktadır. Üretilen parçaların geleneksel imalat yöntemleri içerisinde de 3 boyutlu çizimleri yapılıp parçaların konumları saptandıktan sonra; belirli toleranslar oluşturulur ve bu toleranslara bağlı kalınarak üretim gerçekleştirilir. Bu durum 3 boyutlu yazıcılarda için de değişmemekle birlikte, parçanın gerçekliğinin olması bir şarttır; bu sebeple bu konuda birçok araştırma literatürde yerini almıştır. Geleneksel yöntemlerde parçaların istenen tolerans sınırlarında kalması için çalışanların hassas ölçümlerde hassas işlemler yapması gerekebilir. 3 boyutlu yazıcılarda ise, insan müdahalesiyle ölçüm kontrolü yerine verilen talimatlarla izin verilen ölçülerde bu durum sağlanabilir.

3 boyutlu yazıcılarda gerçekliğe ulaşmak için bir takım faktörler belirlenmiştir (Dimitrov, Schreve ve de Beer, 2006:136-147). Bunlar;

47

 Kullanılan malzeme,

 Nominal boyutlar,

 3 boyutlu yazıcıdaki iş parçası yönlendirmesi,

 Geometrik özellikle ve onların topolojisi, ( örneğin; açık veya kapalı hatlar)

 Duvar kalınlığı,

 Üretim sonrası prosedürler,

 Bağlayıcı malzemelerdir.

3 boyutlu yazıcı teknolojisini kullanmak isteyenler tarafından önemli problemlerden biri yüksek yatırımlar gerektirmesi olarak gösterilmektedir. Bu gerekçeden dolayı devlet ve KOBİ gibi kuruluşlar, potansiyel kullanıcılara üretimin bazı alanlarında destek verebilir. Örneğin, istenen ürünlerin tasarımını sağlayabilecek işgücü, programlar veya gerekli yazılımsal konularda müşterilerin istediklerine göre gelişmeler sağlanabilir. Kullanılan malzeme sayısının artması, yeni yöntemlerin deneniyor olması veya daha büyük boyutlarda üretime imkan vermesi gibi diğer yapılacak gelişmeler yeni teknolojileri takip eden birçok işletme tarafından tercih edilmeyi arttırabilir. Geleneksel yazıcıların aksine 3 boyutlu baskının, ürünlerin kitlesel olarak özelleştirilmesini sağlayarak büyük bir potansiyele sahip olduğu gerçeği vardır (Schubert vd., 2014: 159-161). Mevcut kullanılacak malzemelerin seçimindeki artışın yaşanması ve üretilecek parçalar için birçok farklı bitirme süreçlerinin olması, 3 boyutlu yazıcılar için uygulama alanlarının çeşitliliğini arttırdı (Dimitrov, Schreve, ve de Beer, 2006: 136-147). Bu iyileştirmelerin her biri, bu teknolojinin gelişmekte olduğunu ve işletmelerin tercih etmeleri için birçok yeniliği de mümkün kıldığını gösterdi.

Malzeme bilimi daha fazla basılabilir malzeme ortaya koydukça, malzeme yelpazesini genişlettikçe bununla beraber üretici ve ürün yelpazesi de büyüyecek (Petrovic vd., 2009: 25). (Başlarda sadece plastik kullanımıyla gerçekleşen üretim ağı, zamanla yeni malzemelerin kullanımına da olanak sağlamaktadır. Her ne kadar malzeme çeşidi artarsa, ürün çeşidi de aynı orantıda artacaktır.