3 boyutlu (3B) baskı teknolojisi, Endüstri 4.0’ın öncüleri arasında yer alarak, geleneksel üretim yöntemlerinin sınırlarını aşmaya başlamıştır. Aynı zamanda katmanlı üretim (Addative manufacturing) olarak da bilinen 3B baskı, doğası gereği sürdürülebilir bir yöntemdir ve üretim sırasında herhangi bir israf oluşmaz. Her bir parçanın belirli bir miktar malzeme kullanılarak üretilebilmesine olanak tanırken, şekillendirilebilmesi için ek tasarım kalıpları gerektirmez. 3B baskı teknolojisiyle kişiye özel ve özgün tasarımların gerçekleştirebilir, hayalinizdeki kıyafeti tasarlayabilir ve dakikalar içinde gerçeğe dönüştürebilme imkanı sunmaktadır.
GİRİŞ
Endüstrinin evriminde önemli bir rol oynayan teknolojiler arasında 3B yazıcılar, nanoteknoloji, bulut teknolojisi, dijital tabanlı otomotivler, robotlar ve uzaktan kontrollü hava araçları (drone vb.) bulunmaktadır. Bu teknolojilerin, üretim süreçlerindeki verimliliği artırmasıyla birlikte daha esnek ve yenilikçi ürünlerin ortaya çıkmasına olanak sağladığı görülmektedir.
Geleceğin teknolojisi olarak tanımlanan ve 4. Endüstri Devrimi‘nin önemli bir parçası olarak kabul edilen 3B yazıcılar, hızla her sektörde kendine yer edinmeye başlamıştır. Hem bireysel kullanımda hem de endüstriyel sektörlerde yaygın olarak karşımıza çıkan 3B yazıcılar, çok çeşitli uygulama alanları bulmuştur. Sanat, moda ve tasarım alanlarında, tıp ve sağlık sektöründe, gıda, otomotiv endüstrisinde, elektrik ve elektronik mühendisliğinde, havacılık ve uzay endüstrisinde, mimarlık, inşaat ve eğitim alanında kullanılmaktadır ve gelecekte daha da yaygınlaşması beklenmektedir.
3B Baskı Nedir?
3B baskı, bilgisayar destekli tasarım (CAD) veya dijital bir model kullanılarak, katman katman malzemenin bir araya getirilmesiyle üç boyutlu nesnelerin üretildiği bir üretim sürecidir. Tasarım özgürlüğü ve kişiselleştirilmiş üretimin yanı sıra diğer en önemli özelliği hızlı prototipleme imkanı sunmasıdır. 3 boyutlu baskı, tasarımların hızlı ve ekonomik bir şekilde fiziksel prototiplerinin üretimini sağlayarak ürün geliştirme süreçlerini önemli ölçüde hızlandırır. Ayrıca tasarımın gerektiğinde yeniden düzenlenmesini veya iyileştirilmesini hızlı bir şekilde sağlayabilirsiniz. Bu da 3B baskıyı, sürdürülebilir bir geleceğe dair umut verici bir araç haline getiriyor.
Genel 3B Baskı İşlem Adımları Nelerdir?
3B baskı, bir dijital modelin fiziksel bir nesneye dönüştürülmesi sürecidir. Kullanılan 3B yazıcı yöntemi ve malzemeye bağlı olarak süreçte değişiklikler olabilir.
Genel olarak 3B baskının işlem adımları şu şekildedir:
- Modelleme: İlk adımda, basılacak nesnenin bir 3B modelinin oluşturulması veya hazır bir dijital modelin indirilmesidir.
- 3B modelleme 2 şekilde gerçekleştirilir. İlk olarak bilgisayar destekli yazılım (Solidwork, Fusion 360, Zbrush, Maya, Blender vb.) veya bir tarayıcı aracılığıyla fiziksel nesnenin taranmasıyla gerçekleştirilir.
- Modelin tasarımı ve detayları, yazıcının kapasitesine ve basılacak nesnenin işlevine göre belirlenmelidir.
- Yazılım hazırlığı: Dijital modelleme işleminden sonra 2. adım dijital hazırlık sürecidir. Bu adımda, 3B modeli 3B yazıcı tarafından anlaşılacağı formata dönüştürülür. Bu formatlar “G-code“, “STL, “OBJ” olarak adlandırılırlar.
- Model, gerekli ise ince dilimlere bölünür ve her dilim, 3B yazıcının basacağı katmanları temsil eden bir dosyaya dönüştürülür.
- 3B yazıcının yazılım uygulamasında modelin yerleşimi, katman kalınlığı, doluluk oranı, yazıcı sıcaklığı ve baskı hızı gibi ayarlar yapılır.
- Baskı hazırlığı: Bu adımda baskı için kullanılacak hammadde belirlenir. Baskı yöntemine göre hammadde filament (PLA, ABS vb.), reçine, toz veya mürekkep olabilir.
- Baskı malzemesi 3B yazıcıya uygun formatta hazırlanır ve yazıcıya yerleştirilir.
- 3B yazıcının yazıcı yatağı temizlenir ve ısıtılır.
- Baskının gerçekleşmesi: Hazırlık aşamaları tamamlandığında 3B yazıcı ekranından yazdırma işlemi başlatılır.
- Nesnenin katmanlarını baskı işlemi sırasıyla gerçekleştirilir. 3B nesneyi oluşturmak için seçilen malzeme kullanılır.
- Yazıcı, her bir katmanı üst üste ekleyerek nesnenin üç boyutlu halini ortaya çıkartır.
- Baskı sonrası: Model basımı tamamlandıktan sonra soğuması beklenir.
- Model yazıcıdan çıkartılır.
- Karmaşık veya boşluğun fazla olduğu desenlerde destek yapıları da yazdırılır. Bu ek parçaların temizlenmesi ve yüzey pürüzlüğünün giderilmesi gibi son işlemler gerçekleştirilir.
Geleneksel Üretim ile 3B Baskı Teknolojisinin Karşılaştırılması
3B baskı ve geleneksel üretim teknolojilerinin üretim yöntemlerini, maliyetlerini, üretim hızlarını, malzeme çeşitliliklerini, tasarım karmaşıklıklarını, esnekliklerini ve kullanım alanları açısından karşılaştırılmıştır. Her iki teknolojinin de avantajlarını ve dezavantajlarını bulunmaktadır.
- 3B baskının esnek tasarım özelliği ile geleneksel üretim süreçlerinden daha karmaşık tasarımların basılmasını sağlar.
- Geleneksel üretim süreçleri, kalıp veya döküm gibi daha sabit araçlar kullanır ve değişiklikler genellikle maliyetli ve zaman alıcı olabilir. Aksine, 3B baskıda parçalar saatler içinde üretebilir, bu da prototip oluşturma sürecini hızlandırabilir ve tasarımların kolayca değiştirilmesine olanak tanır.
- Hammadde seçimi kapsamlı değildir çünkü tüm malzemeler 3B baskı için sıcaklığa uygun olmayabilir.
- 3B baskının sınırlı yazıcı bölmesi nedeniyle basılacak parça boyutunda kısıtlamaları vardır. Ancak, daha büyük boyutlu bir ürün için parçalar ayrı ayrı basılabilir ve baskı sonrasında birleştirilebilir.
- Kişiselleştirilmiş ve talep üzerine 3B baskı yapılabilir. Bu sayede küçük ölçekli üretim seçeneği sunar ve stok envanteri için çok fazla alana ihtiyacı yoktur.
- Geleneksel üretim de baskı sonrası işlem yapmaya gerek duyulmamaktadır. 3B baskıda ise, baskılı parçanın destek malzemesini çıkarmak ve pürüzsüz bir yüzey elde etmek için bir tür temizliğe ihtiyacı vardır.
- 3B baskıda parçaların üretimi yalnızca parçanın kendisi için gerekli malzemeleri gerektirir; bu nedenle hammadde israfı olmaz. Atık olarak destek parçaları ya da hatalı baskılı ürünler gösterilebilir. PLA, naylon vb. filamentler geri dönüştürülebilir olduğu için atıklar bertaraf edilmez.
- 3B baskı tek adımlı üretim yöntemidir. Bu sayede farklı makine ve proseslerin yarattığı zaman ve maliyet yükünü ortadan kaldırabilmektedir.
- Tıp sektöründe hayat kurtarıcı uygulamalara sahip olmuştur. Karaciğer, böbrek ve kalp gibi yapay organların üretilmesini mümkün kılarak önemli bir rol oynamaktadır
- 3B baskı daha erişilebilir hale geldikçe, insanların sahte ve taklit ürünler basma olasılığı artmaktadır. 3B baskı da telif hakkı sorunlarıyla karşılaşılmaktadır.
Tekstil ve Moda Sektöründe Kullanılan 3B Baskı Teknolojileri
3B yapıları ve nesneleri oluşturmak için geliştirilen farklı 3B baskı yöntemleri vardır. Hammadde ve baskı yöntemine göre, çeşitli sektörlerde farklı uygulamalar görülmektedir. Tekstil ve moda sektöründe uygulanan 3B baskıları dört kategoriye ayırabiliriz. Bu dört kategori tekstil uygulamalarında diğer yöntemlere nazaran daha çok dikkat çekmektedir:
- Ekstrüzyon bazlı 3B baskı teknolojileri
- Katmanlı birikim modelleme (FDM),
- Doğrudan mürekkeple yazma (DIW),
- Mürekkep püskürtmeli 3B baskı,
- Streolithografi (SLA) baskı,
- Seçiçi lazer sinterleme (SLS) baskı yöntemleridir.
Ekstrüzyon Bazlı 3B Baskı Yöntemleri
Ekstrüzyon bazlı baskı tekniği, üç boyutlu modelin katman katman oluşturulması için termoplastik veya kompozit filamentin mekanik kuvvet kullanılarak ekstrüzyona tabi tutulduğu ve filamentin bir nozuldan geçirilerek eritilip çıkarılmasını içeren bir 3B teknolojisidir. Düşük maliyetli, zamanı azaltma avantajları ve karmaşık yapılar oluşturma olanağı sunar.
Farklı baskı malzemelerine göre malzeme ekstrüzyonunun iki kategoriye ayrılmıştır:
Katmanlı Birikim Modelleme (FDM)
- Termoplastik bir filamentin eritildiği ve sürekli baskı malzemesi olarak kullanıldığı filament bazlı ekstrüzyondur. Moda ve tasarım alanında parça ya da giyime hazır elbise yapımında kullanım alanı bulunur. Filament seçenek kısıtlığı ve malzemelerin özellikleri nedeniyle tekstilde kullanımı sınırlıdır, fakat yeni üretilen kompozit filamentler ile bu problemler ortadan kaldırılmaya çalışılmaktadır.
Doğrudan Mürekkeple Yazma
- Viskoz (akışkan) bir malzemenin (genellikle bir mürekkep veya hidrojel) bir nozuldan doğrudan çıkarılarak katmanlar halinde biriktirilmesini içerir. Bu baskı yöntemi özellikle reolojik özelliklere (malzemenin deformasyona uğradığında nasıl davrandığı ve akışkanlık durumu) sahip malzemeler için uygundur.
- DIW yöntemi, malzeme ekstrüzyonu 3B baskıda önemli bir gelişmedir. Karmaşık 3B periyodik yapılar hızlı ve kolay bir şekilde oluşturulabilir. Bu özellikleri sayesinde tekstil alanında da uygulamalar bulmuştur.
- DIW yönteminde kullanılan mürekkepler; kontrol edilebilir bir viskoelastisiteye sahip olmalı, basıldıktan sonra şekilleri hemen ayarlanıp korunabilmelidir. Ayrıca baskı sonrası kurutmada minimum büzülmeye sahip olmalıdırlar.
Mürekkep Püskürtmeli Baskı
- “3B inkjet baskı” olarak da adlandırılır. Bu teknikte, mürekkep püskürtme kafası bulunur. Bu kafanın içinde bir dizi küçük nozul vardır ve bu nozullardan malzeme püskürtülerek yazıcı yatağı üzerine uygulanır.
- Nozullardan çapları 10–150 μm arasında değişen sıvı damlacıkları püskürtülür ve parçayı oluşturmak üzere termal olarak biriktirilir.
- Mürekkep püskürtmeli baskıda damlacıklar iki farklı mekanizma aracılığıyla oluşturulabilir. İlki, sürekli olarak damlacıklar üreten sürekli mürekkep püskürtmeli yazdırma (CIJ) ve ikincisi ise gerektiğinde damlalar oluşturan isteğe bağlı damla (DOD) yazdırmadır.
Streolithografi (SLA) Baskı
- Küp fotopolimerizasyonu (VA) olarak da bilinen stereolitografi, ışığa duyarlı bir sıvı reçine kullanan lazer bazlı bir teknolojidir. Bu reçine bir fotopolimerdir. Lazer (veya ultraviyole) ışını sıvı reçinenin yüzeyini tarar, reçine daha sonra ışığa maruz bırakılır ve katılaştırılarak parçanın bir kesiti oluşturulur.
- Yüksek çözünürlüklü, pürüzsüz yüzey ve hassas sonuçlar sağlayan bir teknolojidir.
- SLA baskı yöntemi, diğer 3B baskı yöntemlerine kıyasla daha yüksek malzeme maliyetine sahip olabilir.
Seçici Lazer Sinterleme (SLS) Baskı
- Birçok endüstride kullanılan bir 3B baskı tekniğidir. Bu teknikte, bir lazer ışını, toz halindeki bir malzemeyi (genellikle polimer veya metal) belirli bir desene göre sinterleme işlemiyle (yüksek sıcaklıkta ısıtılarak parçacıkların birbirine yapışması ve sertleşmesi) katılaştırır. Her bir katman sırayla bir üst üste eklenerek istenen nesne oluşturulur.
- Hızlı ve ucuz prototip oluşturma, farklı malzemelerle üretim yapabilme gibi avantajları vardır.
- Tozların solunma riski, yüksek başlangıç maliyeti ve sinterleme işleminin uzun sürmesi gibi dezavantajları vardır.
Özetle, 4. Sanayi Devrimi’nin itici güçlerinden biri olan 3B yazıcılar, üretimde esneklik ve çeviklik sağlayarak geleceğe şekil vermektedir. Bu teknoloji, giderek daha geniş bir alanı kapsayarak endüstriyel üretimden tıbbi uygulamalara, eğitimden uzay keşfine kadar birçok alanda kullanılmaya başlamıştır. Özellikle, tekstil endüstrisinde, tasarım, prototip üretimi, özel aksesuarların üretimi ve eğitim gibi birçok farklı alanda kullanılmaktadır. Bu teknolojinin kullanımının artmasıyla birlikte, geleneksel üretim yöntemlerine kıyasla daha esnek, verimli ve sürdürülebilir üretim süreçleri sağlanmaktadır.
KAYNAKLAR
Düzgün, D. E., Çetinkaya, K., “Moda alanında 3 boyutlu baskı teknolojileri kullanımı”, International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 3(1), 19-31, (2019).
Chatterjee, K., & Ghosh, T. K., “3D printing of textiles: potential roadmap to printing with fibers”, Advanced Materials, 32(4), 1902086, (2020).
Dip, T. M., Emu, A. S., Nafiz, M. N. H., Kundu, P., Rakhi, H. R., Sayam, A., Sayem, A. S. M., “3D printing technology for textiles and fashion”, Textile Progress, 52(4), 167-260, (2020).
Xiao, Y. Q., Kan, C. W., “Review on development and application of 3D-printing technology in textile and fashion design”, Coatings, 12(2), 267, (2022).
All3P, “3D Printing Materials – The Ultimate Guide”, (Mart 2024), https://all3dp.com/1/3d-printing-materials-guide-3d-printer-material/
