Üç Boyutlu Yazıcıların Gelişim Süreci

İmalat, insanlığın en eski uğraşlarından biridir. İnsanlık var olmaya başladığında, kişiler kendi gereksinimlerini küçük çapta üretirken, sonradan belirli ürünlerde uzmanlaşmaya ihtiyaç duymuşlardır. İhtiyaçlar doğrultusunda ortaya çıkan üretim ağları, sanayi devrimleriyle beraber bugünkü üretim teknolojilerinin temellerini oluşturmuşlardır. Sanayideki bu devrimler ürünlerin daha kaliteli olmasını, fazla çeşitliliği ve yeni teknolojilere olan ihtiyacın artmasına sebep olmuştur. “Bir işe uygulanan bilgi ve bilgiye dayalı yöntem o işin daha kısa sürede yapılmasına imkan tanıyorsa, bu durumda bir

52

teknolojik gelişmeden söz etmek mümkündür” (Bayraç, 2003: 48). Zamanla insan ihtiyaçlarının farklılaşması yeni teknolojilerin gelişmesini zorunlu kıldı ve yaşanan bu gelişmeler farklı çalışma alanlarının doğmasına sebep oldu. Teknolojinin ve iletişimin arttığı günümüz dünyasında işletmeler, rekabet edebilmek için bilgi tabanlı teknolojilere ve bilgiye daha fazla önem vermeye başladı. İşletmeler yapacağı yatırımları daha uzun dönemler halinde düşünerek, pazar ihtiyaçlarına göre esneklik gösterebilen, kaliteli süreçler verebilen ve daha standartlaşmaya yatkın esnek otomasyon, robot teknolojileri vb. gibi üretim yöntemlerini tercih etmeye başladılar (Bayraç, 2003: 41-62).

Ekonomik ömrü devam ettiği halde teknolojik ömrü biten ürünlerin her geçen gün artması, bilgi teknolojilerine olan ihtiyacı arttırmıştır. Bilgi teknolojilerinin yeni sanayileşme süreçleri içinde kullanılması araştırma geliştirme faaliyetlerinin artmasına, modern yenilenebilir tasarımların oluşturulmasına, ürün hazırlık sürelerinin düşürülmesine ve pazara hızlı ürün sunulmasına katkı sağlamıştır. Yeni bir ürün piyasaya sürülmeden önce zamanı doğru planlamak önemlidir. Ürünün doğru zamanda piyasaya sunulması için tasarım aşamasından, üretim başlayana kadar geçen ön hazırlık sürelerinin ve bu süreçteki faaliyetlerinin doğru belirlenmesi gereklidir. Doğru ürünü piyasaya koymanın yanında, doğru zamanı belirlemek de bir o kadar önemli husustur.

1970’li yıllarda dünya ekonomisi sıkıntılı dönemlere girmesine rağmen teknoloji ve sanayide de önemli gelişmeler yaşanmaya başlanmıştır. 3 boyutlu yazıcıların tarihsel süreçlerine bakıldığında bu teknolojinin temellerinin 1970’li yılların sonlarına dayanmakta olduğu görülmektedir

“1971 yılında, Pierre Ciraud isimli Fransız bilim adamı, ışın yardımıyla metal tozlarının birleştirilmesiyle gerçekleştirilen bir üretim yöntemine ilişkin bir patent başvurusu yaptı. Aynı yıl Wyn Kelly Swainson, SLA teknolojisine benzeyen ve üç boyutlu cisimlerin lazer ışınlarının kesiştirilmesiyle üretildiği bir yöntemi anlattığı başka bir patent başvurunda bulundu” (Ben Soussan, 2016).

İlk 3b baskı denemeleri Dr. Kodama'ya, 1980'de hızlı bir prototipleme tekniği geliştirilmesi için verildi ve çalışmasında ışığa duyarlı reçine bir UV ışığıyla polimerize ederek SLA için bir ata yaratan ilk kişi oldu (Ben Soussan, 2016). Ne yazık ki, son başvuru tarihinden önce patent gereksinimini karşılamadı. 3 boyutlu yazıcı teknolojisine olan ilginin artmasıyla bazı çalışmalar ticarileşmese de, 1984 yılında Charles Hull

53

Stereolitografi teknolojisi ile 3b nesneler üreten bir makineye ilişkin bulunduğu patent başvurusu kabul edildi ve bu teknolojinin faaliyet göstermesi arzusuyla 3b Systems Corporation işletmesini kurdu (minifab.com, 12 Haziran 2017’de erişildi). Bu işletme 3 boyutlu yazıcı teknolojisinin hayata geçirilmesi açısından önemli oldu. Aynı yıl, Hull SLS teknolojisini bularak, bilgisayar kontrollü lazer yardımıyla toz haldeki malzemeleri tabakalar halinde birleştirerek 3 boyutlu üretimi gerçekleştirdi ve bulduğu imalat metoduna yönelik patent başvurusunu yaparak Joe Beaman ile birlikte Desktop Manufacturing (DTM) işletmesini kurdu (minifab.com, 12 Haziran 2017’de erişildi). “1989 yılında Scott Crump FDM teknolojisini icat etti ve Stratasys Ltd’yi kurdu” (minifab.com, 12 Haziran 2017’de erişildi). Bu gelişmelerle birlikte artık devrim sayılacak bir yenilik ortaya atılarak birçok sektörde uygulama sahası bularak gelişme kaydetti ve hala üzerinde birçok çalışma hızını kaybetmeden yürütülmektedir. Üretimde denenmesiyle birlikte büyük oranda zamandan fayda sağlanacağı ve yedek parçanın kolay ulaşılabilir olması düşünülerek artık üretimde kullanılmaya başlaması muhtemeldir. 1990'lı yıllarda ana 3b yazıcıların üreticisi ve CAD araçları ortaya çıktı. Avrupa'da EOS GmbH, endüstriyel prototipleme ve 3b baskı üretim uygulamaları için ilk EOS "Stereos" sistemini kurdu (steemit.com, 12 Haziran 2017’de erişildi).

1992'de, FDM patenti profesyoneller ve bireyler için birçok 3b yazıcı geliştiren Stratasys'e verildi (steemit.com, 12 Haziran 2017’de erişildi). “1993 yılında Massachusetts Institute of Technology(MIT), 2 boyutlu yazıcılarda ki Injet teknolojisini kullanarak yeni bir teknoloji geliştirdi ve bu teknolojiye 3 Dimensional Printing (3bP) adı verildi. Bu teknoloji sayesinde renkli baskılar yapılabildi” (http://priyoid.com/3b-yazici-teknolojisi/3b-yazici-tarihi, 12 Haziran 2017’de erişildi).

54

“1995; Z Corporation şirketi, MIT’ye lisans ücretini ödeyerek 3Bp teknolojisini kullandı ve 3b yazıcı satışına başladı” (http://priyoid.com/3b-yazici-teknolojisi/3b-yazici-tarihi, 12 Haziran 2017’de erişildi). Aynı zamanda, 3b baskı için CAD araçları, Prototype'ın (Solidscape olarak da bilinir) yaratılmasıyla giderek daha fazla kullanıldı ve geliştirildi (tripedia3b.com, 12 Haziran 2017’de erişildi). 2000 yılında ilk 3b baskılı böbrek basımı gerçekleşti ve devamındaki yıllarda araştırmacılar organları çok hızlı bir şekilde nakletmek için üzerinde deneyler yapmaya başlamıştır (tripedia3b.com, 12 Haziran 2017’de erişildi). Bu durum 3 boyutlu yazıcıların, farklı bilim alanlarında çalışıldığının ve sağlık sektöründe bile kullanılabileceğinin en güzel örneğidir.

Önemli gelişmelerden biri RepRap Projesi ismiyle 2004 yılında yaşandı ve kendi kendini kopyalayan bir 3b yazıcı geliştirildi. FDM ile 3b yazıcılar yaygınlaşmaya ve bu alanda çalışan üreticilerin popülerliğine yol açtı ayrıca bu projede birçok parça düşük maliyetle temin edilecek şekilde tasarlandı (tripedia3b.com, 12 Haziran 2017’de erişildi).

Şekil 15: RepRap 3b Yazıcı Örneği

2005 yılında Z Corp, ilk yüksek çözünürlüklü renkli 3b yazıcıları geliştirdi; 2008 yılında 3 boyutlu baskı, başka bir tıbbi uygulama sayesinde daha da büyük bir medya varlığına ulaştı ve ilk 3 boyutlu protez bacak basıldı (tripedia3b.com, 12 Haziran 2017’de erişildi). Bu konuda çalışmalar yıllar boyunca devam etmekte ve bilim insanları tıp alanında kullanımı için maliyetin de düşürülmesi üzerine çalışmalarını sürdürmektedir. Artık, tıbbi protezler ve ortezler elde etmek daha ucuz ve son derece hızlı zamanda elde edilmektedir (tripedia3b.com, 12 Haziran 2017’de erişildi).

55

Şekil 16: 3 Boyutlu Yazıcı İle Elde Edilmiş Protez Bacak

2009 yılı, FDM patentlerinin kamusal alanlara yayılması, masaüstü 3b yazıcı fiyatlarının düşmesi ve dolayısıyla teknolojiye daha erişilebilir olması adına önemli bir yıl oldu (Ben Soussan, 2016). 2011 yılında Kor Ecologic tarafından 3 boyutlu yazıcı ile araba Urbee üretildi (tripedia3b.com, 12 Haziran 2017’de erişildi).

Şekil 17: 3b Yazıcı İle Üretilen Urbee Araba

2012 yılında Holanda’da LayerWise tarafından 3 boyutlu yazıcı ile hareketli çene yapılırken; 2016 yılında CARBON3b işletmesi, Continuous Liquid Interface Production (CLI86P) teknolojisi ile mevcut 3b baskı teknolojisine göre 25-100 kat daha yüksek hızda üretim yapabildiklerini duyurdu (tripedia3b.com, 12 Haziran 2017’de erişildi).

56

Şekil 19: 3 Boyutlu Yazıcıların 1980-2000 Yılları Arası Tarihsel Gelişimi

Şekil 20: 3 Boyutlu Yazıcıların 2000-2017 Yılları Arası Tarihsel Gelişimi

Dr. Kodama tarafından ilk 3 boyutlu baskı denemeleri (SLA’nın

temelleri)

1980 1984

Charles Hull, SLA ile geliştirilmiş bir yazıcının patentini aldı

ve 3b Systems Corporations işletmesini kurdu.

Hull, SLS teknolojisini de buldu ve Joe Beaman ile Desktop Manufacturing (DTM) kurdu. 1989 Crump, FDM teknolojisini icat etti ve Stratasys Ltd’yi kurdu 1993 Massachusetts Institute of Techonology tarafından 3bP teknolojisi geliştirilerek renkli baskılar 1996 3b Printer sözü hızlı prototip yapan makineler için kullanıldı Tıp alanında çalışmalar artarken, ilk 3 boyutlu

organ basımı gerçekleşti(Böbrek) 2000 2004 Kendi kendini kopyalan bir 3 boyutlu yazıcıdan oluşan RepRap Projesi 2005 Z Crop tarafından yüksek çözünürlükte

ilk yazıcı geliştirildi.

2008 İlk protez bacak basımı gerçekleşti ve tıbbi uygulamalar genişledi 2009 FDM patentleri kamusal alanlarda yayıldı ve kişisel

kullanımlı yazıcılar piyasaya sunuldu. 2016 2011 Kor Ecologic tarafından ilk araba üretildi (Urbee) Normalden 20-100 kat hızlı yazıcılar gelişti (Carbon3b tarafından) Google CLIP Teknolojisine sahip Carbon3b’yi satın aldı. 2015

57