Katmanlı üretim, 3 boyutlu nesnelerin katman katman üretimini sağlayan bir üretim teknolojisidir. Bu teknoloji sayesinde hem prototip hem de seri üretim yapmak mümkündür. İlk olarak, bir bilgisayar yardımı ile oluşturulan tasarım için bir 3 boyutlu model hazırlanır. Sonra bu model, ince katmanlara bölünür. Üretim süreci, malzemenin katman katman tabaka oluşturmasıyla gerçekleşir. Her tabaka, önceki tabakanın üzerine eklenerek ürünü oluşturur. Bu teknolojide, kullanılan malzemeler arasında polimer bazlı malzemeler ve metal bazlı malzemeler yer alır. Ayrıca, katmanlı üretimde kullanılan yöntemler arasında Fused Deposition Modelling (FDM), Stereolitografi (SLA) ve Selective Laser Sintering (SLS) teknikleri bulunur.
Katmanlı Üretimin Geçmişi
Katmanlı üretim teknolojisi, ilk olarak 1980’lerde çıkış yapmıştır. İlk olarak SLA (Stereolitografi) ve SLS (Selective Laser Sintering) teknikleri, endüstride fark yaratmıştır. İlk adımlarında sadece prototip üretiminde kullanılmışken, günümüzde üretim teknolojilerinde önemli bir rol oynamaktadır. Daha sonra FDM (Fused Deposition Modelling) teknolojisi geliştirilerek, pratik bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Katmanlı üretim teknolojisi, diğer teknolojilere göre büyük avantajlar sağlamaktadır. Özellikle, geleneksel üretim yöntemleriyle imkansız olan geometrileri üretebilmek ve üretim sürecini daha hızlı ve düşük maliyetli hale getirebilmek için kullanılmaktadır.
Katmanlı Üretim Kullanılan Malzemeler
Katmanlı Üretim teknolojisi, çok çeşitli malzemelerle çalışabilen bir yapıcı imalat işlemidir. Bu malzemelerin özellikleri imalat sürecinde kullanım alanlarını belirler. İşte bu nedenle, katmanlı üretimde kullanılan malzemelerin özellikleri oldukça önemlidir. İmalat sırasında kullanılan malzemeler arasında polimer bazlı malzemeler, metal bazlı malzemeler ve seramik bazlı malzemeler bulunur. Polimer bazlı malzemeler en yaygın olarak kullanılan malzemelerdir. FDM tekniği ile polimer bazlı malzemelerin kullanımı oldukça popülerdir. Öte yandan, SLS tekniği ile sinterlenen polimer bazlı malzemeler, yüksek kaliteli parçaların üretilmesinde kullanılır. Metal bazlı malzemeler ise yüksek mukavemet ve dayanıklılık gerektiren uygulamalar için kullanılır. Bu malzemeler arasında başta titanyum ve alaşımları gelir. Katmanlı üretimde kullanılan malzemeler ve özellikleri, imalat sürecinin verimliliğini ve ürün kalitesini belirler.
Polimer Bazlı Malzemeler
Katmanlı üretimde sık kullanılan malzemeler arasında polimer bazlı malzemeler öne çıkar. Bu malzemeler, farklı tiplerde ve özelliklerde olabilir. En önemli avantajlarından biri, polimer bazlı malzemelerin düşük maliyetlidir ve istenilen şekilde üretilebilirler. Ayrıca, farklı renklerde ve sertliklerde seçenekler sunabilirler.
Polyjet tekniği için polimer bazlı malzemelerin seçimi oldukça geniştir. Bu yöntem, farklı renklerdeki malzemelerin bir arada kullanımına izin verir. ABS ve PLA, birçok kullanıcının tercih ettiği en popüler malzemelerdir. ABS, güçlü bir malzemedir ve darbelere karşı dayanıklı olmasıyla bilinir. PLA ise çevre dostudur ve biyobozunur bir malzemedir.
FDM tekniği için, polimer bazlı malzemelerin eritilerek basılacak hale getirilmesi gerektiğinden, biraz daha dar bir malzeme yelpazesi seçilmelidir. ABS, PETG ve Nylon, FDM tekniği için yaygın olarak kullanılan malzemelerdir ve her birinin benzersiz özellikleri vardır. PETG, sert bir malzeme olmakla birlikte aynı zamanda esnekliğe de sahiptir.
SLS tekniği için PA (poliamid), PA12, PA2200, PA3200GF gibi malzemeler kullanılır. Bu malzemeler, yüksek sıcaklıklarda dayanıklı, tok ve dayanıklıdır. Lazer tabanlı bir yöntem olan SLS, prototip tasarımlarından fonksiyonel parçaların üretimine kadar çeşitli amaçlar için kullanılabilir.
FDM Teknolojisi İçin Uygun Malzemeler
FDM tekniği, katmanlı üretim teknolojilerinin en popüler olanıdır ve ev tipi 3D baskılarda dahi kullanımı oldukça yaygındır. FDM tekniği için en sık tercih edilen malzemeler PLA ve ABS’dir. PLA, biyobozunur bir malzeme olup çevre dostudur ve ABS’den daha kolay işlenebilir. ABS ise daha güçlü ve dayanıklıdır. Bu malzemelerin yanı sıra Nylon ve PETG gibi farklı polimer bazlı malzemeler de FDM tekniği için kullanılabilir.
FDM tekniği ile üretilen ürünlerin kullanım alanları oldukça geniştir. Bu ürünler; otomotiv ve havacılık endüstrilerinde prototip üretimi, ev tasarımı ve inşaat sektöründe maket yapımı, oyuncak ve takı sektöründe üretim amaçlı kullanılmaktadır.
SLS Teknolojisi İçin Uygun Malzemeler
Selective Laser Sintering (SLS) tekniği için uygun polimer bazlı malzemeler arasında en yaygın olanı polyamide (PA), yani naylon olarak bilinir. PA malzemeler, yüksek dayanıklılık, esneklik ve ısıya dayanıklılık gibi özellikleri nedeniyle SLS teknolojisi için tercih edilir. Bu malzemeler aynı zamanda kimyasallara da dayanıklıdır.
SLS teknolojisi ayrıca polietilen (PE), polikarbonat (PC) ve polipropilen (PP) gibi diğer polimer bazlı malzemelerle de kullanılabilir. Ancak bu malzemelerin kullanımı daha sınırlıdır çünkü SLS tekniği, malzemeleri ısıtır ve sinterleme sürecinde bazı malzemeler bozulabilir.
SLS teknolojisi için uygun polimer bazlı malzemelerin kullanım alanları, otomotiv, havacılık, tıbbi cihazlar ve endüstriyel üretim gibi çeşitli sektörlerdeki parça üretimi için idealdir. Özellikle karmaşık geometrili parçalar için SLS tekniği ve polimer bazlı malzemeler, geleneksel üretim yöntemlerine göre daha hızlı ve daha ekonomik bir seçenek sunar.
Metal Bazlı Malzemeler
Katmanlı üretim teknolojisi, birçok farklı metal bazlı malzeme kullanılarak da şekillendirilebilir. Metal bazlı malzemeler, katmanlı üretimde sıklıkla kullanılan diğer malzemeler gibi, avantajlı özelliklere sahiptirler. Bu malzemeler, titanyum ve titanyum alaşımlarından, alüminyum, paslanmaz çelik ve nikel alaşımlarına kadar değişebilir. Bu metallerin malzeme özellikleri değişiklik gösterirken, genellikle son derece sağlam ve aşınmaya dayanıklı olmaları ile tanınırlar. Metal bazlı malzemeler ayrıca, sıcaklığa, asitlere, bazlara ve diğer kimyasallara dayanıklı olmalarıyla da bilinirler. Bu nedenle, endüstriyel kullanım alanlarında ve havacılık sanayisinde yaygın olarak kullanılırlar.
Titanyum ve Titanyum Alaşımları
Titanyum, katmanlı üretim teknolojisi ile üretilen metal malzemelerden biridir. Titanyumun yüksek mukavemeti ve düşük ağırlığı, havacılık ve uzay endüstrilerinde sıkça tercih edilmesine neden olur.
Titanyum aynı zamanda tıbbi implant ve protezler için de uygun bir malzemedir. Bu nedenle, hastaların vücutlarında kullanılan metal malzemelerin birçoğu titanyumdan üretilir.
Titanyum alaşımları da birçok endüstride kullanılır. Örneğin, otomotiv endüstrisinde hafif ve dayanıklı parçaların üretiminde, spor malzemelerinde (golf kulüpleri, bisiklet çerçeveleri vb.) ve diğer birçok endüstride kullanımı vardır.
Tablo 1’de titanyumun bazı özellikleri listelenmiştir:
| Özellikler | Açıklama |
|---|---|
| Mukavemet | Yüksek mukavemete sahip |
| Ağırlık | Düşük yoğunluğa sahip |
| Korozyon direnci | Korozyona karşı dayanıklı |
| İşlenebilirlik | Tasarım özgürlüğü sağlar ve iyi işlenebilir |
Titanyum alaşımları ise farklı oranlarda titanyum, alüminyum, vanadyum, nikel gibi malzemelerin karışımından oluşur. Bu alaşımlar, titanyumun özelliklerine ek olarak yüksek sıcaklık dayanımı, yorgunluk dayanımı gibi özellikleri de kazanabilir.
Tablo 2’de titanyum alaşımlarını oluşturan bazı malzemelerin oranları verilmiştir:
| Malzeme | Bileşen Oranları |
|---|---|
| Ti-6Al-4V | Ti (%90), Al (%6), V (%4) |
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | Ti (%90), Al (%6), Sn (%2), Zr (%4), Mo (%2) |
| Ti-15Mo-5Zr-3Al | Ti (%90), Mo (%15), Zr (%5), Al (%3) |
Lazer Tabanlı Kaynak Yöntemi İle Üretim
Lazer tabanlı kaynak yöntemi, metal üretiminde önemli bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Bu yöntem, yüksek enerjili lazer ışınları kullanarak metal parçaları birleştirir. Bu yöntem, özellikle titanyum ve titanyum alaşımları gibi yüksek mukavemetli ve dayanıklı metallerin üretiminde yaygın olarak tercih edilmektedir. Lazer tabanlı kaynak yöntemi, havacılık, uzay ve savunma gibi sektörlerde sıkça kullanılmaktadır. Aynı zamanda, otomotiv, tıp ve bilim araştırmaları gibi farklı sektörlerde de kullanılmaktadır. Bu yöntem, parçaların daha hızlı ve maliyet etkin bir şekilde üretilmesine olanak tanırken, ürünlerin kalitesini artırır ve tamamen özelleştirilmiş metal parçalarının üretimini mümkün kılar.
Katmanlı Üretim Yöntemleri
Katmanlı üretimde kullanılan yöntemler, çeşitli teknolojik süreçleri içerebilir. Bu teknolojiler de malzeme özellikleri, tolerans düzeyleri ve üretim hızları gibi farklılıklar gösterir. Fused Deposition Modelling (FDM), en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir ve tercih edilirliği malzeme çeşitliliği ve düşük maliyeti nedeniyledir. Stereolitografi (SLA), yüksek hassasiyetli üretimler için idealdir. Seçici Lazer Sinterleme (SLS), yapıcıları metal gibi malzemeler kullanmak isteyenler için uygundur. Tüm bunların yanında Blackbox prototip, direkt metal lazerleme (DMLS) ve diğer katmanlı üretim teknolojileri de kullanılmaktadır.
Fused Deposition Modelling (FDM)
Fused Deposition Modeling (FDM) tekniği, katmanlı üretim yöntemlerinden biridir ve 3D baskıda en sık kullanılan yöntemlerden biridir. Bu teknik, sıcaklığı yüksek olan termoplastik bir malzemenin, ince bir ip şeklinde tablaya bırakılması ve bu tablanın istenilen şekle ulaştırılması yoluyla çalışır. Teknik, prototipleme işlemlerinde yaygın olarak kullanılır.
FDM teknolojisi ile birçok malzeme kullanılabilir, ancak en sık kullanılan malzemeler arasında PLA, ABS ve PETG bulunur. FDM tekniği, yüksek kaliteli prototiplerin üretimi için uygun bir seçenektir. Ayrıca, endüstriyel kullanımları giderek artmaktadır ve özellikle otomotiv, havacılık, tıp ve diğer birçok endüstrinin prototipleme işlemlerinde kullanılır.
- FDM teknolojisi, yüksek hassasiyetli 3D baskılar için uygun bir seçenektir.
- Malzemelerin çeşitliliği, arzu edilen özelliklerde prototiplerin üretilmesini kolaylaştırır.
- FDM, üretim için yüksek zaman ve maliyet tasarrufu sağlar.
- Üretilen prototipler, diğer üretim yöntemlerine göre daha dayanıklı ve güçlüdür.
Stereolitografi (SLA)
Stereolitografi (SLA); katmanlı üretim teknolojisinin bir türüdür. Bu yöntem, farklı endüstrilerde kullanılan yüksek hassasiyetli parçaların üretiminde sıklıkla kullanılır. Stereolitografi yönteminde, bir lazer ışını, sıvı reçine üzerinde hareket ettirilir ve katmanlar halinde parça oluşturulur. Bu yöntem, diğer katmanlı üretim yöntemlerine göre daha yüksek hassasiyet ve kalite sağlar.
Bu yöntem genellikle prototipleme ve küçük parça üretimi için kullanılır. Stereolitografi, optik ve dental endüstrilerinde sıkça kullanılır. Özellikle, diş hekimliğinde protezlerin üretiminde kullanılır. Stereolitografi, ayrıca mimari ve takı endüstrilerinde de kullanılmaktadır. Bu yöntemin kullanımı arttıkça, yeni ve farklı uygulama alanları da keşfedilebilir.
Selective Laser Sintering (SLS)
Selective Laser Sintering (SLS), katmanlı üretim teknolojileri arasında en popüler ve yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biridir. SLS, polimer tabanlı malzemelerin kullanıldığı bir teknolojidir. SLS, malzemenin katılaştırılması için lazer ışınları kullanır. Lazer ışınları, polimer tozunu ambalaj malzemesi içerisinde eriterek, sırayla tabakalar halinde malzemeyi katmanlar arası birleştirir. Bu işlem sonucunda oluşan nihai ürün, mükemmel bir yüzey kalitesine sahip, dayanıklı ve istikrarlıdır. SLS teknolojisi, tasarım özgürlüğü sağlayarak prototiplerin üretiminde etkili bir yöntemdir. Ayrıca, biyo-medikal endüstrisinde, oyuncak ve araba yapımında da kullanılmaktadır.
Katmanlı Üretim ve Endüstriyel Kullanımı
Katmanlı üretim teknolojisi, son yıllarda endüstriyel alanda oldukça popüler hale geldi. Bu teknolojinin kullanım alanı oldukça geniş olmakla birlikte, özellikle prototip oluşturma işlemlerinde en doğru çözüm olarak görülmektedir. Sanayide kullanımı için büyük tasarım avantajları sağlar ve neredeyse her sektörde kullanıma uygun hale gelir. Bu teknolojinin endüstriyel alanda en büyük faydalarından biri, sağladığı tasarım esnekliği ve hızdır. Endüstriyel üretim işlemlerinde zaman ve maliyet tasarrufu sağlayarak, ürünlerin daha hızlı piyasaya sürülmesini mümkün kılmaktadır. Katmanlı üretimin endüstriyel kullanım alanları arasında; otomotiv, havacılık ve savunma sanayi, tıbbi cihazlar, oyuncak ve hatta yiyecek endüstrisi yer almaktadır.
