3 Boyutlu Baskı Aşamaları

Modelleme

3D Printer teknolojilerinin başlangıç noktası bilgisayarda tasarlanmış bir katı modeldir.Bu modelleme işlemine genellikle bilgisayar destekli tasarım yada yabancı literatürdeki adı ile CAD denir. Günümüzde CAD programları oldukça elrişilebilir hatta ücretsiz bir çok 3d modelleme programı mevcut. Örnek olarak Sketchup, Solidworks, Unigraphics, Catia

3 Boyutlu baskının ikinci aşaması ise dilimleme. CAD yazılımı ile tasarlanan ya da 3 boyutlu olarak taranan model. Genelikle STL, OBJ, AMF formatına dönüştürülerek dilimleme işlemine hazırlanır. STL formatı poligonlardan oluşan bir model formatıdır. Bu bilginin 3d printer tarafından anlaşılabilecek olan makine dili yani GCODE'una çevirilmesi gerekmeketedir. G kodu an ve an makine eksenlerinin nasıl hareket etmesi gerektiğini tanımlayan kodlar bütünüdür. Kodun neredeyse %90 eksenel hareket üzerine kuruludur.

Dilimleme işlemi 3D üretim işleminin en kritik aşamasıdır. Bu aşamada çıkacak ürünün özelliklerini belirleyen tüm parametreler de belirlenmiş olur.  Aşağıda örnek bir G-code'u görebilirsiniz.

G21 

G91

G1 X200.0 F3000 

G1 Y200.0 F3000

G1 X-82.0 Y-76.0 F3000 

G1 Z-200.0 F500

G1 Z5.0 F500

G1 Z-10.0 F250

G90

G92 X0 Y0 Z0 E0

G90

G21

S1.0

S2.1

M104 S190.0

M104 S188.004

S0.004175

G1 X-20.31 Y-11.06 Z0.2 F2400.0

G1 F600.0

G1 E0.65

G1 F2400.0

G92 E0

G1 X-20.27 Y-10.75 Z0.2 F5.9648 E0.0132

G1 X-20.39 Y-10.54 Z0.2 F5.9648 E0.023

G1 X-20.5 Y-10.49 Z0.2 F5.9648 E0.0282

G1 X-20.49 Y-10.69 Z0.2 F5.9648 E0.0366

G1 X-20.53 Y-10.8 Z0.2 F5.9648 E0.0416

G1 X-20.41 Y-10.96 Z0.2 F5.9648 E0.0501

G1 X-20.34 Y-11.15 Z0.2 F5.9648 E0.0585

G1 X-20.31 Y-11.12 Z0.2 F5.9648 E0.0602

G1 X-20.31 Y-11.06 Z0.2 F5.9648 E0.0626

Üretim işlemini gerçekleştirebilmek için 3D Printer g kodunu satır satı gerçekleştirir. Ergitme kafası kullanan bir 3D Printer ise bu kafa gcode dan gelen eksen noktalarına hareket eder ve hareket sırasında da malzemeyi eriterek iki nokta arasında oluşan çizgi üzerine yığar. Lazer kullanan bir 3d printer ise galvonometre yardımı ile lazer ışını gcode dan gelen x ye noktaları arasına yansıtılır. Baskı işlemi aslında sadece x-y ekseninde gerçekleşmesi nedeni ile geleneksel yöntemler ile üretilmesi mümkün olmayan kompleks şekiller kolay bir şekilde üretilebilir.
 

Çözünürlük

2D yazıcıların aksine 3d yazıcıların çözünürlüğünü 2 farklı parametre belirlemektedir. Genellik 3D Printer'ların çözünürlüğü Z eksenindeki katman yüksekliğine ve X-Y eksenindeki inç başına düşen nokta sayısına bağlıdır. Katman yüksekiği profesyonel makinelerde 16 mikrona kadar inebilmektedir. Hobi amaçlı kullanılan plastik eriten 3d printer'ların çözünürlükleri genellikle 0.100 mikron seviyesine inebilmektedir. X-Y eksenindeki çözünürlük ise makinenn kullandığı teknolojiye göre değişmektedir. Plastik ergiten (FDM) makinelerde bu değer nozül çapına bağlıdır ve 0.100 milimetre (100 mikron) seviyesine kadar inebilmektedir.

3D Printer ile üretim süresi model büyülüğü, kullanılan teknik ve çözünürlüğüne bağlı olarak yarım saatten  bir haftaya kadar çıkabilmektedir. Gelenekse yöntemler ile karşılaştırıldığında özellikle kompleks parçalarda üretim süresi ciddi avatanj sağlamaktadır.

Üretim maaliyetlerine gelince hiç bir katmanlı üretim yöntemi seri üretimden daha düşük maaliyetli değildir. Üretim süresinin kısalığı, üretim esnekliği ve düşük hacimli üretimdeki fiyat avantajı 3d printer'ları bir çok niş alanda geleneksel üretim tekniklerinden daja avantajlı kılmaktadır.

3d printer'ların X-Y ve Z eksenindeki çözünürlükleri geleneksel üretim yöntemleri ile karşılaştırıldığına düşüktür. Bu nedenle üretimden sonra bir tesviye işlemi gerekmektedir. Bu işlemler genellikle Z ekseninde oluşan katman çizgilerini ortadan kaldırmak ve bazı özel uygulamalarda ürünün dayanımını arttırmak için kullanılabilir.

Plastik ergitmeli yığma tekniğini kullanan popüler 3D Printer'lara ek olarak. Bir çok farklı katman üretim teknolojisi mevcut. Genellikle bu teknolojiler malzemeyi yığma tekniklerine göre isimlendirilmektedir. Örneğin "Selective Laser Sintering" ya da Türkçe adıyla seçici lazer sinterleme tekniği, malzeme ergitmek için lazer ışınlarından faydalanmaktadır. "Fused Deposition Modeling" ise birleştirmeli yığma yöntemi ile modelleme olarak Türkçeye çevrilebilir. Stereolitografi yönteminde ise sıvı reçine lazer ışını yardımı ile kürlenerek sertleştirilir.

Her metodun kendine has avantajları ve dezavantajları vardır. Bir teknik diğerine göre mutlak üstünlük sağlar diyemeyiz. Bu nedenle bu tip teknolojilere yatırım yapmadan önce ihtiyaçların belirlenmesi oldukça önemlidir. Metal malzemeden üretim yapabilen 3D Yazıcılar, metal malzemeleri eritmek için yüksek güç gerektirmeleri nedeni ile maliyet olarak en pahallı ürün gamını oluşmaktadır. Metal üretim  yapabilen 3D printer fiyatları 400.000$'Dan 1500000$' arasında değişmektedir. 

3D Printer seçimi konusunda dikkat edilmesi gereken parametreler. Üretim hızı, ilk yatırım maliyeti, renkli baskı yapabilme, malzeme seçenekleri ve saf malzeme maliyetleridir.

FDM teknolojisi 1980'lerin sonunda Scott Crump  tarafından geliştirilmiş bir tekniktir. 1990 yılında Staratasys şirketi tarafından ticarileştirilmiştir. Geçtiğimiz yıllarda bu teknoloji ile patentlerin kalkması ile beraber, makine fiyatları 500$ seviyelerine kadar inmiştir. Özellikle 2006 da başlayan RepRap projesi kapsamında açık kaynak bir teknolojiye dönüşmüş ve çok daha geniş kitlelere yayılmıştır. Bugün FDM tipi bir 3d Printer yapmakoldukça kolaydır ve  bir çok meraklı tarafından kullanılmaktadır. Hobi amaçlı ve düşük maliyetli makineler olsa da bilgi birikimi ve deneyim ile profesyonel FDM makine performansından üretim yapabilmek mümkündür.

FDM tekniğinde kullanılan termoplastik  malzeme filaman (tel) şeklindedir. Genellikle 3mm ya da 1.75mm lik tel kalınlıkları kullanılmaktadır. 3D bası sırasında tel formundaki malzeme 0.4mm çapında bir kalıpdan geçirilerek ergitilir ve eksenel hareket ile yığılarak üretim gerçekleştirilir. Katmanların üst üste yığılması sayesinde obje oluşturulmuş olur.

FDM teknolojisinde en  çok kullanılan malzemeler ABS ve PLA dır ancak daha bir çok farklı termoplastik polimer ve bunların karışımları kullanılabilmektedir. Örnek olarak Polikarbonat, HDPE, PPSU daha ileri termoplastik malzemelerdir.

Reprap projesi ile beraber yaygınlaşan FDM tipi makineler, başka bir ihtiyacı daha ortaya çıkardı. Filaman malzemeleri pahallı olması nedeni ile 3d printer meraklıları kendi malzemelerini kendileri üretme yoluna gittiler. Filaman ekstruder makineleri sayesinde evde kullanılan termoplastik malzemeleri çöpe atmak yerine 3d printer filamanı üretmek mümkün.

Her teknolojide olduğu gibi bu yönteminde bazı dez avantajları mevcut. FDM teknolojisinde sarkıt tipi alt dar fakat  ve yukarı doğru hızla genişleyen yapılar ve yer çekimine karşı koyamayacak katmanlara sahip modeller koymak oldukça zordur. Bu sorunların çözmek için bazı makinelerde destek malzemesi kullanılabilmektedir. Bu yöntemde baskı işlemi sonrasında destek malzemesi temizleme işlemini gerektirmektedir.

Alıntıdır.