Üç Boyutlu Yazıcılarda Harç Yığma Tekniği İle Seramik Şekillendirme – PDF İNDİR
[googlepdf url=”http://www.aslanfatih.net/wp-content/uploads/2017/08/ÜÇ-BOYUTLU-YAZICILARDA-HARÇ-YIĞMA-TEKNİĞİ-İLE-SERAMİK-ŞEKİLLENDİRME_Fatih-Aslan.pdf” ]

 

BÖLÜM 1
ÜÇ BOYUTLU YAZICI NEDİR?
1.1. Üç Boyutlu Yazıcının Tanımı
1.2. Üç Boyutlu Yazıcılarda Çıktı Teknikleri
1.2.1. Işıkla Kürleme Tekniği (SLA)
1.2.2. Tabaka Yapıştırma Tekniği (LOM)
1.2.3. Toz Bağlama Tekniği
1.2.3.1. Seçmeli Lazer Sinterleme Tekniği (SLS)
1.2.3.2. Yapıştırıcı İle Toz Bağlama Tekniği
1.2.4. Harç Yığma Tekniği (FDM)

 

BÖLÜM 1

ÜÇ BOYUTLU YAZICI NEDİR?

1.1. Üç Boyutlu Yazıcının Tanımı

            Üç boyutlu yazıcı, bilgisayar ortamında tasarlanan veya tarayıcılar tarafından üç boyutlu olarak taranmış gerçek nesneleri, çeşitli malzemeler kullanarak hızlı, ölçekli, el işçiliği veya kalıba ihtiyaç duymadan üretimini sağlayan bir cihazdır.

 

“1970lerin ortalarında, bilgisayar yazılımı 3D kavisini ve yüzey modellemeyi kapsamak üzere geliştirilmiştir. Bu durum sanal prototiplendirmeye imkân vermiş, bu da temel benzetimlere ve testlere olanak sağlamıştır. 1980lerde bilgisayar yazılımı artık kenarların ve yüzeylerin bir bütüne bağlandığı tam katı cisim modellemesinin üstesinden gelebilmekte ve bilgisayar bir model hakkında kesin bilgiyi daha iyi hesaplayabilmektedir. Aynı dönemde, ilk hızlı prorotiplendirme makineleri ortaya çıkmaya başlamıştır.” (Chee Kai Chua, 2003, s. 65)
“İlk olarak 1983 yılında Charles Hull tarafından stereolitografi adı altında geliştirilmiş olan teknoloji on yıllar boyunca yalnızca mühendislik firmalarının alanında kalarak hızlı prototiplendirmede yararlı olmuştur. Daha fazla talep ve daha işlevsellik mevcut olduğu için, teknoloji mühendislik firmalarının dışına taşarak daha fazla erişilebilirlik kazanmıştır.” (Slavkovsky, 2012, s. 26)

 

Birçok farklı tekniğe sahip olan üç boyutlu yazıcılar karmaşık formları çok rahat şekilde üretebilmekte, küçük boyuttaki nesneleri en ince ayrıntısına kadar üç boyutlu olarak üretilmesine olanak sağlamaktadır. Dental, kuyum, maket, kalıplama ve hızlı prototip gibi birçok alanda kullanılan üç boyutlu yazıcılar günümüzde evlere ve ofislere girmeye başlamakta ve insanlara üç boyutlu üretim deneyimi yaşatmaktadır.

 

1.2 Üç Boyutlu Yazıcılarda Çıktı Teknikleri

1.2.1 Işıkla Kürleme Tekniği (SLA)

Işıkla kür tekniğinde, istenilen model ultraviyole lazer yardımıyla foto reaktif reçinenin katman kürlemesi ile oluşturulur. Baskı işleminde tabla belirlenen katman yüksekliğinde z ekseni hareketi ile aşağıya doğru iner ve her katmandan sonra lazer modelin katman kalınlığındaki kesit alanını kürleyerek oluşturur (Şekil 1-2). Baskı işlemi sona erdiğinde model sıvı reçinenin içerisinden alınır, destek parçaları modelden kopartılır. Genellikle kürleme işleminde kür derecesi yeterli olmadığı için model bir süreliğine özel bir fırında mor ötesi lamba ışığında bekletilerek kürleme işlemi tamamlanır. Bu işlem “post curing”, kürleme sonrası olarak adlandırılır.

Işıkla kür teknolojisi, ışığın nasıl yönlendirildiği ve kontrol edildiğine bağlı olarak kendi içinde tarama (scanning) ve maskeleme (masking) olmak üzere ikiye ayrılır.

 

“Tarayarak kür edilmesi, noktasal bir ışık kaynağı ile seçilen bölgeler taranarak kür edilir. Noktasal ışık elde etmek için çoğunlukla aynalar ile yönlendirilen bir lazer kaynağı kullanılır. Yalnız camdan yapılmış (suyun hortumdan akışı gibi içinden ışığın geçtiği) esnek ve ince fiber-optik kablolar ile lazer ışığını yönlendirilen sistemler de vardır. Fiber-optik kablo kullanan bazı cihazlarda ise ışık kaynağı olarak, pahalı lazer sistemleri yerine bir mercek ile toplanmış (kızılötesi) ampul ışığı kullanılır. Aşağıda sıralanan cihaz ve teknolojilerin hepsinde inşa malzemesi olarak kullanılan ham (kür olmamış) foto polimer oda sıcaklığında sıvı haldedir fakat istisna olarak katı foto polimer kullanan bir cihaz da vardır. Denken/Solid Jet firması ise macun kıvamında foto polimer reçine kullanımı konusunda araştırmalar yapmaktadır.” (ÖNEN, 2012, s. 2)
“Maskeleyerek, güçlü bir ışık kaynağı (UV ampul) ve bir ışık maskesi aracılığı ile ham foto polimerden oluşan inşa yüzeyinin istenilen noktaları aynı anda kür edilir: Başka bir değişle, maske, kür olması istenmeyen bölgelerin ışığa maruz kalmasını önler.” (ÖNEN, 2012, s. 24)

 

1.2.2 Tabaka Yapıştırma Tekniği (LOM)

Tabaka Yığma (Laminated Object Manufacturing) teknolojisinde, katmanlar, istenilen inşa hassasiyetine ve hızına bağlı olarak yeterince ince tabakalar halinde olan katı haldeki bir malzeme ile inşa edilmektedir (Şekil 3). Tabaka halindeki bu malzemenin çeperlerinin gerektiği gibi kesilmesi ve bir önceki katmana yapıştırılmasındaki sıralamaya bağlı olarak ise, iki farklı gruplandırma yapılmaktadır. Bunlardan biri yapıştır + kes, diğeri de tam tersi olan kes + yapıştır tekniğidir.

 

“Yapıştır + Kes (Bonding + Cutting) tekniğinde, her tabaka, daha önce inşa edilmiş olan katmana yapıştırdıktan sonra çeperleri lazer veya bıçakla kesilir. Parçanın inşasında kullanılmayan diğer hammadde ise destek işlevi görmektedir. Böylece özel bir destek yapısına ihtiyaç duyulmaz, fakat inşa sırasında bu kısımların küçük parçalara bölünmesi gerekir. Aksi halde inşa sonrasında parçayı blok içinden çıkarmak mümkün değildir. Bu tekniğin uygulamalarında inşa malzemesi olarak çoğunlukla kâğıt kullanılmaktadır.

Diğer yöntem olan Kes + Yapıştır (Cutting + Bonding) da önce tabakalar çeperlerinden kesilir ve sonra bir önceki katmana yapıştırılır. Bu yöntemin diğer tabaka yığma yönteminden avantajı, destek malzemesi olarak ayrı bir tabaka malzemesinin kullanılmasına imkân vermesidir. Böylece desteklerin sonradan kaldırılması kolay olmaktadır. Bu tekniğin dezavantajı ise, kesilen katmanların inşa halindeki yüzeye hassas bir şekilde konumlandırılarak yapıştırılabilmesindeki güçlüktür. Bu tekniği kullanan uygulamaların çoğunda, otomatik olarak kesilen tabakaların yapıştırılması manuel olarak gerçekleştirilir.” (Özgüven, 2015, s. 4,5)

 

1.2.3 Toz Bağlama Tekniği

Bu teknikte, katmanların inşası, toz halindeki malzemenin ince bir kat halinde yayılması ve belirlenen bölgelerin ısıtılarak veya yapıştırıcı yardımıyla birbirine bağlanması ile oluşur. Bağlanmanın gerçekleşmediği bölgelerdeki tozlar ise bir destek malzemesi işlevi görerek farklı bir destek yapısına ihtiyaç duymadan modelin üretimini sağlar. Bu teknolojide inşa malzemesi olarak, seramik, plastik, metal vb. malzemeler kullanılabilir.

Toz malzemenin ısıtılması veya yapıştırılması ile üretilmesinden dolayı bu teknik de kendi içinde ikiye ayrılmaktadır.

 

1.2.3.1 Seçmeli Lazer Sinterleme Tekniği (SLS)

Isıtılarak inşa tekniğinde, toz halinde olan malzemenin belirlenen bölgelerine lazer ya da elektron ışını gibi enerji kaynakları gönderilerek bu bölgelerin ısı ile eritilerek veya sinterlenerek birbirlerine bağlanması sağlanır. Üç aşamada gerçekleştirilebilen bu teknikte endüstriyel üretimlerin yanı sıra sanatsal objeler de üretilebilmektedir. Piyasada bulunan birçok üç boyutlu modelleme programı kullanılarak tasarlanan parçalar bu teknikle üç boyutlu olarak üretilebilir. Günümüzde STL uzantılı dosyalar, hızlı imalat için kullanılan cihazlarda standart formattır. Bu sebeple tasarlanan modelin STL formatında kaydedilmesi gerekmektedir. STL formatındaki tasarlanan model dilimleyici yazılım tarafından parçanın yüksekliği boyunca yatay katmanlara bölünür. Üretim sürecinde, üretilecek parçanın hangi malzemeden yapılacağı belirlenir. Malzeme belirlendikten sonra, toz halde yazıcının kartuşlarına yüklenir. Isıtıldığında bağlanabilen malzeme toz halde ince ve düzgün bir şekilde bir tablaya yayılır. Daha sonra dilimleyici yazılımın belirlediği katmanların verileri doğrultusunda tabladaki toz katmanı lazer ile taranır.

Toz havuzu içerisinde bulunan tablanın Z ekseninde yaptığı her hareket, katman kalınlığına eşittir. Toz havuzunda modelin olduğu bölgeler lazer ile ısıtılır, modelin olmadığı bölgeler ise boş geçilmektedir. Böylece yakılan bölgedeki tozlar birbirlerine tutunmaktadır. Yakılmayan bölgeler toz halinde kalmakta ve üretilen modele destek olmaktadır. Bir katmanın sinterleme işlemi bittiğinde, tabla aşağı yönde, katman kalınlığı kadar hareket eder. Süpürücü ile toz malzeme tabla üzerine serilir ve sinterleme işlemi yeniden başlatılır. Bu döngü tasarlanan modelin taban katmanından başlayarak en yüksek noktasına kadar devam etmektedir. Üretim tamamlandıktan sonra destek görevi gören tozlar bir fırça ya da vakum emici ile temizlenir. İnşa malzemesi olarak seramik, plastik ya da metal tozları kullanılabilir. (Sofu & Delikanlı, 2006, s. 198)

 

1.2.3.2 Yapıştırıcı ile Toz Bağlama Tekniği

Bu teknikte bağlayıcı bir sıvı yardımı ile üretim tablasına serilen toz katmanı katılaştırılır. Üretim aşamasında tablaya serilen toza yazıcı kafasından bağlayıcı sıvı püskürtülür. Her katman için toz malzeme serme ve püskürtme işlemi birbirini takip ederek devam eder. Renkli parçaların üretiminde, yazıcı kafalarında farklı renklerde bağlayıcılar bulunur, modelin farklı bölgelerine püskürtülerek farklı renkler uygulanarak model üretilebilir. Bir katmanın bağlanma işlemi bittiğinde tabla aşağı iner ve yeni bir toz katmanı serilir. Bu süreç modelin her katmanı için tekrar eder. Üretim bittiğinde birbirine bağlanmayan destek görevi gören tozlar vakum emici yardımı ile temizlenir. Üretilen parçanın sağlamlığını arttırmak için yaklaşık 3 saniye kadar reçine içine batırılıp, 70° C ye ayarlanmış bir fırında 1-2 saat bekletilir. (ÖZUĞUR, APAK, KORKUT, & ŞEKER, 2010, s. 4)

3d printer process

 

1.2.4. Harç Yığma Tekniği (FDM)

Harç yığma tekniğinde üretim, modelin katmanlarına, sıvı malzemenin kontrollü olarak bir nozul içinden tablaya yığılması ya da püskürtülmesi ile gerçekleşir. Bu sebeple teknik kendi içinde ikiye ayrılmaktadır.

 

“Bu teknolojinin diğer teknolojilerden önemli farklı, aynı katman içinde farklı bölgelere, mekanik veya kimyasal özellikleri farklı malzemeleri yığabilme kolaylığı sağlamasıdır. Böylece çok malzemeli (multi-material) parçalar veya mekanizmalar üretilebilmektedir. Püskürterek (Spraying) harç yığma yönteminde, akışkan halde olan inşa malzemesi bilgisayar kontrollü bir veya daha fazla meme yardımı ile damlacıklar halinde yüzeye püskürtülerek inşa edilmektedir. Çoğunlukla memeden çıkış öncesi ve sonrası ısıtılarak sıvı hale getirilmiş olan inşa malzemeleri kullanılır. Bu malzeme daha sonra soğuyarak sertleşir ve ürün ortaya çıkmış olur.
İkinci yöntem, inşa edilecek malzemenin sıvı veya macun kıvamındayken, belirli noktalara sıkılması (Extruding) ile gerçekleştirilir. Hareketli bir şırınga veya tüp içinde bulunan malzemenin, tasarıma uygun bir biçimde, belirli noktalara uygulanması ile ürün inşa edilir. Daha sonra malzemenin soğuması ile sertleşmiş olur. Bu tür yazıcılar sayesinde çikolata ve hamur gibi malzemeler ile yapılan yiyeceklerin yanında, beton ve benzeri malzemeler kullanılarak, gerçek boyutta evler üretilebilmektedir. Bu yöntem ile geliştirilen çeşitli üç boyutlu seramik yazıcılar da bulunmaktadır. Özellikle Jonathan Keep’in geliştirmiş olduğu “JK Delta 3D Ceramic Printer” günümüzde pek çok seramik sanatçısı tarafından kullanılmaktadır” (Özgüven, 2015, s. 8)

3d printer process

Spread the love