Tersine Müh. ve Hızlı Prototipleme Ders Notları
Transkript
Tersine Müh. ve Hızlı Prototipleme Ders Notları
HIZLI PROTOTİPLEME 27.05.2016 1 GİRİŞ Aditif Üretim (Additive Manufacturing) Giriş ve 3D Yazıcılar Aditif imalat teknolojileri üzerine ASTM uluslar arası F42 komitesinin tanımı: 3D model verisinden çeşitli objeleri üretmek amacıyla malzemeleri katman katman birleştirerek üretme işlemi olup, malzemeyi işlemek suretiyle kaldırma prensibine dayalı üretim metotlarının tersidir (Talaşlı İmalat İle Üretim). Aditif imalat ile diğer eş anlamlı ifadeler; • Additive fabrication • Additive processes • Additive techniques • Additive layer 3D printing manufacturing • Layer manufacturing, and freeform fabrication 27.05.2016 2 Bu hızlı ilerlemede, kullanılan terminoloji de hızla gelişmektedir. 3D yazdırma terimi ASTM (American Society for Testing Materials) 42 komitesi tarafından şu şekilde tanımlanmaktadır; Bir printer kafası, nozul veya diğer yazıcı teknolojilerini kullanarak malzemenin çökeltilmesi ile objelerin üretilmesi yöntemi Aditif imalat; plastik, metal, seramik, cam, kompozit malzemeler ile üretilen parçaları, takım komponentleri, prototipler ve fiziksel modelleri üretmek için kullanılan bir terimdir. Aditif imalat sistemleri, hayal edilebilecek her türden parçanın üretimi için, bilgisayar destekli tasarlanmış modelleri (3D), 3D-tarama sistemleri, medikal tarayıcılar ve video oyunlarından elde edilen ince dilimlenmiş enine kesitleri kullanmaktadır. 27.05.2016 3 27.05.2016 4 Tasarım ve imalat alanında faaliyet gösteren şirketler, ürün imalatında aditif üretimi kullanabilmektedir. Bunlara örnek olarak; endüstriyel, askeri ve medikal şirketler verilebilir. Örnek ürünlerden bir kaçı; • Dijital kameralar • Cep telefonları • Motor parçaları • Otomobil iç aksesuarları • Uçak parça ve montajları • Elektrikli aletler (takımlar) • Medikal implantlar ve birçok parça imalatında aditif üretim yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır. 27.05.2016 5 Pazara arz süresini kısaltmak Ürün kalitesini geliştirmek Maliyeti düşürmek amacıyla birçok şirket aditif imalattan faydalanmaktadır (HIZLI ÜRÜN GELİŞTİRME). Aditif imalat ile, kalıp teknolojisine yönelik metotlar, prosesler ve sistemlerde geliştirilmiştir. Son zamanlarda yapılan çalışmalar enjeksiyon kalıp takımlarının performansını geliştirmek için aditif imalat kullanımı üzerine odaklanmıştır. Bu çalışmalar; iş bağlama aparatları, matkap kılavuzları, sabitleme aparatları ve ölçüm aygıtları üzerine yapılmaktadır. 27.05.2016 6 27.05.2016 7 Aditif imalat, bazı şirketlerin üretim alanlarında kullandığı önemli bir üretim yöntemidir. Bazı çok küçük şirketler dahi mamul üretiminde bu yöntemi etkin şekilde kullanmaktadır. Bu durum, aditif imalatı geliştirmekte ve çok önemli bir uygulama haline gelmesine yol açmaktadır. Son yıllarda imalat teknolojileri alanında klasik yöntemlere oranla aditif imalat yöntemlerinin çok yaygın olarak kullanıldığı görülmektedir. Kullanıcıya özel ürün ve sınırlı sayıda ürün geliştirmek amacıyla şirketler aditif imalat yöntemlerinden gelecekte daha yaygın bir şekilde faydalanacaklardır. Şirketler sayıları 1-1000 arasında değişen büyük miktarlardaki ürünlerin seri ve kısa vadeli üretimlerinde aditif imalat yöntemlerini kullanacaklardır. 27.05.2016 8 Aditif Üretimden Faydalanan Endüstriler Dünya çapında 71 adet servis sağlayıcı ve 27 adet profesyonel düzeyde aditif imalat teknolojileri üreticisi firma üzerinde bir araştırma çalışması yapılmıştır (Wohlers Reports 2012). Bu çalışmada adı geçen 98 şirket, yaklaşık olarak 6500 + kullanıcı ve müşteriyi içermekte olup bu müşteri ve kullanıcılara aditif teknolojiler konusunda bilgi ve tecrübe aktarımı da yapmaktadır. Bu kısımda verilen 3 adet grafiğin verileri bu çalışma ile elde edilmiştir. 27.05.2016 9 1. Tüketim malları ve elektronik ürünler aditif imalatın yaygın kullanım alanını oluşturmaktadır (% 20.3) 2. Motorlu taşıtlar sektörü (% 19.5) 3. Medikal ve Dental sektör (% 15.5) 4. Havacılık sektörü ise (% 11.1) 27.05.2016 10 27.05.2016 11 Aditif Proseslerinin Uygulama Alanları • Görsel araçlar (mühendisler, tasarımcılar, mimarlar, medikal sektörde çalışan profesyoneller) • Sunum modelleri (mimari alanında olduğu gibi) • Fonksiyonel modeller • Montaj ve parçaların birbirleri ile uyum kontrolü • Prototip kalıplama için model geliştirme (silikon kauçuk kalıplar v.b.) • Metal dökümler için model geliştirme • Kalıp bileşenleri • Doğrudan parça üretimi (müşteri isteği ile, kısa vadeli, seri üretim) • Eğitim/Araştırma • Diğerleri 27.05.2016 12 Araştırma sonuçları aditif imalat metotlarının fonksiyonel modellerin geliştirilmesi (%18.4) ve doğrudan parça üretimlerinde (%19.2) diğer alanlara oranla daha yaygın olarak kullanıldığını göstermektedir. 27.05.2016 13 Yukarıda verilen çubuk grafikteki çubukların uzunluğu 2000 yılı ve sonrasında endüstriyel aditif sistemlerin bağıl olarak satış durumunu göstermektedir. 27.05.2016 14 Aditif imalat uygulamaları Aditif imalat yöntemi ile parça üretme uygulamaları gelişerek devam etmektedir. Uygulamalar geliştikçe, teknolojinin kullanımı da gelişecektir. 3d objeleri ihtiva eden hemen hemen her problem aditif imalat teknolojilerinin kullanımı ile hızlı ve daha iyi düzeyde çözülebilmektedir. Aditif teknolojinin kullanımındaki ön koşul bir CAD modelinin mevcut olması idi ancak günümüzde bu sistemler için girdi; basit bir çizim ve sketch programları, bilgisayar oyunları kahramanları (simgeleri) gibi eğlence yazılımları, medikal tarama verileri tarafından da üretilebilmektedir. 27.05.2016 15 • Prototipleme Prototipleme aditif imalat teknolojilerinin ilk uygulamaları arasında yer almakta olup, ürün geliştirme sürecinde hali hazırda en yaygın kullanılan metottur. Malzeme kalitesi, yüzey pürüzlülüğü ve boyutsal doğruluk geliştikçe, aditif imalat teknolojileri ile üretilen modeller, fonksiyonel prototipler, montaj test ve uygunluğunun belirlenmesinde yaygın olarak kullanılacaktır. Aditif imalat parçaları, kalıplama ve metal döküm işlemleri içinde artan oranda kullanılacaktır. 27.05.2016 16 • Görsel Araçlar ve Sunum Modelleri Bir resim binlerce kelimeye bedel ise, bir fiziksel modelde binlerce resme bedeldir. Tasarım amacı ile ilişkili bir somut model, aditif imalat teknolojilerinin ilk gelişiminde önemli rol oynar. Piyasaya bir arz yapılacağı zaman en akılcı yöntem parçanın fiziksel modelini geliştirmektir. Fiziksel model, • Mühendislik çizimleri ve • Tasarım şartnamelerinde herhangi bir belirsizliği açıklamaya yardımcı olmaktadır. 27.05.2016 17 Pixar, Toy Story 3 filminden bir seri heykelcik üretmiştir. Lotso karakteri modeli, 3D Systems’ Zprinters’ların kabiliyetlerini göstermektedir. Bu ölçekteki bir model kasıtlı olarak bu yüzey pürüzlülüğüne sahip olacak şekilde üretilmiştir. Amaç, imalat işleminden kaynaklanan katmanlar arası düzgünsüzlüklerin hemen hemen oluşmadığını göstermektedir. Bu şekilde bir model geliştirilmesindeki amaç, tasarım safhası boyunca animasyon karakter gelişiminin sağlanabileceğini göstermektir. 27.05.2016 18 27.05.2016 19 Kent tasarımcıları ve mimarlar, bir araziyi doğru bir biçimde tespit etmek için topografik modellere ihtiyaç duyduklarında, hızlı ve hassas bir çözüm olan 3D yazdırma teknolojisinden faydalanırlar. Japonya’da faaliyet gösteren “Trust System” şirketinin müşterilerine yönelik hazırladığı 3D’lu arazi modeli görülmektedir. 27.05.2016 20 Kuzey Japon Alplerine ait 1/400000 ölçekli bir topografik model 27.05.2016 21 Prototipleme tasarım mühendisleri için kritik bir araçtır ve özellikle bu alanda eğitim alan öğrenciler için merkezi bir aşamadır. • Karmaşık yüzey ve • Montaj tasarımlarının anlaşılabilmesi için öğrencilerin eğitimleri ve deneysel çalışmalarında büyük bir önem arz etmektedir. 27.05.2016 22 27.05.2016 23 • Uyum, Fonksiyonellik ve Montaj Aditif imalat metodu ilk yıllarda üretilmiş olan kırılgan modellerin ötesine önemli bir aşama kaydetmiştir. Teknoloji ve malzeme alanındaki gelişmeler karmaşık modellerin uyum ve işlevsellik testlerinin yapılabilmesini sağlamıştır. Aditif imalat sistemleri alanında çalışan iki imalatçı firma bir insansız hava aracı için iki adet “akıllı kanat” üretimini aditif imalat teknolojisini kullanarak yapmışlardır. 27.05.2016 24 • Stratasys firması FDM teknolojisini kullanarak ULTEM 9085 termo plastik malzeme ile kanat yapılarının üretimi • Optomec daha sonra elektronik devreleri yazdırmak için bu teknolojiyi kullandı Yazdırılan devreler bir strengeç ve bir adet devre anteni (üzerine video aparatı bağlanmış olan) içermekte idi. Geliştirilen bu devre bir pervane ve bir LED’e güç aktarma görevini yapmakta idi. Şekilde gösterilen bu kanatlar 2011 yılında düzenlenen savunma sanayi konferansında bir bildiri ile sunulmuştur. 27.05.2016 25 27.05.2016 26 SelectTech Geospatial (Springfield, Ohio) firmasından 2 adet mühendis, Stratasys 3D printer (Dimension tip) kullanarak bir insansız hava aracı (UAV- unmanned aerial vehicle) tasarlamış ve imalatını yapmışlardır. Tasarımcılar havacılık ile ilgili herhangi bir eğitim almamış olup, bu hava aracını geliştirmek ve revize etmek için, iteratif tasarım (Yinelemeli Tasarım), test ve prototipleme alanlarından faydalanmışlardır. Bu çalışmanın neticesinde uçak gövdesini tamamen ABS plastik malzemeden imal etmişlerdir. Çevre kontrol kanal sistemi CAD modelinde görüleceği gibi mevcut yapıya entegre edilmiştir. 27.05.2016 27 27.05.2016 28 Bu uygulama fonksiyonel prototiplerin geliştirilmesi esnasında hızlı ve seri revizyonlar ile iteratif tasarımın gücünü göstermektedir. Yapılan çalışmada ayrıca; gerçek boyutta 1:1 ölçeğinde bir UAV yüksek mukavemet/ağırlık oranının elde edilebilmesi için karbon-fiber malzemeden üretilmiştir. 27.05.2016 29 Digital Mechanics AB’de çalışan mühendisler 48.3 cm (19 inches) çapındaki konik parçaları tutmak ve taşımak için bir tutucu (gripper) yeniden tasarımı üzerine çalışmışlardır. Mühendisler tutucuların üzerinde yer alan hava hortumlarını yeni tasarımda elemine etmişlerdir. Tutucu kollara yerleştirdikleri iç vakum kanallar ile hava hortumlarının kullanılmasını engellemişlerdir. Aditif imalat teknolojisinin kullanımı ile test ve üretim işlemleri hızlanmış ve doğrudan son ürün imal edilebilmiştir. Normalde üretim süreci aylar alabilecek bir ürün birkaç günlük tasarım ile Fortus FDM makineleri kullanılarak kısa sürede tamamlanabilmiştir. 27.05.2016 30 27.05.2016 31 Parker Hannifin bir emisyon filtresi tasarlamıştır. Tasarlanan filtrenin imalatında Fortus FDM sistemi ve polifenilsülfon (PPSF) malzeme kullanılmıştır. Filtrenin temel fonksiyonu, 71°C sıcaklıkta yağ, yakıt ve kurum kalıntısı ve diğer yanma ürünlerini toplamaktadır. 27.05.2016 32 Kalıplama Kalıplama metodu, yüksek hacimli üretim miktarları söz konusu olduğunda hız ve maliyet faydalarından dolayı aditif imalat sistemlerine oranla daha fazla tercih edilmektedir. Aditif imalat sisteminde kullanılan mevcut malzemelerin sayısının kalıplama metodunda kullanılan malzeme sayısı ile karşılaştırıldığında sınırlı kalması Birkaç yıl öncesine kadar “yüksek hacimli” terimi yüzlerce birimi temsil etmekte idi. Ancak günümüzde aditif imalat teknolojileri genellikle çok kompleks yapılı binlerce küçük parçanın üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Aditif teknolojilerinin kalıplama metotlarına oranla daha az tercih edildiği durumlarda dahi bu yöntemlerin kalıp üretiminde kullanılabileceği bazı durumlar olabilmektedir. Bunlara örnek olarak; bağlama aparatları, sabitleyiciler, şablonlar, matkap kılavuzları ve diğer cihazlar verilebilir. 27.05.2016 33 Günümüzde şirketlerin önemli bir kısmı, kısa ve uzun vadede bir üründen kaç adet gerekeceğine yönelik tahminde bulunamayabilir. Özellikle de doğru kalıplama işlemlerinin seçilmemesi proje boyunca birçok tasarım değişikliklerinin yapılma gereksinimi nedeniyle sıkıntılı olabilir. Geometrik unsurlar, boyut ve malzeme özellikleri, kalıplama proseslerini önemli derecede etkilemektedir. 27.05.2016 34 Aditif imalat ile kalıplamada yaygın kullanılan 2 ayrı kategori bulunmaktadır. Bunlardan ilki, Dolaylı kalıplama yaklaşımı olup, master modeller bir kalıbı üretmek için kullanılır. Master model temelli kalıplama metoduna örnek olarak Aditif imalat ile üretilmiş bir MASTER MODELDEN silikon kalıplama ile bir ürünün üretilmesi verilebilir. 27.05.2016 35 27.05.2016 36 27.05.2016 37 2. Yaklaşım ise; Doğrudan olup, burada gerçek kalıp veya kalıplama aparatları (inserts) aditif imalat ile doğrudan doğruya üretilmektedir. EOS çözümünün doğrudan metal lazer sinterlemesi (Direct metal laser sintering) ve SLM çözümünün seçici lazer ergitme (selective lazer melting) aditif imalat teknolojileri doğrudan yaklaşımı kullanmaktadır. 27.05.2016 38 27.05.2016 39 Model Temelli Kalıplama (Pattern-based tooling) Model temelli kalıp/takım üretimlerinde Aditif İmalat teknolojileri kullanılmaktadır. Üretilen Kalıp/Takım doğruluğu özellikle büyük boyutlu parçalarda çekirdek modeli (master model) oluşturmak için kullanılan aditif İmalat işleminin doğruluğuna bağlıdır. Plastik sektöründe çalışan ve genellikle boyutsal olarak küçük parça üretimi yapan şirketler aditif İmalat teknolojileri ile elde ettikleri master modelleri silikon kalıplama yöntemi ile üretmektedirler. Bu işleme lastik (kauçuk) kalıpların/takımların oda sıcaklığında sertleştirme işlemi adı da verilmektedir (RTV- Room Temperature Vulcanizing). 27.05.2016 40 Silikon lastik kalıplama, bazı epoksi reçine parçaları ve üretan parçaların üretiminde uzun yıllardır kullanılmaktadır. Bu işlemde genellikle termoplastik malzemeler yerine termoset reçineler kullanılır. 27.05.2016 41 27.05.2016 42 Bu yöntem ile çok karmaşık şekiller ve unsurlar kalıplanabilmektedir. Silikon kalıplar genellikle 25-50 üretim sonrasında bozulmaya başlarlar. Kalıplama maliyetini düşürebilmek için bu miktarların üzerine çıkılması önemlidir. Bazı şekiller ve geometrik unsurlarda daha sert silikon malzemeler ile 100’ün üzerindeki sayılara ulaşılabilir ve bu durumda kalıp maliyetleri azaltılır. 27.05.2016 43 Washington öğrenci Üniversitesinden RepRap Pmsa 3D birkaç printer kullanarak master modeller üretmişlerdir. Bu modeller oluşturulmasında farklı kullanılan parçaların kalıpları silikon kalıplama yöntemi ile üretim için kullanılmıştır. 27.05.2016 44 Doğrudan Kalıplama (Direct Tooling) Doğrudan yaklaşım, direkt olarak kalıp üretmek için aditif imalatı kullanır. Bu yaklaşımla, kalıp yapımı sürecindeki olası adımların sayısını azaltabilirsiniz, ki bu da gereken geometrik özellikler ve süreçlere bağlı olarak, hem maliyet hem de zamandan fayda sağlayabilir. Aynı zamanda dolaylı üretimlerle karşılaştırıldığında, direkt yaklaşım olası hataları minimize eder. 27.05.2016 45 3D yazıcılar direkt kalıp üretmek için etkili makineler gibi görünmüyor olabilir, fakat doğrudan kısmi parça üretimi için gözden kaçırılmamalıdır. Aşağıdaki resim Objet Eden 333 makinesinden alınan doğrudan üretilmiş bir kalıptır. Bu kalıplama 10 kat daha hızlı ve daha ucuzdur. 27.05.2016 46 Aşağıdaki kalıp, düşük hacimli conta halkası üretimi için kullanılmaktadır. Termoplastik enjeksiyon için üretilmiş kalıbı üretme maliyeti nedeniyle, aditif üretim kalıbı, sınırlı sayıda parça için kullanılmıştır. Farklı durometrelerde (plastik sertlik ölçer) çoklu kauçuk malzemeler, maliyet etkili çözelti ile sonuçlanarak dökülmüştür. 27.05.2016 47 Üretim başlamadan evvel, nakliyede doğabilecek zararlardan ürünü korumak için paketler içinde destek malzemesi kalıp gerektirir. 27.05.2016 48 Resimdeki parçalar FDM hızlı prototipleme makinesi ile imal edilmiştir ve silikon contalar yapmak için kullanılmıştır. Geleneksel üretilen kalıplara göre daha düşük bir maliyet ve daha az zamanda üretilmiştir. 27.05.2016 49 Yüksek Performanslı Kalıplama (High Performance Tooling) Yüksek performanslı kalıplar ile, kalıplama döngü zamanı, kalıbı üretmek için geçen zamandan daha fazla önem arz eder. Zaman ve maliyet tasarrufu nedeniyle geleneksel kalıp üretimine oranla faydası daha fazladır. Örn : Kalıpta soğutma kanalları Amaç : Geleneksel enjeksiyon kalıp elemanları kullanımında doğabilecek plastik fincanın distorsiyonundan kaynaklanan hurda oranını azaltmak DMLS elemanı bütünleşik devre koruyucu soğutma kanalları ile dizayn edilmiştir. EOS kullanarak bu işlemi yapmak 35 saat sürmüştür. 27.05.2016 50 Kalıplamada hızlı prototiple teknolojilerinin kullanımı ile, geleneksel yöntemler ile elde edilemeyen faydalar sağlanabilir (termal özelliklerin gelişmesi) Bu yararlı yöntemlerden biride kalıpta devre koruyucu soğutma kanalları oluşturmaktır. Bu kanallar, soğutucunun kalıp boşluğunun şekline uyarak kalıbın içerisinden geçmesine izin verir. Devre koruyucu soğutma, kalıptan gelen ısıyı hızlıca ortadan kaldırır ve yok eder. Deneysel çalışmalar, devre koruyucu soğutmanın döngü süresini % 30 azaltabileceğini ve kalıplanmış parça kalitesini geliştireceğini göstermiştir. Bu sonuç parça maliyeti ve üretim oranı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. 27.05.2016 51 27.05.2016 52 Yüksek performanslı kalıplama alanında başka bir seçenekte Fabrisonic’den Ultrasonik Aditif İmalat (UAM) yöntemidir. Proses, pres döküm, hassas döküm ve vakum oluşturma için kullanılabilir alüminyum, bakır, ve çelikler de kalıp üretebilir. Saatte yaklaşık 492 kübik cm (30 kübik inç) oranlarını inşa edebilme gücü ile, UAM bir veya iki gün içinde bu kalıpları üretebilir. 27.05.2016 53 Üretim ve montaj kalıpları Dünya çapındaki firmaların önemli bir bölümü sürekli olarak montaj araçları, jigler (iş bağlama aparatı, kılavuz, mastar), demirbaşlar, şablonlar, göstergeler, hizalama ve delme kılavuzları ve diğer birçok türde üretim kalıpları üretir. Özel olarak tasarlananlar ve imal edilenler, genellikle pahalıdır. Aşağıdaki örnek, montaj bağlantıları ve kabloları için stereolithography ile üretilmiş bir alettir. 27.05.2016 54 27.05.2016 55 27.05.2016 56 Aditif imalatın geometrik esnekliği, lazer kesim, CNC işleme, muayene ve montaj gibi geleneksel proseslerde kullanılan karmaşık geometrili jigler ve demirbaşların üretimine uygundur. Materialise şirketi, ölçüm, doğru ve güvenli bir şekilde montajı kontrol etmek amacı ile kullanılan kompleks bir sönümleme sistemi üretmek için FDM ve lazer sinterleme kullanarak bir çözüm sunmuştur. Ürün doğrudan CAD datasından üretilmiştir. Rapidfit olarak adlandırılan bu sistem ±0.1 mm. toleransına sahiptir. 27.05.2016 57 27.05.2016 58 Metal döküm için Kalıp İmalatı Aditif imalat süreçleri, metal dökümde uzun bir süredir kullanılmaktadır. 20 yıl önce ortaya çıkan ilk sistemlerdeki çalışmalar, metal döküm oluşturma zamanı ve maliyetini azaltabilmek için yapılmıştır. Kum, şişe ve hassas döküm Aİ desenleri veya Aİ kalıp ve çekirdekler birkaç örnek olarak verilebilir. 27.05.2016 59 DMLS (Direct Metal Laser Sintering) metodu ile üretilmiş bir metal kalıp (Karmaşık geometriler mümkün). 27.05.2016 60 Aditif İmalat-Hassas Döküm - Investment Casting - Investment Shell Casting Hassas Döküm işlemler: • Öncelikle, metalden dökülmesi istenilen parçanın balmumu veya benzeri bir malzemeden modeli hazırlanır. Genellikle alüminyum (mücevhercilikte ise silikon) bir kalıp imal edilir ve plastik enjeksiyon yöntemi ile istenildiği kadar mum model elde edilir [Alternatif – Aditif İmalat]. (Döküm sonrası soğuma ve büzülme tahmini yapılarak model aslından biraz büyük imal edilebilir) • Parçalar mumdan yapılmış bir gövdeye yapıştırılırlar. (şekil 1) • Model, seramik banyosuna batırılarak (sulu alçı görünümünde bir sıvı) çevresine ince bir tabaka kaplanması sağlanır. • Seramik tabaka kuruyup katılaşıncaya kadar bir fırında bekletilir. Yeteri kalınlıkta seramik kaplanıncaya kadar son iki işlem tekrarlanır. Dış tabakalarda daha kalın seramik tozu kullanılır. (şekil 2) 27.05.2016 61 • Dış cidarı sert seramik kaplı parça bir fırına sokularak modelin eriyip dışarı akması sağlanır. Seramik malzeme ise yüksek sıcaklığa dayanıklı olduğundan şeklini muafaza eder. Bu esnada mum modelin akarak çıkmayan kısımları da tamamiyle buharlaşır. (şekil 3) 27.05.2016 62 • Modelden kalan boşluğa (daha önce bırakılmış bulunan bir ağızdan) ergimiş halde metal dökülür (şekil 4) • Metal soğuyup katılaştıktan sonra darbe ile dış cidardaki seramik kırılarak parça ortaya çıkarılır. (şekil 5) • Parçalar ana gövdeden dairesel bir testere ile kesilerek alınır, bir başka ifade ile göbek bağları kesilir (Şekil 6). • Son olarak gerekli çapak alma ve yüzey parlatma işlemleri yapılır. 27.05.2016 63 Hassas Dökümde tolerans, kalıp yapım aşamasından başlayarak kullanılan mum, seramik malzemesi ve döküm alaşımına bağlı olarak ölçüsel sapmaların toplamıdır. Ölçülerin tekrarlanabilirliği, ayrıca parça formuna, kütlesine ve boyutlarına bağlıdır. Hassas Döküm metoduyla elde edilen parçalarda, genel kural olarak anma ölçüsü 15 mm’ye kadar olan ölçülere ±0.1 mm, 15 mm üstü ölçülere de ±%0.7 gibi bir hassasiyetle yaklaşılmaktadır. - Aditif İmalat Teknolojileri, mum bazlı modeller (desenler) ve balmumu modellerin oluşturulması için kullanılan metal kalıpları üretmek amacıyla kullanılmaktadır. 27.05.2016 64 27.05.2016 65 27.05.2016 66 27.05.2016 67 27.05.2016 68 Kuyumculuk sektöründe, küçük ve hassas metal döküm parçaların imalatı için aditif imalat teknolojileri kullanılır. Dünya çapında kuyumculuk pazarının 180 milyon $ olduğu tahmin edilmektedir. Rhinojewel 5.0 - Gallery: Rapid Prototyping Created with Rhinojewel 5.0 and Built on Solidscape 3D printers 27.05.2016 69 27.05.2016 70 27.05.2016 71 27.05.2016 72 Solidscape R66 3D yazıcı, hassas takı modelleme ve döküm için geliştirilen ileri teknoloji ürünüdür. Solidscape’in mum bazlı sistemleri, mücevherciler, kuyumcular, tasarımcılar ve büyük mücevher üreticilerine önemli katkılar sağlamaktadır. 27.05.2016 73 Aditif İmalat yöntemi ile üretilen kalıp ve çekirdeğin kum döküm süreci görülmektedir. Kum kalıp ve çekirdek kısmı, Voxeljet sisteminde üretilmiştir. Voxeljet V4000 4x2x1 metre boyutları ile kum kalıp bileşenlerini üretebilir. 27.05.2016 74 Mimari modelleme Mimarlar, inşaat ve yapı mühendisleri çalışmalarını ve tasarımlarını gösterebilmek için modeller kullanırlar. Geleneksel modeller titizlikle elle yapılırken son yıllarda aditif imalat teknolojileri mimari modellerin imalatında yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. 27.05.2016 75 27.05.2016 76 FDM sistemleri başlangıçta mimari, mühendislik ve yapı endüstrisinde yaygın kullanılmış olmasına rağmen, sanatsal formlardan ziyade endüstriyel parçalar için daha uygun olduğundan, uzun yapılardaki tekrarlı kat ve estetikte başarısız olmuştur. 27.05.2016 77 Medikal Uygulamalar Aditif imalat yöntemleri diş hekimliği gibi birçok tıbbi alanda kullanılmaktadır. Medikal uygulamalarda; • Tıbbi ürün/cihaz prototipi, • Biyo modelleme/anatomik modelleme • Doku mühendisliği için implant edilebilen metal implantların ve iskelelerinin doğrudan üretimi Aditif imalat teknolojilerinin en önemli kullanım alanları, periodontoloji, protez, ağız cerrahisi ve damak gibi diş spesiyalleridir. Diğer bir önemli eğilim cerrahi işlemlerin dijital planlaması için sanal araçların kullanılmasıdır. Baş ve boyun rekonstrüktif, estetik ve ortopedik ameliyatlarındaki yararları çalışma süresini ve cerrahi tedarik envanterini azaltmıştır. Üçüncü önemli trend Aditif İmalat süreçlerinin, tamamen işlevsel cerrahi aletleri veya uzun süreli cerrahi implantları üretmek için kullanımıdır. 27.05.2016 78 Tıbbi ürün/cihaz prototipi 27.05.2016 79 27.05.2016 80 Anatomik Modelleme 27.05.2016 81 Metal İmplantlar 27.05.2016 82 Aditif imalat yöntemleri ile üretilen anatomik modeller; • Tıbbi görüntüleme çalışmasında, ağırlıklı olarak bilgisayarlı tomografi (BT) veya koni ışınlı bilgisayarlı tomografi (CBCT) verileri kullanılarak, bir hastanın sağlıklı modelleri için yapılır. • Bir hastanın iç kemik veya yumuşak doku yapılarının fiziksel kopyaları, karmaşık cerrahi girişimler planlama ve en iyi cerrahi operasyona karar verilmesi için cerrahlara yardımcı olur. • Tipik olarak, cerrahlar, beyin cerrahisi, diş ve çene cerrahisi, plastik cerrahi, omurga cerrahisi, ortopedik cerrahi, kulak burun boğaz gibi spesiyaliteleri içeren kemik rekonstriktif cerrahi ameliyatlarını planlamak için bu modelleri kullanırlar. Bu modeller, önceden planlama yapılmasına olanak verdiğinden ameliyat süresinin kısalmasına, kemik rekonstrüksiyonunu iyileştirmek için en iyi sonuçlar elde etmeye, hastanın benzersiz anatomisine uygun hastaya özel implantlar yapmaya olanak verir. 27.05.2016 83 Tıbbi uygulamalarda farklı malzemeler kullanılabilir. Fotoduyarlı boya teknolojisini kullanarak bir model içinde tamamen farklı bir renk üretilebilir (SLA Reçine). Bu malzeme ile üretilen bir stereolitografi modelini göstermektedir. 27.05.2016 84 • Günümüzde, Stereolitografi tıbbi modellemede yaygın olarak kullanılmaktadır • Opak veya saydam modeller geliştirilebilir (Cerrahların isteğine göre) • Farklı Aditif İmalat modelleme teknikleri; parça yüzey dokusu, renk, saydamlık ve sterilizasyon için farklı alternatifler sunar • Son birkaç yıldır anatomik modelleme için geliştirilen Dimension ailesinden Stratasys, Objet’den Objet24 ve Objet30, ve 3D Systems’den ZPrinter 150 and ZPrinter 250 gibi düşük maliyetli makinelerin kullanımına yönelik bir eğilim mevcuttur • Tıbbi görüntüleme çalışmalarından gelen verilerin doğruluğu mühendislik standartlarına göre oldukça kabadır, bu yüzden hemen hemen tüm eklemeli imalat yöntemleri ile elde edilebilen doğruluk yeterlidir. • Hassasiyet bir sorun değilse, birincil sorun modelin estetik sorunları, kullanılabilirlik (sterilize edilip edilemeyeceği) ve dayanıklılık nitelikleri olur. 27.05.2016 85 Estetik; • Saydam ve yarı saydam modeller • İki renkli ya da iki malzeme modeller • Alçı veya reçine / plastik modeller, • Tam renkli modeller Dayanıklılık Aditif İmalat ile elde edilen modellerin ilk kullanımlarında problem olmamasına karşın son yıllarda, ameliyat için fonksiyonel "araç" olarak parçanın kullanımı artmış, bu yüzden de mukavim modellere ihtiyaç artmıştır. Hem dayanımı hem de estetik kaygıları karşılayan teknolojiler: SL, PolyJet ve FDM’dir. Bunlar, çoğu uygulama için tercih edilen ‘hepsi bir arada’ yöntemleri olacaktır. 27.05.2016 86 Alt çene kemiğinde şiddetli enfeksiyonu olan bir hastayı tedavi etmek için, tıp uzmanlarından oluşan bir ekip, hastaya özgü bir implant tasarlayıp aditif imalat yöntemi ile üretmişlerdir. İmplant, Belçika ve Hollanda'da endüstriyel ve akademik kuruluşlar ile işbirliği içinde, Dr. Jules Poukens gözetiminde geliştirilmiş ve üretilmiştir. 27.05.2016 87 Uyku apnesini engellemek için geliştirilen ve direkt lazer metal sinterleme kullanılarak üretilen alet Elektron ışın demeti yoluyla üretilen kafatası parçası. 27.05.2016 88 Aditif üretim, bioüretim alanında tercih edilen bir yöntem olmuştur. Bu teknoloji organ üretimi de dahil olmak üzere, canlı hücrelerden doku yapımında kullanılmaktadır. Böbrekler, kalp ve kan damarları gibi insan vücudu parçalarını oluşturmak için modifiye edilmiş mürekkep püskürtmeli yazıcı ve güçlü bilgisayarlı destek malzemeleri ve kültürlenmiş hücrelerin kullanılmıştır. Hastaların kendi yağ hücreleri de bu organları yapmak için kullanılabilir. Diyabet, böbrek hastalıkları ve ateroskleroz tedavisinde nakil için potansiyel hazır bir kaynak sağlayabilir. 27.05.2016 89 Güney Karolina Medical Üniversitesinden Dr. Vladimir Mironov ve Dr. Roger Markwald 3D plastik böbreğin üretimini kolaylaştırmıştır ve baskısını yapmıştır. Sentetik böbreğin başlangıçtaki başarısı ve ön veriler, aditif imalat yönteminin yönteminin kullanılmasının kompleks vasküler ağaçların bio-baskısı için yeterli bir çözüm önerdiğini ileri sürmektedir. 27.05.2016 90 İlk 3 boyutlu yazıcı ile canlı doku üretimi 2009'da Novagen3d Printing Technology'le başladı. İlk zamanlarda sadece doku baskısı alınabilirken bugünlerde organ baskısı alınabilmektedir (Kemik ve kıkırdak doku üretimi). Hangzhou Elektronik Bilimler ve Teknoloji Üniversitesi araştırmacılar 3 boyutlu yazıcı sayesinde kulak ve burun prototipi üretmişlerdir. 27.05.2016 91 27.05.2016 92 3 boyutlu yazıcıyla kemik ve kıkırdak dokusu üretmekte en büyük gelişme ise kafatası protezi baskısı almak; ilk olarak hastanın kafatasının taranmasıyla başlıyor. Dijital ortamdaki taranma tamamlandıktan sonra yazıcı kafatası modelini en ufak ayrıntısına uyacak şekilde kalıba döküyor. Bu şekilde üretilen kafatası proteziyle hastanın kafatasının yüzde 75’i onarılmış oluyor. Geçtiğimiz günlerde Hollandalı bilim insanlarının, 3 boyutlu yazıcı yardımıyla ürettikleri en büyük kafatası implantı 22 yaşında, kemik rahatsızlığı olan bir hastaya yerleştirildi. Kafatası kemiğinin yerini alacak olan implant hastaya özel, dayanıklı plastik malzemeden üretildi. 27.05.2016 93 3 boyutlu yazıcıda kemik ve kıkırdak dokusu dışında diğer organlar için de baskı teknolojisi geliştiriliyor. Bunlardan en önemlisi karaciğer. 3 boyutlu yazıcıda kalınlığı 500 mikron 'a kadar olan karaciğer dokusu üretildi. Baskısı alınan karaciğer dokuları albümin üretimi, fibrinojen ve transferrin üretimi ve CYP 1A2 ve CYP 3A4 dahil olmak üzere indüklenebilir sitokrom P450 enzimatik faaliyetleri de dahil olmak üzere kritik karaciğer fonksiyonlarına sahip. 27.05.2016 94 Orgonovo 3 boyutlu yazıcıdan ilk baskısını alınacak olan organ olan karaciğeri önümüzdeki yıl sergilemeyi planlıyor. Önümüzdeki yıl sunulması planlanan karaciğer en az 40 gün doğal fiziksel yapısını koruyabilecek ve tamamen işlevselliğini sürdürebilecek. Üretilen ilk karaciğerin sadece medikal çalışmalar ve ilaç araştırmaları için kullanılması planlanıyor. 27.05.2016 95 Deri dokusu kayıplarının, yanıkların birçoğu tamamen tedavi edilemiyor. Deri dokusunun naklide oldukça az. Bunun için deri dokusunun üretilmesine ihtiyaç var. Hollanda Leiden üniversitesinden dört öğrenci SkinPrint adlı projeyle deri dokusunun 3 boyutlu yazıcıyla baskısının alınabileceğini gösterdi. Ekip sağlıklı deriden bir parça alıp,bu hücreleri kök hücre geliştirmek için kullandı. 27.05.2016 96 Eklemeli imalat yönteminin kullanımı birçok firmayı ve ürünü etkilemektedir. Etkilenen Endüstriler; • Havacılık, • Askeri, • Tıbbi, • Denizaltı, • Otomotiv, • Dişçilik, • Endüstriyel makineler, • Elektronik, • Arkeoloji, • Yapı inşası olarak sıralanabilir. Aynı zamanda, eklemeli imalat tarafından imal edilen tüketici ürünleri arasında mobilya, ev aksesuarları, sanat, takı, oyuncaklar ve koleksiyonluk eşyalar vardır. Ayrıca, hediyeler, ödüller, kupalar, spor malzemeleri ve moda ürünler de üretilebilmektedir. 27.05.2016 97 GE havacılık motorlar için yakıt enjektörü ve fan kanatları üretiminde Aditif İmalat yöntemini kullanmıştır. Geleneksel üretim işleminde, etkili bir yakıt ve hava karışımını sağlayan bir bir yakıt enjektörünü gerçekleştirmek için en az 20 metal parça birbirine kaynaklanma gerekliliği vardır. 27.05.2016 98 Wichita Kansas’ta Kelly Manufacturing Company (KMC), uçak parçalarının dünyadaki en büyük üreticisidir. Dönüş ve yatış göstergesi olan M3500 cihazı, pilota uçağın dönüş oranını verir. M3500 parçasının bir bileşeni olan toroid yuvası, döküm yöntemiyle üretilmiş olan bir parçadır. 500 döküm için teslimat süresi üç yada dört haftadır. KMC, ULTEM 9085 malzemeyi kullanarak Stratasys ‘den Fortus üretim sistemine göre, üretimini değiştirmiştir. Yeni parçalar önemli ölçüde daha iyi boyutsal hassasiyet sunmaktadır. 500 toroid yuvası Fortus 900mc sisteminde tek bir seferde yapılabilir. Kalıp maliyetleri ortadan kaldırılmıştır ve birim başına maliyet % 5 düşmüştür. 27.05.2016 99 CubeSat uydu için çeşitli parçalar lazer sinterleme tarafından yapılmıştır. 27.05.2016 100 DST Kontrol, insansız hava araçları için COLIBRI yalpa çemberinin (kasa dahil) 20 adet parçasını üretmek için Stratasys’dan FDM kullanmıştır. Bu durum % 66 oranında maliyeti düşürmüş ve yedi haftalık üretim zamanını kısaltmıştır. 27.05.2016 101 Havacılıkta devam etmekte olan uygulamalardan biri askeri ve ticari jetler için çevresel kontrol sistemi (ECS) kanal üretimidir. Boeing ve tedarikçileri, son zamanlarda 787 ticari uçak ve savaş uçakları için bu kanalların üretiminde yoğun şekilde lazer sinterleme teknolojisi kullanmaktadır. Bu uygulama ile parça numaralarını (her biri için gereken denetim ve belgeleri), kalıp, envanter, işçilik, tüm montaj hatları ve bakımı elimine etmiştir. Lazer sinter parçaları aynı zamanda daha hafiftir ve yakıttan tasarrufa katkı sağlar. 27.05.2016 102 Yalnızca ECS için değil, aynı zamanda elektrik kutuları, braketler ve uçakta kalıcı kurulum için gereken diğer bölümleri de üretmek için aditif imalattan faydalanırlar. Aşağıdaki resimde Northrop Grumman Corp lazer sinterleme ile iki parça halinde kanal sistemini üretmiştir. Eski tasarımda bu kanal sistemi (solda) birbirine kaynaklanan dokuz alüminyum parçadan oluşmakta idi. 27.05.2016 103 Thogus Üretim’den (Avon Lake, Ohio) madencilik sektörü için sürükleme zincir bağlantı tasarımı ve imalatı istendi. Amaç, ağırlık ve montaj karmaşıklığını azaltmaktı. Ürün için üretim miktarları düşüktür bu yüzden şirket, PC/ABS içinde FDM kullanarak parça üretmeye karar verdi. Ağırlık % 70 azaltılmış ve altı parça elimine edilmiş ve montaj işçiliği azaltılmıştır. 27.05.2016 104 Thogus Products aynı zamanda bir HVAC birimi için bir hava akımı bölmesini üretmek için FDM kullanmıştır. Önceki sürümleri alüminyum dökümdür. Polikarbonat kullanarak, Thogus ağırlığı % 40 oranında azaltmıştır. 27.05.2016 105 2007 yılında başlatılan FigurePrints, popüler World Warcraft video oyunundan avatarlara (minik biblolar) dayalı ürünler sunmaktadır. Kişisel avatarlar: Fransız 3D baskı hizmeti Sculpteo, kişinin iki görüntüsünü alır ve mini avatara dönüştürür. Bu ürünler 3D Systems’den Zprinter ile yapılır. Fiyatı 84 dolardan başlamaktadır. 27.05.2016 106 FaceGen; oyun ve avatar tasarımcılarına, bebek yapımcılarına ve baş kısmı büyük oyuncak biblo üreticilerine, gerçekçi veya karikatürize yüzleri oluşturma yeteneğini sağlayan bir yazılım uygulamasıdır.3D verisi dijital kamera ile alınan yüz bir yada daha fazla JPG görüntülerinden oluşturulur. FaceGen yazılım yardımıyla, ThatsMyFace.com 2B portrelerden 3B heykellere dönüşüm konusunda uzmanlaşmıştır. 27.05.2016 107 Mobilya, ev ve ofis aksesuarları Materialise’ın .MGX bölümü özel baskıyla aydınlatma tasarımları, mobilya ve diğer ev ve ofis aksesuarları üretiyor. Bugün, 10.000'den fazla .mgc lambaları dünya çapında satılmaktadır. 27.05.2016 108 Amsterdam merkezli Freedom and Creation, birçok aydınlatma ve mobilya tasarımlarının yanı sıra ev, ofis ve kişisel aksesuarları da sunuyor. Şirket ayrıca aditif imalat ile üretilen iPhone kapları, takı, ayakkabı ve diğer birçok ilginç ürünü bir arada sunmaktadır. Tasarımcı Alexander Pelikan deştirilen çözümler ile 3D taramaların serisini baz alarak "Machine Vision" kapı kolları yaptı. Kapı kolları İtalya Salone di Mobile'da sunuldu. 27.05.2016 109 Müzik aletleri ODD Guitars 3Dbasılmış müzik enstrümanlarında uzmanlaşmış bir firma. Firma kurucusu Olaf Diegel ODD Guitarsı 2011 de kurmuş, ilk olarak elektrik ve bass gitarlarla başlamış daha sonra 5 parçalı bateri takımlarına ve keyboardlara kadar çeşitli müzik aletleri üretmiş. Diegel’e göre 3D yazıcı ile müzik aletleri kullanmanın iki önemli avantajı var. 1-Fazladan maliyet olmadan, yüksek özelleştirme yapılabilmesi 2- Yağmur ormanlarındaki ağaçlardan üretilen ahşapları kullanan yüksek teknolojili aletlere nazaran daha ekolojik olması. ODD guitars piyasadaki güçlü müzik aleti üreticileriyle rekabet halinde, çünkü size 3D yazıcı ile müzik aletleri baştan sona özelleştirebilme fırsatı sunuyor. 27.05.2016 110 MONAD Studio tarafından 3D yazıcılar ile hazırlanan keman 27.05.2016 111 Tüketici tarafından oluşturulan ürünler Gündelik bir soruna basit bir çözüm olarak gösterilen, Billy Zelsnack makarna dökülmesini engellemek için makarna kutusuna uç kapağı oluşturdu. Aditif imalat teknolojisi daha erişilebilir hale geldikçe, kullanıcıların giderek artan günlük sorunlara pratik çözümler bulması kolaylaşacaktır. 27.05.2016 112 Eric Weinhoffer, Thingiverse kullanıcı Chris Thompson’dan esinlenerek, baykuş şeklinde kulaklık sarıcı tasarlamıştır. Daha sonra, başka bir kullanıcı OpenSCAD kullanarak parametrik versiyonu yaptı. Bu türetilmiş sarmalayıcı da yapılmış ve çoğu RepRap, MakerBot ve Ultimaker 3D yazıcı kullanarak dünyanın dört bir yanından insanlar tarafından basılmıştır. 27.05.2016 113 John Chen, UP! 3D yazıcıda yapılan parçaları kullanarak bir tekerlekli gezici üretmiştir. Küçük aracın geri kalan kısmı, lazer kesim parçaları ve rafta hazır (offthe shelf) teknolojisiyle oluşturulmuştur. 27.05.2016 114 Sanat ve takı Realizer GmbH, altın alaşımları takı üretmek için SLM 50 tezgah üstü makinesini kullanıyor. Concept Lazer altın alaşımlarından parçalar üretebilen Mlab makinesini tanıttı. Burada, üç farklı yapı hacmi seçeneği ile "çekmece" sistemi, kolay değiştirilen ve depolanan malzeme kullanılır. 27.05.2016 115 Tasarımcı Doug Bucci’nin kreasyonlarının çoğu insan hücrelerine benzetilen, hücresel biçimlerdir. Bucci’nin mevcut sınırlı sayıda üretilen bilezikleri, bronz ile harmanlanmış paslanmaz çeliktir. Bucci aditif imalat sürecini düşünerek yaptığı takı tasarımlar için ‘ talebe bağlı ve az atıkla farklı iş modelleri yaratmak istiyorum ’ dediği söylenir. 27.05.2016 116 Tasarımcı Michiel Comelissen, lazer sinterleme kullanarak ‘Happy Bird’ küpe ve kolye tasarlamıştır. New 2011 İrlandalı kişiye özel takı kuyumcuları ve tasarımcıları DaCapo, takı üretmek için kayıp mum döküm ve AM servis sağlayıcıları kullanmışlardır. DaCapo’nun, titanyum esaslı katkılı imalat kullanarak ilk yüzüğü ürettiğinde edindiği tasarım becerileri kullanışlıydı. 27.05.2016 117 Bathsheba Grossman güzel sanatsal şekiller oluşturma ve katkılı imalat tarafından yapma alanında öncü olmuştur. İsrailli sanatçı Eyal Gever bir felaket meydana geldiğinde donmuş anı betimleyen "Afet Sanatı" –heykeli oluşturmuştur. Tasarımcı, gelişmiş bilgisayar kodlama ile bu felaketleri canlandırmış ve daha sonra Object’den Aİ sistemleri ile canlandırmaların fiziksel modelini oluşturmuştur. 27.05.2016 118 Hediyeler, kupa ve anıtlar Eni kupa Budapeşte, Macaristan Motogp yarışın ve Formula 1 yarış kazananlara verildi. Kupa, İtalyan mimar Antonio Pio Saracino tarafından tasarlanmıştır ve bir lazer sinterleme makinesinde Materialise tarafından üretilmiştir. 27.05.2016 119 RAPDASA (RAPDASA Güney Afrika Hızlı Ürün Geliştirme Derneği anlamına gelmektedir) 2010 konferansında düzenlenen bir tören sırasında, özel bir hediye olarak titanyum yaka rozeti verildi. Bu rozet, Merkez Teknoloji Üniversitesi Hızlı Prototipleme ve Üretim Merkezi'nde EOSINT M 270 makinesinde üretilmiştir. 27.05.2016 120 Pazarlama ve reklam Creative ajans BSUR, üç hafta içinde Freedom of Creation ile birlikte oluşturulan iki "stereo kulaklık" tarafından desteklenen Hollanda radyo istasyonu 538 için bir pazarlama kampanyası kullanmıştır. Kampanya için özel olarak tasarlanmış bu göz alıcı sahne donanımı, ulusal televizyon, ilan panosu ve online kampanya boyunca kullanılan yaratıcı kavramının fiziksel temsili idi. 27.05.2016 121 Müze görselleri Şubat 2012'de, Smithsonian Enstitüsü, ABD genelinde müzeler ile 137 milyon öğeden bazılarını paylaşmak için aditif üretim kullanacağını bildirdi. Halkın görebilmesini mümkün kılmak için bilimsel kopyalarını, sergileri ve modelleri bir seri olarak aditif imalat yoluyla oluşturmayı planlamaktadır. Pilot projede, Smithsonian, Afrika Kökenli Amerikalılar Tarihi ve Ulusal Kültür Müzesi'nde sergilenmesi için yapılan Thomas Jefferson'ın heykelinin bir kopyasını yaptı. 27.05.2016 122 New York Discovery Times Square Fuarı için, Materialise Mammoth stereolitografi teknolojisini kullanarak Tutankhamun CT taramalarını, tam boy mumya kopyasına dönüştürdü. Daha sonra sanatçı Garry Staab, manuel olarak parçayı tamamladı. 27.05.2016 123 Moda ürünleri Continuum Fashion ‘dan Mary Huang ve Jenna Fizel tamamen 3D baskılı ilk hazır giyim ürünü tasarlanmıştır. Kapaklarda dahil olmak üzere, N12 bikinin tüm parçaları, Naylon 12 ile lazer sinterleme teknolojisi kullanarak yapılmıştır. Bikini için, ıslandığında su geçirmez ve rahat olacağından, bu malzemenin oldukça işlevsel olabileceği söylenmiştir. N12’nin "kumaşı", ince dizeleri esnek olurken aynı zamanda şeklini de koruması için birbirine bağlı binlerce küçük dairesel plakalardan yapılır. Piyasada ticari ürün olarak bulunmaktadır. 27.05.2016 124 Moda dünyasındaki 3D yazıcıların en ilgi çeken diğer örneklerinden birine de Şangaylı tasarım stüdyosu Xuberance şirketi imza attı. Xuberance firması hazırladıkları gelinlik konseptiyle, bir düğüne ait yapılması gerekli ne varsa her bir parçayı 3D yazıcılar ile tasarlayarak ilgi odağı olmayı başardılar. 27.05.2016 125 ‘’Yeniden keşfedilen ayakkabılar” adını alan bu sergide Ben Van Berkel, Fernando Romero, Michael Young, Rose Lovegrov ve Zaha Hadid gibi ünlü tasaıımcıların 3D teknolojisini kullanarak yarattıkları ayakkabılar meraklı bakışların ilgi odağı oldu.. 27.05.2016 126 Her ne kadar daha çok prototip ya da sanatçılar tarafından sınırlı sayıda yapılmış ürünler görsek de Adidas işi yavaş yavaş değiştiriyor. Rahatlığın ön plana çıktığı spor ayakkabıların kullanıcının ayak yapısına özel olarak üretilmesinin verimi artıracağı kesin. Adidas da Futurecraft 3Dismini verdiği projesiyle tam olarak bu rahatlığı hedefliyor. Adidas, 3D yazıcı ile basılmış olan tabanın ne kadar esnek ve rahat olduğunu gösteriyor. Ayakkabı çeşitli testlerden geçerek, tabanın sağlamlığı da kontrol ediliyor. 27.05.2016 127 Minik bir örnek Yeni Zelandalı Lance Abernethy bir fabrikada bakım mühendisi olarak çalışmakta. Minyatür tasarımlara oldukça ilgili olan Lance bu projesini gerçekleştirirken Ultimaker 2 yazıcısını kullanmış ve Onshape modelleme programını tercih etmiş. 0.04 katman yüksekliğinde ki modelini 0,25 çaptaki nozul kullanarak üretmiş. Yazıcısını 10 mm /sn gibi bir hızda çalıştıran mühendis tasarımını 25 dakikada tamamlamış. Matkap, iki yarımdan ve motor miline bastıran 3D yazıcı ile üretilmiş bir kovandan oluşur. Abernethy, gereken gücü işitme cihazlarında kullanılan pil, küçük bir düğme ve minyatür motordan almış. 27.05.2016 128 Bu tasarımın 3D yazıcı ile olan bölümü montaj kısmından daha kolay görünüyor. Matkap 17 mm yüksekliğe ve 7.5 mm genişlik gibi inanılmaz ölçülere sahip ve yumuşak objeleri delebilecek nitelikte. Bu kadar küçük boyutlarda çalışan mekanik bir tasarım gerçekleştirmek 3D yazıcılar ile neler yapılabileceğine güzel bir örnek olmuş. 27.05.2016 129 Gelecekteki uygulamalar Aditif üretimin kullanımı geniş ve sınırsızdır. Belki de yeni uygulamalar ve güçlü faydaları gerçekleştirmek için en önemli engel, yeni fikirler ve yöntemler kabul etmede bizim isteksizliğimizdir. Kurulu olan süreci ve prosedürleri değiştirmesi zordur. Ancak, ileri görüşlü bireyler yeni ve heyecan verici bir şekilde aditif süreçleri uyguladığında, şaşırtıcı sonuçlar elde etmek mümkündür. Within Technologies, kafes yapıları ve değişken yoğunluklu yüzey derileri optimizasyonu konusunda uzmanlaşmış bir yazılım şirketidir. Şirket çoğaltılmış mikroyapılar için yeni bir dizi araç geliştirdi. Bu tasarım danışmanlığı, genellikle kafesleri kullanarak, ağırlık, sertlik, maksimum deplasman gibi ampirik parametreleri alır ve özel tasarlanmış yapılar oluşturan biyo-ilham yapay zeka yazılımı geliştirdi. Ortak servis sağlayıcı 3T RPD ile, Within ısı değiştirici için kökten yeni bir konsept tasarlamış ve ortaya çıkartmıştır. 27.05.2016 130 Within Technologies’de tasarımcılar, geleneksel yollarla imal edilemez son derece kompleks yüzeylerin tasarımı için yeni yazılım araçlarını doğrulamada Aİ sistemlerini kullanıyor. Aşağıdaki resim metal sinterleme sürecinin avantajlarını göstermektedir ve aynı zamanda içindeki bitişik tüpleri destek verirken, modelin üst ve alt hem de asimetrik yük dayanıklılığı gösterilmiştir. 27.05.2016 131 Hızlı direkt imalat sistemlerinin imalat sektöründe kullanılan farklı terminolojilerine ait terimler: 27.05.2016 132 Tasarımcılar, CAD yazılımlarından yararlanarak 3D tasarım yapabilirler. Genelde çok karmaşık olmayan modellerin tasarım sürecinde, tasarım esnasında tasarım hataları görülebilir ve gerekli düzenlemeler yapılıp tasarım tamamlanır. Fakat karmaşık yapıya sahip 3D modellerin veya çok parçalı montaj gruplarında, montajın yapılabilirliği ve sistemin çalışabilirliği açısından 3D modellerin prototiplerini yapmak gerekir. Hızlı prototipleme, bu alanda tasarımcıların ihtiyacına cevap vermektedir. Prototip üretiminin amacı imalat öncesi, tasarımın doğruluğunun, estetikliğinin ve işlevsel yönden yeterliliğinin değerlendirilmesi, tasarlanan modelin üretilebilirliği, montaj edilebilme ve sökülebilme olanaklarının değerlendirilebilmesidir. Tasarımcılar 3D modellerin kısa bir süre içinde prototiplerini imal edebilmek için hızlı prototip cihazlarını kullanırlar. Bu cihazlar alışılmış imalat yöntemlerinde olduğu gibi dolu malzemeden talaş kaldırarak değil, sıfırdan katman oluşturarak ve katmanları üst üste ekleyerek prototip üretirler. 27.05.2016 133 Büyük miktarlarda yapılacak ürünlerin (büyük partiler veya seri üretim) tam kapasite üretim öncesi teknik ve ekonomik karakteristikleri tam olarak kontrol edilmelidir. Bu tür üretim, numuneler ve prototipler kullanılarak yapılır ve çoğunlukla birçok geliştirme basamağı gerektirir. (Şekil 1). 27.05.2016 134 Şekil 1. Seri üretilen bir ürünün adım adım geliştirilmesi 27.05.2016 135 Ön Tasarım aşamasında; •Tasarım modelleri ve geometrik prototipler kullanılır. genelde tek parça olarak üretilirler. Bunlar •Tasarım modelleri için yaklaşık boyutsal doğruluk istenir. Bu tip modeller yüksek görselliğe sahiptir. •Fonksiyonel ihtiyaçlar ikinci derecede önemlidir. 27.05.2016 136 Üretilecek eş parçaların birbirlerine fiziksel olarak uygunluğunun görülmesi, geometrik prototiplerle mümkün olmaktadır. Parçaların geometrik prototipleri montaj edilerek birbirlerine uygunlukları gözlenir. Uygun olmayan eş parçalar için geriye dönülüp, bilgisayar destekli tasarım modelinde gerekli düzeltmeler yapılarak tekrar prototipleri üretilir. Geometrik prototipler görsel olmalıdır, fonksiyonellik ikinci derecede önemlidir. Hızlı Prototiplemenin bazı uygulama alanları; ürün geliştirme, imalat için ürünlerin uygunluk kontrolleri ve montaj işlemleridir. 27.05.2016 137 Geometrik prototiplere örnekler 27.05.2016 138 Fonksiyonel test aşamasında fonksiyonel prototipler; • İşlem ve çalışma prensibinin kontrolü ve optimizasyon için kullanılır. Planlama sistemleri için üretim planlama alanında, üretim zincirinde, montaj işlem ve ekipmanlarında kullanılırlar. • Dış görünüş ve boyutsal toleranslar ikinci derecede önemlidir. Bu tür prototiplerde mekanik dayanım, estetiklik, sertlik, parçanın kimyasal ve ısıl dengesi fonksiyonel test için gereklidir. 27.05.2016 139 Fonksiyonel prototiplere örnekler 27.05.2016 HR. BÖRKLÜ – G.Ü. TEF Makina 140 Hızlı prototipleme, Bilgisayar destekli tasarım dosyalarından doğrudan fiziksel model üretmeye yarayan teknolojilere verilen genel isimdir. Bu üretim tekniğinde, modeller kendisini oluşturan malzemenin katmanlar halinde eklenmesi ve yapıştırılması ile oluşur. Bir parçanın geliştirilmesi sırasında, üretime geçmeden önce, parçanın prototipine sıkça gereksinim duyulur. Bu nedenle tasarım aşamasındaki parçanın birden fazla modelinin yapılması gerekebilir. 27.05.2016 141 Üretilen prototip türüne göre değişik muayene ve testler yapılması gerekir. Prototip üzerinde yapılan testler ile parçanın alması istenilen formu veya mekanik özellikleri belirle Bu amaçla prototip üzerinde karar verilen değişiklikler, parçanın CAD modelinde düzeltilerek tekrar prototipi veya son hali üretilir. 27.05.2016 142 Geleneksel yöntem ile hızlı prototipleme yönteminin farkı nedir? Geleneksel yöntem Üretim çıkaratılarak yapılır Çıkartmalı proses sınırlı 27.05.2016 Hızlı prototipleme Üretim katman katman eklenerek yapılır. Eklemeli proses sınırsız 143 Hızlı Prototiplemenin Kullanım Amaçları • Hızlı prototipleme teknolojileri ürün geliştirme süreçlerinde yaşanan problemlere çözümler getirmektedir. • Bilgisayarda çizilen tasarımların seri üretime geçmeden önce prototiplerinin hazırlanması ve bu prototiplerin çeşitli testlerden geçmesi gerekmektedir. Bu süreç geleneksel yöntemlerle yapıldığında günler hatta haftalarca sürebilir. Hızlı prototipleme ile bu süreç saatler içerisinde gerçekleştirilir. • Elde edilen prototipler hem görsel hem de fonksiyonel açıdan test edilebilir. Olası tasarım değişikliklerine bu prototipler üzerinden karar verilerek gerekli değişiklikler süratle uygulanır. 27.05.2016 144 Yeni ürün geliştirmede hızlı prototip imalatı sayesinde: Olabilecek tasarım hataları kısa zamanda tespit edilir. Ürünü en kısa sürede piyasaya çıkarabilmek mümkün olur. Prototipler kalıplar için master model olarak kullanılabilir. Prototipler, tasarım ekibi, imalat ekibi ve pazarlama ekibi arasındaki iletişimi ve ortak çalışma verimliliğini arttırır. 27.05.2016 145 Hızlı prototipleme ile üretilen parçaların kullanım alanları • Ürünün görsel kontrolü yapılır ve olası form hataları gözlemlenebilir. • Birden fazla komponent içeren ürünlerin birbirlerine geçme detayları ve parçaların uyumu kontrol edilebilir. • Mekanizmaların çalışabilirliği test edilebilir. 27.05.2016 146 • Çok parçalı bir montaj parçası çalıştırılabilir. tek seferde üretilip • Prototip modelleri kalıp yapımında master model olarak kullanılabilir. • Prototip modelleri kullanılabilir. 27.05.2016 hassas döküm işlemi için 147 Hızlı prototipleme teknolojileri günümüzde aşağıdaki alanlarda kullanılmaktadır. Bunlar; 1. Mühendislik: Doğru ve görsel karar verme mekanizması sağlamak için gerçek modelleme, prototip yapımı, kalıp tasarımı, analiz, tasarım döngüsündeki zamanı azaltmak, ürün geliştirmek, üretim maliyetini azaltmak, yeni ürünleri tanıtmak, mevcut ürün özelliklerini değiştirmek, kompleks parçaları üretebilmek, tasarım ve imalatın entegrasyonunu sağlamak. 2. Medikal: Vücut içinde teşhise yardımcı olan katı görüntüleme modelleri yapmak, tomografi verilerinden model ve protez yapımı. 3. Dental: Protez ve implant yapımı. 4. Kuyumculuk: Zahmetli el işçiliği gerektiren veya el ile yapımı mümkün olmayan karmaşık geometrili mücevherlerin yapımı. 5. Mimarlık: Topoğrafik modelleme. 6. Sanat: El ile imalatı mümkün olmayan ya da zor olan sanat eserlerinin yapılması. 7. Arkeoloji: Arkeolojik buluntuların modellerinin yapılarak sergilenmesi. 8. Matematik, Fizik, Kimya: 3D katı nesnelerin yapılması, karmaşık molekül yapılarının yapılması. 9. Eğitim: Görsel eğitim araç gereçlerinin yapılması 27.05.2016 148 MEDİKAL UYGULAMALAR 27.05.2016 149 HAVACILIK VE OTOMOTİV 27.05.2016 150 MOBİLYA 27.05.2016 151 SANAT VE MODA 27.05.2016 152 GIDA SEKTÖRÜ 27.05.2016 153 MİMARİ 27.05.2016 154 Hızlı prototipleme ile üretilebilecek parçalar • Hızlı prototipleme ile üretilebilecek parçalarda hemen hemen hiçbir sınırlama yoktur. Bilgisayarda 3 boyutlu olarak modellenmiş tüm parçalar bu yöntem ile üretilebilir. Parçalar birbirine kolaylıkla yapıştırılabildiğinden üretilmesi istenilen parçalarda boyut bir sorun oluşturmaz. 27.05.2016 155 • Esnek veya rijit, şeffaf ya da mat parçalar üretilebilir. • Parça istenildiğinde kolayca boyanabilir ve birebir ürün üzerinde de kullanılabilir • Kesilebilir, zımparalanabilir ve birbirine yapıştırılabilirler. 27.05.2016 156 Hızlı Prototipleme Maliyeti • Hızlı prototipleme ilk aşamada pahalı gelebilir. Fakat, hızlı prototipleme sayesinde haftalar sürecek işlemler saatler içerisinde tamamlanmaktadır. • Ürün hataları önceden anlaşılarak düzeltmeler önlenmektedir. çok daha pahalı • Bu gibi avantajlar göz önüne alındığında hızlı prototipleme kullanılarak yapılan üretim, işletmeye yarattığı görünen maliyetten çok daha büyük tasarruf sağlamaktadır. • Üretilen parçaların maliyeti parçanın boyutu, hacmi, şekli gibi pek çok faktörün etkisindedir. Bu yüzden gerçek maliyet, gerekli analizlerin yapılmasında sonra ortaya çıkmaktadır. 27.05.2016 157 Hızlı Prototiplemenin Avantajları Hızlı prototipleme sisteminin avantajları kısaca özetlenebilir: • Objelerin çok kısa süre içerisinde elde edilip test edilebilmektedir. Son yıllarda piyasaya sürülen ürünlerin hemen hemen hepsinde şekilsel karmaşıklıklar artmıştır. Buna karşın projelerin tamamlanma süresi artmamıştır. 1970’li yıllarda 4 hafta süren bir projenin tamamlanması, 1980’lerde 16 haftaya kadar çıkmış, fakat CAD/CAM ve CNC teknolojilerinin gelişmesiyle proje tamamlama süreleri 8 haftaya kadar indirgenmiştir. Hızlı prototipleme sistemlerinin gelişmesiyle de bu süre iki üç haftaya kadar düşmüştür. 27.05.2016 158 Hızlı Prototiplemenin Avantajları • Ürün tasarımcıları parça karmaşıklığını çok kısa bir sürede ve az bir maliyetle arttırabilmekte, değiştirebilmekte ve müşterinin talebine göre optimum parça dizaynını elde etmek amacıyla belirli kısıtlamalar getirebilmektedirler. • Sonuç olarak parça sayısını azaltarak, birkaç prototip üzerinde hatalar, eksiklikler görülebilmekte ve düzeltilebilmektedir. • Tasarım aşamasında da bir çok faydalar sağlamaktadır. Örneğin talaşlı işleme esnasında zorluk gösteren çok küçük açı veya delikler hızlı prototipleme yöntemleri ile rahatlıkla imal edilebilmektedirler. 27.05.2016 159 Hızlı Prototiplemenin Avantajları • En temel fayda maliyet yönündendir. İmalat mühendisleri, imal edilecek parçanın dizaynını ve imalatını minimize edebilmekte, imalat için işçiliği, kontrol ve montaj için de, maliyeti azaltabilmektedirler. • Dolaylı faydalar satıcıya ve müşteriye olmak üzere ikiye ayrılır. Satıcıya sağlanan fayda; ürünün pazara çıkma süresinin kısaltılması, dolayısıyla risklerin azaltılması yönündedir. Birkaç yıla yönelik müşteri talebi, ihtiyacı veya piyasa dinamiğinin değişkenliği ile ilgili planlar yapmaya gerek yoktur. Çünkü hızlı prototipleme sistemleri ürün üzerindeki değişikliğe çabuk adapte olan sistemlerdir. 27.05.2016 160 Hızlı Prototiplemenin Avantajları • Müşteri açısından ise, müşteri kendi arzu ve talebini karşılayan ürünü çok rahatlıkla uygun bir fiyata alabilmektedir. Çünkü geniş bir seçme alternatifi vardır. Hızlı prototiplemenin dezavantajları • Yüzey düzgünlüğü kabadır. (hassasiyeti az olabilir) • Çözünürlük geleneksel işlemeler kadar iyi olmayabilir. 27.05.2016 161 Üç Boyutlu Yazıcıda Kullanılan Malzemeler 3B yazıcılardan birden çok malzeme kullanılmasına rağmen, genellikle 2 tip malzemenin kullanılması daha yaygındır. 1. ABS Plastik ABS plastik(Akrilonitril Butadin Stiren), sert bir termoplastik polimerdir. Bir petrol ürünü olan ABS aseton ile çözülebilmektedir. ABS malzemesi kullanarak yazdırılan ürünler, 20 ile 80°C arasında kullanıma uygundur. ABS malzemesinin başlangıçtaki erime sıcaklığı 105 °C olmasından dolayı 80 °C üzerindeki bir sıcaklığa çıkılması durumunda yumuşama ve şekil bozulması yaşanabilir. ABS malzemesi yoğun güneş ışınlarına maruz bırakılırsa zarar görebilir. ABS yüksek dayanım ve darbe direnci nedeniyle üç boyutlu yazıcılarda sıkça tercih edilen bir malzeme türüdür. 27.05.2016 162 ABS malzemesinin negatif özelliği yüksek sıcaklığa maruz bırakıldığında HCN gazı çıkarmasıdır. Bu gaz az miktarda ortaya çıkmasına rağmen oldukça zehirli bir gazdır. Bundan dolayı üç boyutlu yazıcılar ile ABS kullanırken ortam havalandırılmak zorundadır. Katı halde yazdırılmış ürün olarak herhangi bir zararı yokken üç boyutlu yazıcı ile 230-250 derecede eritilirken HCN gazı açığa çıkarmaktadır. Başka bir negatif özelliği ise üç boyutlu yazıcıda kulanım sırasında PLA malzemesine göre çok daha yüksek sıcaklık gerektirmesinden dolayı daha zor bir kalibrasyon işlemi gerektirmesidir. 27.05.2016 163 ABS malzemesi ile iyi bir parça üretmek PLA malzemesine göre daha zordur. ABS malzemesinin yüksek sıcaklıkta yazdırılması nedeniyle büyük parçaların yazdırılması esnasında çarpılma riski bulunmaktadır. Oluşabilecek çarpılmaların önüne geçmek için ısıtıcılı yazma tablası kullanılması gerekmektedir. 27.05.2016 164 2. PLA Plastik Polilaktik Asit ise şu anki istatistiklere göre en çok kullanılan üç boyutlu yazıcı malzemesidir. Bu malzemenin tercih etmesinin başlıca sebebi düşük sıcaklıklarda eriyebilmesinden dolayı kolay çalışılabilir olmasıdır. PLA malzemesinin yazdırılırken çarpılma ihtimali çok daha düşüktür. Bundan dolayı da ısıtıcı tabla kullanılmasını zorunlu hale getirmemektedir. Polilaktik asit ABS malzemesinden farklı olarak petrolden değil de nişasta içeren ürünlerden elde edilmektedir. PLA malzemesi medikal sektöründe implant ve protezlerde sıkça kullanılmaktadır. insan vücudu içinde parçalanma süresi 6 ay ile 2 yıl arasında değişmektedir. 165 PLA malzemesinin negatif özellikleri ise ABS malzemesinden çok daha düşük dayanıma sahip olmasıdır. PLA malzemesinin yüksek sıcaklıklara malzemesine göre oldukça düşüktür. dayanımı ABS PLA malzemesinin erime sıcaklık aralığı ABS malzemesine göre daha geniş olmasından dolayı çarpılma ihtimali düşüktür. Fakat PLA malzemesinin yavaş sertleşmesinden dolayı yazım hızı arttırıldığında ortaya kötü sonuçlar çıkabilmektedir. Yazdırma işleminin hızını arttırabilmek için yazdırılan parça, bir fan yardımı ile soğutulabilir . 27.05.2016 166 “Esun3d” firmasına ait 3B Filament malzeme listeleri Color change ( Renk Değiştiren), PETG, PLA, ABS, HIPS, PVA, PC, Luminous (Parlak), Nylon (Naylon), Conductive (iletken), Wood (Ahşap), Flexible (Esnek), Cleaning, PLA/PC Alloy (PLA/PC Alaşımı), 3D yazıcılar ile kompozit malzeme üretimi PLA/ABS Alloy (PLA/ABS Alaşımı), PLA/POM Alloy (PLA/POM Alaşımı), PLA/HIPS Alloy (PLA/HIPS Alaşımı). 27.05.2016 167 27.05.2016 168 SLS yönteminde kullanılan malzemeler: Poliamid, polistren, karbon fiber ve alüminyum katkılı poliamid, polikarbonat, paslanmaz çelik, kobalt krom, nikel krom, titanyum, seramik SLA yönteminde kullanılan malzemeler: Reçine bazlı malzemeler, akrilik, e poksi, polipropilen FDM yönteminde kullanılan malzemeler: ABS, poliamid, polikarbonat, polietil en, polipropilen ve hassas döküm mumu. LOM yönteminde kullanılan malzemeler: Kâğıt, plastik köpük, metal ve seramik tozu emdirilmiş malzemeler 27.05.2016 169 SGC yönteminde kullanılan malzemeler: Fotopolimer, akrilik, mum MJM yönteminde kullanılan malzemeler: Parafin, mum, termopolimerler Polyjet yönteminde kullanılan malzemeler: Akrilik gibi termoplastikler, (elastomerler) 3DP yönteminde kullanılan performanslı kompozit malzemeler malzemeler: Yüksek EBM yönteminde kullanılan malzemeler: Kobalt krom ve titanium alaşımları, seramik 27.05.2016 170 Hızlı Prototiplemede temel işlem basamakları 27.05.2016 171 27.05.2016 172 Hızlı Prototiplemede temel işlem basamakları Bir hızlı prototip üretiminde ilk adım, herhangi bir CAD yazılımı ile veya bir lazer ya da optik bir tarayıcı yardımı ile tersine mühendislik yaparak parçanın 3D CAD modelinin oluşturulmasıdır. CAD yazılımları ile hızlı prototipleme makinaları arasında veri transferini sağlamak için bir veri ara yüzüne ihtiyaç duyulmaktadır. Bu veri ara yüzü STL (STereoLithography) formatıdır. CAD yazılımları tarafından oluşturulabilen, hızlı prototiplemede yaygın olarak kullanılan STL dosyaları, renk, doku veya diğer özniteliklerini temsil etmeyen 3Dnesnenin yalnızca yüzey geometrisini üçgen yüzeyler kullanarak tanımlar. Düz yüzeyler az sayıda üçgen yüzeyle tanımlanırken, radyuslu yüzeyler çok sayıda küçük üçgen yüzeylerden oluşur. STL dosya formatına çevrilen dosya, hızlı prototip sistemlerinin yazılımlarına aktarılır. STL dosya formatına çevrilirken modelde oluşabilecek hatalar kontrol edilir. 27.05.2016 173 Hızlı Prototiplemede temel işlem basamakları Çok kullanılan bazı programlarda nasıl .STL çıktısı alınır? SolidWorks ►File > Save as, ►Dosya tipini STL seçiniz, ►Options > Output as=Binary, Unit=mm, ►Resolution=Custom, Deviation Tolerance=minimum, Angle Tolerance=5 derece seçiniz, ►işlemi tamamlayınız. 3D Max ►İşlem yapacağınız objeyi seçin, ►File > Export, ►Açılan menüden dosyanın kaydedileceği ve sürücüyü ve dosya ismini belirleyin, ►Dosya türü olarak STEROLITHO.STL'yi seçin, ►Save diyip işleminizi tamamlayın. 27.05.2016 174 Hızlı Prototiplemede temel işlem basamakları Çok kullanılan bazı programlarda nasıl .STL çıktısı alınır? AutoCad ►Yukarıda belirttiğimiz gibi öncelikle datanız 3 boyutlu olmalı, ►Daha sonra modelinizi ana ekrana getirin, ►Facetres ayarını 10 yapın, ►Komut satırına STLOUT yazın, ►Objeyi seçin, ►Binary için Y seçin, ►Dosya adını girin. Unigraphics ►File >Export > Rapid prototyping, ►Output type=binary, ►Triangle tolerance=0,0025, ►Adjacency tolerance=0,12, ►Auto normal gen=on, ►Normal display=off, ►Triangle display=on, ►Bu değerler seçildikten sonra işlemi tamamlayınız. 175 Hızlı Prototiplemede temel işlem basamakları Üçüncü adımda model, makinenin özelliğine ve parça hassasiyetine bağlı olarak dilimlere bölünür. Her dilim, modelin ilgili kesit alanını temsil etmektedir. Dolayısıyla bir dilim kalınlığı iki kesit arası mesafe kadardır. Bu kesit alanları birbirlerinden bağımsız olarak fakat ardışık bir şekilde ele alınarak çeşitli tarama yöntemleri kullanılarak tarama yolları hesaplanır. 27.05.2016 176 Çok çeşitli şekillerde tarama yöntemleri mevcuttur. Belirli bir eksene veya modelin herhangi bir kenarına paralel veya açılı bir şekilde birbirine paralel hatlardan oluşan veya modelin dış konturları referans alınarak merkez noktasına doğru spiral bir şekil takip eden hatlardan oluşan tarama şekilleri vardır. Fakat genelde hepsinin ortak noktası, dış konturu takip eden bir hatla çevrelendikten sonra arada kalan boşluğun istenilen tarama metoduyla taranmasıdır. 27.05.2016 177 Dış konturların taranma şekli yüzey pürüzlülüğünü ve ölçüsel tamlığı birebir etkiler. Çünkü imalat aşamasında dilimler ele alınmaktadır. Sadece, başka bir dilim tarafından üzeri kapatılmamış dilimlerde dış konturların yanı sıra dilimin tüm alanının taranma şekli ve hassasiyeti parametreleri etkileyen önemli kriterlerdir. 27.05.2016 178 Dördüncü adım ise parçanın inşa edilmesidir. Birçok teknikten birini kullanarak, hızlı prototipleme makineleri katman katman modeli inşa eder. Kullanılan malzemeler ilk başlangıçta, sıvı, katı veya toz halindedir. Son ve beşinci adım ise parçanın makineden uzaklaştırılması, varsa destek malzemelerinin ayrılması, yüzey temizleme ve işleme, boyama vs. gibi işlemleri kapsar. 27.05.2016 179 Üç Boyutlu Yazıcılar İçin CAD Programları Üç boyutlu yazıcılar için bilinen tüm CAD programları uyumludur. Tek yapılması gereken herhangi bir CAD programında tasarımı yapılmış modelin STL formatında kaydedilip üç boyutlu yazıcı kontrol programına aktarılmasıdır. Aşağıda günümüzde yaygın olarak kullanılan ve bilinen birçok CAD programının isimleri verilmiştir. 1. Solidworks 2. Autodesk 3. AutoCad 4. Rhino 5. 3ds Max 6. Maya 7. ZBrush 8. Blender 9. Inventor 10. Mudbox 11. Creo 12. Modo 13. LightWave 14. Mathematica 15. Cinema4D 16. SketchUp 17.OpenSCAD 18. FreeCAD 19.TinkerCad.com 20. 3dtin.com 180 3B yazıcıların tarihi İlk üç boyutlu yazıcı Charles Hull tarafından 1984 yılında üretilmiştir. 1986 yılında üç boyutlu yazıcılar için ilk şirket kurulmuştur. 1988 yılında kurulan bu şirket tarafından geliştirilen SLA-250 adında ilk üç boyutlu yazıcı tanıtılmıştır. Ve yine aynı yıl içerisinde Selective Laser Sintering (SLS) ve Fused Deposition Modelling (FDM) teknolojileri keşfedilmiştir. 1993 yılında Massachusett Institute of Technology (MIT) iki boyutlu yazıcılarda kullanılan injet teknolojisinden yola çıkarak yeni bir teknoloji geliştirdi ve buna 3 Dimensional Printing (3DP) ismi verildi. İlk renkli baskılar bu yazıcılarda üretildi. 1995 yılında üç boyutlu yazıcıların satışı yapılmaya başlandı. 1996 yılında Z Corporation yüksek çözünürlüğe sahip ürünler üreten ilk üç boyutlu yazıcıyı tasarladı. Bu yazıcı aynı zamanda renkli basım yapabilme yeteneğine de sahipti. İlk 3boyutlu yazıcı, 1984 27.05.2016 181 2007 yılında Reprap adıya ilk açık kaynak kodlu yazıcılar piyasaya çıkmaya başladı. Dolayısıyla üç boyutlu yazıcıları geliştirme imkanı hızla arttı. 2008 yılında Object Geometries şirketi, Connex500 ile aynı anda farklı malzemeler kullanarak ürün üretebildi. 2009 yılından itibaren Makerbot ve 3D Systems‟in geliştirmiş olduğu Cubify gibi modeller sayesinde ev tipi üç boyutlu yazıcıların satışları giderek artmıştır. 27.05.2016 182 Video 27.05.2016 183 27.05.2016 184 Hızlı prototipleme sistemlerinde çok sayıda sınıflandırma yapılabilirken, bunlardan en iyisi, prototip üretiminde kullanılan malzemenin başlangıçtaki durumuna göre yapılan sınıflandırmadır. Buna göre hızlı prototipleme sistemleri: 1. Sıvı esaslı 2. Katı esaslı 3. Toz esaslı olmak üzere 3 gruba ayrılabilir. 27.05.2016 185 Hızlı Prototipleme Yöntemleri 27.05.2016 186 • Günümüzde hızlı prototip üretim teknolojilerinde çok büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. Otuzun üzerinde hızlı prototip teknolojisi vardır . Bunların bazıları ticari olarak kullanılmakta ve bazıları da laboratuvarlarda geliştirme aşamasındadırlar. • Hızlı prototip üretim teknolojileri, diğer klasik yöntemlerde olduğu gibi hammaddeden malzeme kaldırma yerine tabaka tabaka ekleme esasına dayanır. Bu yüzden Tabakalı İmalat Teknolojileri olarak da adlandırılmaktadırlar. Ders kapsamında yaygın olarak kullanılan 10 hızlı prototipleme yöntemi tanıtılacaktır. 27.05.2016 187 FDM Eritilmiş Malzeme Yığma ( Fused Deposition Modeling) 27.05.2016 188 • FDM prosesinde üç boyutlu nesneler doğrudan üç boyutlu CAD verisinden oluşturulurlar. • Sıcaklık kontrollü bir kafa vasıtası ile termo plastik malzeme katman katman makine üretim tablasına serilir. • Lif halinde termo plastik malzemeler eritilerek oluşturulan tabakanın aniden soğutulup bir önceki tabakaya yapıştırılması esasına dayanan bir sistemdir. FDM yöntemi ile çalışan hızlı prototipleme sistemi 27.05.2016 189 27.05.2016 190 • FDM prosesi bir STL uzantılı model dosyasının sistem yazılımına import edilmesi ile başlar. • Bu model konumlandırılır ve 0.13 ile 0.35 mm arasında değişen katmanlar halinde dilimlenir. • Parçanın pozisyonu ve geometrisine göre gereken yerler için destek yapıları oluşturulur. • Bu ön izlemeden sonra ve kafanın izleyeceği yolların çıkarılması ile veri FDM makinesine gönderilir. • Sistem her defasında bir katman oluşturacak şekilde x, y, z eksenlerinde hareket eder. 27.05.2016 191 Şekilde de görüldüğü gibi bir ruloya sarılmış plastik lif halindeki tabaka malzemesi, ısıtılmış FDM kafasına doğru beslenir. Ekstrüzyon memesi, CAD dosyasından aldığı parça ile ilgili bilgilere göre tabakaları üst üste oluşturmaya başlar. İşlem, parça bitinceye kadar devam eder. Katman katman serilen malzemenin katılaşması ile üç boyutlu model oluşturulur. 27.05.2016 192 Destek Yapıları FDM, el ile sökülebilen (BASS) ve su ile çözülebilen ( Waterworks) iki ayrı destek yapısı sunmaktadır. Waterworks karışımında su ile çözülebilen bir malzeme kullanılır. Böylece diğer teknolojiler için gerekli olan el ile işlemlere gerek kalmaz ve destek yapılarının parçanın ulaşılması zor, gizli yerlerinde oluşması bir problem teşkil etmez. Prototip, önemli detayları kaybolmadan, pürüzsüz ve temiz bir şekilde elde edilir. 27.05.2016 193 Stratays firması tarafından geliştirilen Dimension-uPrint hızlı prototipleme makinesi 27.05.2016 194 27.05.2016 195 • uPrint™ üretim malzemesi olarak ABSplus plastik kullanmaktadır. ABSplus, diğer üretim yöntemlerinde kullanılan malzemelere göre daha sağlam ve dayanıklıdır. ABSplus ile yapılan modeller test ortamında matkapla delme, zımparalama, kumlama, krom kaplama, boyama gibi fiziksel koşullara dayanabilmektedir. • uPrint™, tek aşamada 203 x 152 x 152 mm ebatlarında bir tasarımı, ABSplus malzemeden üretebilmektedir. Bu ebatlardan daha büyük olan tasarımlar, parçalar halinde üreterek kolayca bir araya getirilebilir. • Network Bağlantısı TCP/IP 100/10 base T • Uygun İşletim Sistemi Windows XP/Vista • Parça Boyutları Tek üretimde azami boyutlar 203 x 152 x 152 mm 27.05.2016 196 • Malzemeler ABSplus plastik malzeme fildişi rengi mevcuttur. • Destek Yapılar CatalystEX yazılımı parçanın bitirilebilmesi için gerekli olan bütün destek malzemeleri otomatik olarak oluşturur. Çözülebilir Destek Teknolojisi (SST) ile destek malzemesi el değmeden su içerisinde eriyerek temizlenir. • Malzeme Kartuşları 1 adet autoload kartuş ABSplus plastik 1 adet autoload kartuş çözülebilir destek malzemesi • Katman Kalınlığı Katman kalınlığı 0.254 mm'dir. • Boyut ve Güç Koşulları Boyutlar: 635 x 660 x 787 mm Ağırlık: 76 kg Güç Kaynakları: 220-240 VAC, 50/60 Hz, min. 7A 27.05.2016 197 • Fonksiyonellik ve Otomatik Operasyonlar: Prototip imalatı yapılacak olan modeller farklı CAD programlarında çizilebilir. *.stl formatında kullanılan yazılımdan export edilmelidir. Dimension tipi FDM teknolojisi ile çalışan hızlı prototipleme makinelerinin kullandığı format STL formatıdır. CatalystEX yazılımı otomatik olarak STL dosyalarını alır, parçayı çevirir katmanlara ayırır, destek malzemeyi oluşturur (gerekliyse) ve parçayı üretebilmek için bir işlem sırası oluşturur. Verimi arttırmak amacıyla birden fazla parça aynı anda üretilebilir. CatalystEX yazılımı sayesinde üretilebilecek parçalar sıraya konulabilir, işlem süresi önceden öğrenilebilir, ve malzeme seçimi yapılabilir. 27.05.2016 198 CatalystEX Yazılımı Ara yüzü 27.05.2016 199 Örnek bir modele ait destek ve model yapıları 27.05.2016 200 CatalystEX Yazılımı Ara yüzü 27.05.2016 201 CatalystEX Yazılımı Ara yüzü 27.05.2016 202 CatalystEX Yazılımı Ara yüzü 27.05.2016 203 Dimension serisi hızlı prototipleme makinelerinin karşılaştırılması 27.05.2016 204 FDM Teknolojisinde Kullanılan Malzemeler FDM teknolojisinde en çok kullanılan malzeme ABS’dir. Bununla birlikte Polikarbonat, PC-ABS karışımı ve polifenilsulfon malzemeleri de kullanılmaktadır. • ABS endüstride yaygın olarak kullanılan bir malzemedir. Yeni sunulan ABS ise, gama radyasyon ve etilen oksit ile sterilize edilebilme özelliği nedeni ile mühendislere çok özel uygulamalar yapma imkanı tanımıştır. Özellikle ışık geçirgenliği testi yapmak isteyen mühendisler testlerinde bu malzemeyi kullanabilmektedirler. 27.05.2016 205 PC : Sertlik, dayanıklılık ve ısıya direnç özellikleri nedeni ile başta otomotiv olmak üzere çok çeşitli alanlarda kullanılabilirler. PPSF :Yüksek ısıl ve kimyasal dayanımı olan bir malzemedir. Petrol ürünleri ve bazı kimyasallarla yapılan testlerde kolay kullanım avantajı vardır. FDM teknolojisi havacılık, otomotiv, dayanıklı tüketim malları, elektronik,oyuncak gibi çeşitli sektörlerde geniş kullanım alanına sahiptir. Son zamanlarda; medikal modelleme, biyomedikal araştırmalar, plastik cerrahi gibi alanlarda kullanılmaya başlanmıştır. 27.05.2016 206 Yandaki şekilde Stratasys firması tarafından imal edilmiş bir sandalye prototipi görülmektedir. Sandalye bir insanın yükünü kaldırabilecek kadar mukavimdir. Yandaki şekilde ise Polikarbonat malzemeden üretilmiş bir el aleti görülmektedir. Bu prototip, ergonomi testlerini yapmak üzere FDM teknolojisi ile üretilmiştir. 27.05.2016 207 Aşağıda verilen prototip modellerde ise, FDM teknolojisi ile üretilmiş ve montajı yapılmış bir dişli sistemi ile, diş hekimliğinde kullanılmak üzere imal edilmiş bir çene prototipi görülmektedir. 27.05.2016 208 FDM Tekniği ile Water Works destek malzemesi kullanılarak inşa edilen mekanizma 27.05.2016 209 SLA – Stereolitografi ( Stereolitographi Apparatus) 27.05.2016 210 SLA, CAD verisinden doğrudan 3D plastik parçalar üretir. SLA, mucidi Charles Hull’un çalışmasına dayalı 3D Systems tarafından 1988 yılında tanıtılan ilk hızlı prototipleme prosesidir. Proses, fotopolimer sıvı reçinenin bir tankın içine doldurulması ve bir hareketli platformun sıvı reçine yüzeyinin hemen altında yer alması ile başlar. Bilgisayar kontrollü tarama sistemi ile sıvı reçine yüzeyinde daha önceden yazılımla dilimlenmiş kesitlere karşılık gelen kısımlar, UV lazer ile katılaşır. Katman tamamlandığında, platform katman kalınlığı kadar alta çekilir. Katman kalınlığı 0.025 ile 0.5 mm arasında değişmektedir. Ortaya çıkan boş hacme tekrar vakumlu bıçak ile yeni bir kat sıvı fotopolimer kaplanır. Sonraki katman bir önceki katman üzerine oluşturularak tamamlanır. Malzemenin yapışkanlığı sayesinde katmanlar birbirine yapışır. İnşa süresince parçanın altlarında boş olan kısımlara parçanın oynamaması için destekler inşa edilir. İşlem sonrası destekler asıl parçadan ayrılırlar. SLA, son derece yüksek doğrulukta, yüzeyi düzgün olan ayrıntılı polimer parçalar üretebilir. Reçine esaslı malzemeler, polipropilen, akrilik ve epoksi kullanılabilir. İmal sonrası parçalar temizlik ve fırınlama işlemleri gerektirir. SLA yöntemi pek çok farklı malzemeden üretim seçenekleri sunar. 27.05.2016 211 Stereolitograpy, plastik prototip üretiminde yaygın olarak kullanılan hızlı prototipleme teknolojilerinden birisidir. Stereolitograpy teknolojisiyle, epoksi reçine malzemelerden üretilen parçalar yüksek hassasiyet değerlerine sahiptir ve aynı zamanda neme karşı da oldukça dayanıklıdırlar. Yüksek yüzey kalitesi ve hassasiyet değerleri bu teknolojiyi özellikle görsel uygulamalar için uygun hale getirmektedir. 27.05.2016 212 Bu sistem sıvı polimerlerin lazer ışını yardımıyla tabaka tabaka katılaştırılma prensibine dayanmaktadır. Lazer demeti, prototipin CAD verisi kullanılarak dilimlenmiş tabakaların çevre çizgilerini takip ederek tarama yapar. Daha sonra da iç kısımlar bu tarama örnekleri kullanılarak taranır. Kullanılan sıvı polimer, morötesi ışığa tabi tutulduğunda katılaşan veya kuruyan bir foto polimer malzeme elde edilmektedir. 27.05.2016 213 Asansör sıvı yüzeyinden alt tabaka kalınlığı kadar bir uzaklıkta yerleştirilmiştir. Bir tabakanın katılaştırılması tamamlandıktan sonra, asansörün dolayısıyla platformun bir tabaka kalınlığı kadar aşağı inmesi suretiyle diğer tabakalar benzer şekilde katılaştırılır. İşlem tamamlandıktan sonra parça sıvı haznesinden alınarak iç kısımlarda sıvı halde kalmış malzemenin de katılaşması için özel bir fırına konur. He-Cd lazeri sıvıyı görevini üstlenir. 27.05.2016 katılaştırma 214 He-Ne lazeri ise sıvı yüzeyinin doğru pozisyonda olduğundan emin olmak için kullanılır. Parçanın sıvı bir ortamda üretilmesi nedeniyle iç kısımlarda kalan sıvı bölgeler destek elemanlarını gerektirir. Destek elemanları parçanın daha rijit olmasını sağlar ve belli bölgelerde mukavemetsiz kısımların akmasını engeller. Bu elemanlar sayesinde parça, işlem bittikten sonra zarar görmeden platformdan alınabilecektir. 27.05.2016 215 Malzemeler SLA teknolojisinde kullanılır. Somos 10120 ve Somos 14120 malzemeleri Somos 10120: Kuvvetli, sert ve dayanıklı prototiplerin üretiminde yoğun olarak kullanılan yarı şeffaf bir foto polimer malzemedir. Bu malzeme özellikle şeffaflık gerektiren akış analizi, aydınlatma kanalları ve gerilme analizlerinde kullanılır. Bununla birlikte, yüksek sertlik değerine karşılık çok kırılgan bir malzeme olmaması nedeniyle, yüksek sertlik ve dayanım gerektiren birçok uygulamada kullanılabilir. Somos 14120: Düşük viskozite değerine sahip olup kuvvetli, sert ve suya karşı dayanıklı prototiplerin oluşturulduğu bir sıvı foto polimerdir. Malzeme gerçek plastik ürünlerdeki gibi donuk beyaz bir renge sahiptir. Suya karşı dayanım istenen parçalarda, küçük ve detaylı parçalarda, sert ve fonksiyonel uygulamalarda ve neme karşı yüksek dayanım istenen durumlarda kullanılabilir. 27.05.2016 216 Somos 14120 Düşük viskozite değerine sahip olup kuvvetli, sert ve suya karşı dayanıklı prototiplerin oluşturulduğu bir sıvı foto polimerdir. Malzeme gerçek plastik ürünlerdeki gibi donuk beyaz bir renge sahiptir. Suya karşı dayanım istenen parçalarda, küçük ve detaylı parçalarda, sert ve fonksiyonel uygulamalarda ve neme karşı yüksek dayanım istenen durumlarda kullanılabilir. 27.05.2016 217 Bir telefon CAD verisi ve buna bağlı olarak SLA ile inşa edilmiş telefon prototipi. 27.05.2016 218 Porshe firması tarafından geliştirilen bir motorun silindir başlıkları soğutma performansını test etmek için SLA teknolojisi ile üretilen bir prototip görülmektedir. Prototip şeffaf olduğu için soğutma sıvısına katılan hava kabarcıkları vasıtasıyla sıvının akışı başarıyla gözlenebilmiştir. 27.05.2016 219 SLA yöntemi ile üretilmiş bir silah prototipi 27.05.2016 220 27.05.2016 221 SLS – Seçici Lazer Sinterleme (Selective Lazer Sintering) 27.05.2016 222 Toz halindeki termoplastik malzeme, işleme bölümüne bir silindir yardımıyla düzgünce yayılır. Sonra, parça kesitine uygun numune, toz yüzeyinde lazerle çizilir. Amorf malzemede lazer ısısı, toz parçacıklarının eriyerek birbirlerine yapışıp kütle oluşturmasına neden olur. Bu işlem Eritme veya Sinterleme olarak tanımlanır. 27.05.2016 223 • Kristal malzemede ısı, toz tabakasının erimesine ve soğutulunca katılaşacak sıvıya dönüşmesine neden olur. • Her tabaka, üzerinde kalan tozla şekillenir. • Tüm tabakalar şekillendirildiğinde bitmiş parça, daha sonra alınacak olan serbest toz kalıbı içerisinde gömülü durumdadır. • Parça, hareket eden bir piston tarafından desteklenen toz silindirinde şekillendirilir. Silindir iki taraftan beslenen tozu içeren taşınabilir kartuşlarla kuşatılmıştır. • Tüm tabakalar işlendikten sonra, parça pistonu yükselir. Kalan toz, parça üzerinden bir spatula veya bıçakla alınır. 27.05.2016 224 Malzemeler SLS teknolojisinde Poliamid ve Alumide malzemeleri kullanılır. Poliamid: Bu malzeme ile yüksek mekanik ve ısıl dirence sahip fonksiyonel prototipler üretilir. Ayrıca, PoliAmid tozunun cam partikülleri ile karıştırılmasıyla elde edilen malzeme (PA-GF) ile üretilen prototiplerin ısıl dayanımı arttırılabilmektedir. Özellikle yüksek ısıl dayanım gerektiren fonksiyonellik testlerinde bu malzeme kullanılmaktadır. PoliAmid ayrıca birçok kimyasal maddeye direnç gösterir. Emdirme yöntemi ile su geçirmezlik sağlanabilmektedir. 27.05.2016 225 PoliAmid malzemenin biyolojik olarak uyumlu olduğu ve sağlığa ya da çevreye zararının bulunmadığı tespit edilmiştir. Alumide: Alumide ise alüminyum tozu ve PoliAmid tozunun karışımından oluşan, kolaylıkla işlenebilen ve yüksek sıcaklık derecelerine dayanım gösterebilen, metalik görünümlü parçaların imalatında kullanılan bir malzemedir. 27.05.2016 226 Yandaki şekilde SLS teknolojisi ile nylon malzemeden inşa edilmiş Belçika'nın Leuven şehrindeki 552 yıllık tarihi CityHall binasına ait 1/150 ölçekli bir model görülmektedir. Bu çalışma Leuven Üniversitesi (K.U. Leuven) Mimarlık Bölümünün aynı üniversitenin makine mühendisliği bölümü ile yaptığı işbirliği sonucunda Duraform (Nylon) tozundan 0.1 mm katman kalınlıklarıyla 4 partide toplam 100 saatte inşa edilmiştir. 244 x 100 x 349 mm ölçülerindeki bu model 7 parça halinde inşa edilmiş ve sonradan montajı yapılmıştır. 27.05.2016 227 27.05.2016 228 Naylon tozu kullanılarak üretilmiş olan bu motorlu testere plastik gövdesi direkt olarak testlerde kullanılabilecek mukavemete sahiptir. 27.05.2016 229 Fransız sanatçı Christian LAVIGNE'nin 3D CAD ile tasarladığı ve SLS cihazları ile polyamid malzemeden inşa ettiği orijinal eserler görülmektedir. 27.05.2016 230 Poliamid malzemeden üretilmiş endüstriyel bir model 27.05.2016 231 27.05.2016 HR. BÖRKLÜ – G.Ü. TEF Makina 232 SLS makinesi ile üretilen çeşitli parçalar 27.05.2016 233 POLYJET TEKNİĞİ 27.05.2016 234 Polyjet, hassas, detaylı ve üstün yüzey kalitesine sahip prototiplerin çok hızlı üretimine olanak tanıyan bir tekniktir. Bu teknoloji ile üretilen prototiplerin oldukça geniş bir uygulama alanı vardır. Tekniğin en önemli özelliği 16µm kalınlığında katmanlarla çalışabilmesidir. Bu özellik diğer yöntemlere göre en hassas ölçülerin ve yüzey kalitesinin elde edilmesine olanak tanımaktadır. Bu yöntem ile üretilen prototipler kolaylıkla yüzey iyileştirme (zımpara, boya, macun vb.) işlemleri görebilir ve yapıştırılabilirler. 27.05.2016 235 Bu teknikte oda sıcaklığında sıvı halde bulunan foto polimer hammadde enjeksiyon kafasındaki binlerce memeden püskürtülerek katmanların oluşması sağlanır . Püskürtülen hammadde Ultraviyole lambalar vasıtasıyla aynı anda dondurularak katılaştırılır. 16 mikron kalınlığındaki katmanlar bu şekilde teker teker oluşturularak prototip elde edilir. Model havada asılı duramayacağı için boşluklar destek malzemesiyle doldurulur. Bu destek malzemesi daha sonra suda çözdürülür ve fiziksel model elde edilir. 27.05.2016 236 Malzemeler • Polyjet teknolojisi ile üretilen prototipler, % 20 esneme ile tam yerine geçme (snap- fit) ve fonksiyonel özellikleri sergiler. • Malzemeler tam kürlendiği için ardıl işlem gerektirmemektedir. • Model yüzeyi zımparalama ve boyama gibi görselliği arttırmaya yönelik uygulamalar için son derece elverişlidir. • Model malzemesi işlenebilir, krom kaplanabilir, yapıştırılabilir ve kalıp üretiminde master model olara kullanılabilir. 27.05.2016 237 FullCure 720, Vero malzemeleri, Tango malzemeleri ve DurusWhite malzemesi kullanılır. FullCure 720 FullCure 720 Polyjet tekniği için geliştirilmiş transparan bir malzemedir. Akrilik esaslı bu foto polimer malzeme bir çok rijit parça üretimilerinde kullanılmakla birlikte özellikle sıvı akışının ve iç detayların gözlemlenmesi gereken durumlarda avantajlar sunmaktadır. Vero Malzemeleri Vero malzeme ailesi, hedeflenen ürünlere çok yakın görsel özellikler sunan opak model üretimlerinde kullanılmaktadırlar. VeroWhite, VeroBlack ve VeroBlue çeşitleri bulunmaktadır. 27.05.2016 238 Tango malzemeleri Kauçuk benzeri esnek malzemeler olan TangoBlack ve TangoGray, özellikle esnek hedef ürünlerin verdiği hissi elde etmekte kullanılmaktadır. Elektronik, ayakkabı, oyuncak gibi sektörlerde farklı uygulamalar için uygunluk gösterirler. TangoPlus üstün uzama, dayanıklılık ve parçalanma direnci özellikleri sunarak Tango serisinin uygulama alanlarını genişletmektedir. Bu malzeme conta, sızdırmazlık ürünleri, hortum, spor ayakkabı, oyuncak gibi sektörlerde geniş kullanım alanlarına sahiptir. DurusWhite DrusWhite malzemesi polipropilen benzeri görünüm, esneklik, dayanım ve sertlik gerektiren bir çok uygulamada kullanılabilmektedir. Otomotiv parçaları, laboratuar ekipmanları, hoparlör, geri dönüşümlü konteynırlar gibi uygulama alanları vardır. 27.05.2016 239 Tango Plus malzemeden üretilmiş esnek modeller. 27.05.2016 240 Vero White malzemeden üretilmiş el aleti, oyuncak 27.05.2016 241 Tango malzemelerinden üretilmiş prototipler 27.05.2016 242 Full Cure malzemeden üretilmiş prototipler 27.05.2016 243 Poly jet teknolojisi ile üretilmiş bir robot modeli 27.05.2016 244 27.05.2016 245 Katı Tabaka Kurutma Teknolojisi (SGC, Solid GroundCuring) 27.05.2016 246 SGC yönteminde, parça eksenlerinin tanımlanmasından sonra tabaka kalınlığı belirlenir. Sıvı haldeki maske fotopolimer malzemenin üzerine yerleştirilir ve sonra yoğun bir UV ışını katmanın üzerinden geçerek tabakayı katılaştırır. Katılaşmamış fotopolimer vakum sistemiyle alınarak düşük ergime noktasına sahip, suda eriyebilen bir mumla yer değiştirir. Parça, tabaka kalınlığını daha önceden tanımlanan değere indiren bir freze takımı ile işlenerek düzeltilir. Bu işlem model tamamlanıncaya kadar devam eder. Model oluşunca mum mikrodalga fırınında eritilir. İnşa malzemesi olarak akrilik,mum kullanılır. 27.05.2016 247 • Parçalarda iç gerilmeler çok azdır. • Modelin kütle merkezi ağırlıklar yerleştirilerek ayarlanabilir. • Aynı anda birden çok parça üretilebilir. • Destek gerektirmez. • Malzeme seçeneği azdır. • Bakım maliyeti yüksektir. • Gürültülü çalışır. • Makinenin boyutları büyüktür 27.05.2016 248 Tabakalı Yapıştırmalı Parça İmalatı (LOM, Laminated Object Manufacturing) 27.05.2016 249 Sistemin ana bileşenleri, platform üzerindeki ince levhayı ileri süren bir besleme mekanizması, ince levhayı alt katmana basınç ve ısıyla bağlamak için ısıtılmış bir silindir ve her katmanda parçanın dış hatlarını kesen bir lazerdir. Parça, lazerle kesilmiş yapışkan kaplanmış ince levhanın bir önceki katmanın üstüne yapıştırılması ile üretilir. Bir lazer, her katmanda, parçanın dış hatlarını keser. Her kesim işlemi tamamlandıktan sonra platform ince levha kalınlığı kadar genellikle 0.05-0.5 mm kadar aşağıya iner ve başka bir ince levha, besleme mekanizması yardımıyla daha önceki katman üstüne ilerletilir. Platform daha sonra hafifçe yükselir ve ısıtılmış silindir yeni katmanı yapıştırmak için basınç uygular. Lazer parça dış hattını keser. Bu işlem parça tamamlanana kadar devam eder (Şekil 7). Katman kesildikten sonra kalan ekstra malzemeler, parçayı üretim boyunca desteklemesi için yerinde kalır. 27.05.2016 250 27.05.2016 251 • LOM’da malzeme olarak kaplanmış kağıt, plastik köpük kullanılabileceği gibi seramik veya metal tozu emdirilmiş malzemeler de kullanılabilir. • Malzemenin kolay ve ucuz temin edilebilirliği yöntemi avantajlı kılmaktadır. • Tasarım ve parametrelerin doğru seçilmesiyle, her boyutta yüksek hassasiyete sahip prototip dışında yapısal ve işlevsel modeller de elde edilebilir. • Büyük hacimli parçalar yüksek hızla işlenebilmektedir. • Çevre dostu bir teknolojidir. 27.05.2016 252 Çok Jetli Modelleme (MJM, Multi-Jet Modelling) 27.05.2016 253 MJM tekniği, mürekkep püskürtmeli yazıcılardaki mürekkep püskürtmeye benzer bir teknikle yüzlerce nozula sahip baskı kafası kullanarak CAD verilerinden 3D plastik modeller üreten bir hızlı prototipleme tekniğidir. Bu teknikte mum benzeri termoplastik 300 dpi ve daha yüksek bir çözünürlükte ısıtılmış bir baskı kafası ile ince damla olarak püskürtülür ve hemen UV ışığı ile kürlenen malzeme sıcaklıkla katılaşır. Çıkıntılar için, düşük erime noktalı balmumundan yapılan, sonradan elle veya sıcak havayla uzaklaştırılabilen destek yapısı inşa edilir. İlk katman tamamlandıktan sonra platform Z ekseninde aşağıya iner ve diğer katman inşa edilir. Bu proses model bitene kadar tekrarlanır. Yazıcı kafası X-Y ekseninde hareket ederken üretim tablası Z-ekseninde hareket eder 254 Biten modeller çok kolay bir şekilde makineyle işlenebilir, yapıştırılabilir veya kaplanabilir. Bu metotla telkari gibi yüksek detaylı parçalar, konsept modeller ve tasarım prototipi üretmek mümkündür. Gerekirse bu modelden örneğin bir vakum döküm yöntemi kullanılarak kalıp üretilebilir. Bu teknoloji ile sert, esnek, siyah, şeffaf, yüksek sıcaklığa dayanıklı plastik parçalar üretilebilir. 27.05.2016 255 Şekil Biriktirme İmalatı (SDM, Shape Deposition Manufacturing) 27.05.2016 256 SDM, hassas malzeme işleme prosesinin avantajları ile katmanlı imalatın avantajlarını birleştiren hızlı prototipleme prosesidir. Malzeme, yığma istasyonunda platform destek yüzeyleri arasına yığılır. Yığma proseslerinden biri mikrodöküm denilen kaynak tabanlı yığma prosesidir ve son yüzey nete yakın görünümdedir. Daha sonra şekillendirme istasyonuna alınır ve burada genellikle 5 eksenli bir CNC işleme merkezinde son şekil vermek üzere işlenir. Buradan parça, malzeme yığma ve işleme esnasında oluşan gerilmeleri almak üzere bilyalı dövme (shot-peening) gibi işlemleri uygulamak üzere gerilme giderme istasyonuna transfer edilir. Proses parça tamamlanana kadar tekrarlanır. Geçici destek malzemelerinin uzaklaştırılmasından sonra parça son şeklini alır. Destek malzemeleri eritme ya da aşındırma işlemi ile modelden ayrılır. 27.05.2016 257 SDM teknolojisinde metal, plastik ve seramik tozlardan, doğrudan kullanılabilecek fonksiyonel parçalar üretilebilir. SDM de mikro döküm yığma prosesi dışında, farklı malzemeleri kullanmaya olanak sağlayan bir çok alternatif proses mevcuttur. 27.05.2016 258 Üç Boyutlu Yazıcı Teknolojisi (3D Printing) 27.05.2016 259 3DP teknolojisi, sıvı bir bağlayıcı yardımıyla, üretim tablasına yığılmış toz katmanını katılaştırarak 3D fiziksel prototip üretir.3D yazıcı, yığılmış gevşek tozun üzerine mürekkep püskürtmeli yazıcı kafasından bağlayıcı püskürtür. Bu şekilde tozlar birbirine bağlanır ve her katman için bu işlem devam eder.Çok renkli parçalar için, yazıcı kafalarından birisinde, farklı renkte bağlayıcı bulunur. Bu şekilde parçanın farklı bölgelerine farklı renkler uygulanabilir. Her katman bitiminde üretim pistonu aşağıya iner ve üretim tablasına yeni toz katmanı serilir. Proses parça bitene kadar tekrarlanır. Prototip tamamlanınca destek görevi üstlenmiş tozlar vakum emici ile emilir (Şekil 11).Sağlam prototipler üretmek için, parça çok kısa bir süre (~3sn) reçine içine batırılabilir ve 70C ye ayarlanmış bir fırında 1-2 saat bekletilir. 3DP prosesinde model malzemesi olarak yüksek performanslı kompozit toz kullanılır. 27.05.2016 260 27.05.2016 261 27.05.2016 262 27.05.2016 263 Elektron Işınlı Ergitme (EBM, Electron Beam Melting) 27.05.2016 264 EBM teknolojisi, tamamen yoğun metal tozlarını güçlü bir elektron ışını ile eriterek katman katman inşa eden bir prosestir. Her bir katman, bir CAD modeli ile tanımlanan geometriye göre eritilmektedir. Bu teknolojide, yüksek erime kapasitesi ve yüksek verimlilik için gerekli olan enerjiyi üreten yüksek güçlü bir elektron ışını kullanılmaktadır. Elektronlar> 2500 °C'ye kadar ısıtılan bir filamandan yayılır. Elektronlar toza vurduğunda kinetik enerji ısıya dönüşür. Bu ısı metal tozunu eritir. (Şekil 12). Elektronlar ışık hızının yarısı kadar hızla anota doğru hızlandırılmaktadır. Elektron ışını son derece hızlı ve doğru ışın kontrolü sağlayan elektromanyetik bobinler tarafından yönetilmektedir. Ergitme bittikten sonra tabla dikey yönde aşağı iner ve yeni metal tozu katmanı serilir. Bu işlemler model tamamlanıncaya kadar devam eder. Döküm ve dövmeden daha iyi malzeme özelliklerine sahip ve üzerindeki gerilmeler giderilmiş şekilde parçalar üreten EBM teknolojisi, vakum ve yüksek sıcaklıkta gerçekleşir. 27.05.2016 265 Vakum sistemi tüm üretim boyunca 10-5mbar ve daha iyi basınç sağlar. Bu yöntemde metal (kobalt krom ve titanyum alaşımları) ve seramik malzemeler kullanılabilir. Yüksek mukavemeti, düşük yoğunluk ve üstün korozyon direnci ile titanyum ve alaşımlarıda, cerrahi ve tıpta, havacılık, otomotiv, kimya tesisi, enerji üretimi, spor ve diğer büyük endüstrilerde kullanılmaktadır. Bu yöntemle üretilen parçalar direkt kullanılabilir. Bu teknoloji, EBM makinelerine ek olarak kolay ve güvenli kullanım için yardımcı donanımlara ihtiyaç duyar. Bunlar patlamaya karşı korumalı elektrikli süpürge, toz taşıma arabaları ve toz geri kazanım sistemidir. 27.05.2016 266 3D Printer Geleceği 27.05.2016 267 Sektörde 3D yazıcıların kullanım oranları 27.05.2016 268 3 boyutlu yazıcıların uyum sürecinde belirleyici faktörler 27.05.2016 HR. BÖRKLÜ – G.Ü. TEF Makina 269 Objet ınc Tuan Tranpham tarafından yayımlanan bir bilgi matrisi, eklemeli üretim sektöründe çeşitli rol oyuncuları karşılaştırmak için yardımcı olmaktadır. Yatay eksende, soldan sağa doğru, fiziksel parça üretiminde 3D içerik elde edilmesinin gelişim aşamalarını gösterir. Dikey eksende ise aşağıdan yukarıya doğru, sunulan çeşitli teknolojilerin her biri için kullanıcı gruplarını farklı olarak kategorileştirmiştir. 27.05.2016 270 Dünyadaki 3B yazıcı firmaları 27.05.2016 271 Dünyada en çok satılan 3B yazıcılar 27.05.2016 272 TERSİNE MÜHENDİSLİK (REVERSE ENGINEERING) 27.05.2016 273 Tersine Mühendislik, bir makineyi veya nesneyi kopyalamak veya geliştirmek amacıyla veya çalışma prensibini belirlemek amacıyla parçalara ayırmak olarak da tarif edilmektedir. Bu tarif, özde yanlış olmamakla birlikte eksiktir. Tersine Mühendislik, var olan bir nesnenin tasarım bilgilerinin bulunmadığı durumlarda, nesneyi yeniden üretebilmek veya geliştirebilmek amacıyla, ürünün üç boyutlu uzayda sayısal tasarım bilgilerinin elde edilmesidir. Bilgisayar destekli tasarım (CAD) daha popüler hale geldikçe, tersine mühendislik, 3D bilgisayar destekli tasarım (CAD), bilgisayar destekli üretim (CAM), bilgisayar destekli mühendislik (CAE) ve diğer yazılımlarda kullanılmak üzere, varolan parçaların üç boyutlu sanal modellerinin yaratılması için kullanılabilir bir metot haline gelmiştir. 27.05.2016 274 Tersine mühendislik süreci 27.05.2016 275 Tersine mühendislik süreci 27.05.2016 276 Tersine mühendisliğin ortaya çıkmasının en yaygın sebepleri • • • • • • • • Üreticinin bir parçayı uzun zamandır üretmemesi ve tekrar üretmek istemesi, Orijinal tasarımının yetersiz dokümantasyona sahip olması, Bir ürünün orijinal üreticisinin artık bulunmaması fakat müşterilerin bu ürüne ihtiyacının olması, Ürünün orijinal dokümantasyonunun kaybolması veya hiç var olmamış olması, Ürünün bazı kötü özelliklerinin yeniden tasarlanmasına ihtiyaç duyulması, Ürünün uzun süreli kullanımına dayanarak ürüne ait iyi özelliklerin güçlendirilmesi, Rakip ürünün iyi ve kötü özelliklerinin analiz edilmesi, Ürünün performansını ve özelliklerini geliştirmede sonuca götürecek yeni yolların keşfedilmesi, 27.05.2016 277 Tersine mühendisliğin ortaya çıkmasının en yaygın sebepleri • Rakip ürünlerin anlaşılması ve daha iyi ürünlerin geliştirilmesinde rekabete dayalı kıyaslama metotlarının elde edilmesi, • Orijinal CAD modelinin değişikliklere ya da güncel üretim yöntemleri için yeterli olmaması, • Orijinal üretici firmanın ek/yedek parçalar sağlamada yetersiz ya da isteksiz olması, • Orijinal üretici firmanın parça sağlamada aşırı ücret talep etmesi, • Modası geçmiş parçaların ya da eski üretim işlemlerinin bugünkü ve daha ucuz teknolojilerle güncellenmesi. 27.05.2016 278 Endüstri tersine mühendisliği günümüzde aşağıda belirtilen 6 sebepten dolayı kullanmaktadır. • CAD yazılımlarında modellenmesi zor olan serbest formların oluşturulması • Data aktarımlarında çıkabilen engelleri aşmak • Bir CAD yazılımı ile tasarlanması imkansız veya çok zor olan karmaşık geometriye sahip 3D modelleri oluşturmak • Orijinal CAD modeli ile islenen kalıp veya üretilen parça arasındaki uyumsuzlukları gidermek • Ergonomik tasarım, aerodinamik gibi alanlarda yenilikleri hızlandırmak • Bilgisayar destekli mühendislik analizleri için kalite ve performansı sağlamak. 27.05.2016 279 Tersine Mühendislik Uygulamalarının en önemli elemanları şunlardır, Sayısallaştırışı/ tarayıcılar Tersine mühendislik yazılımları Hızlı prototipleme makineleri 27.05.2016 280 3D sayısallaştırma/tarama sistemleri iki ana gruba ayrılır: Temas ederek (Problu) ölçüm ve sayısallaştırma/tarama yapan cihazlar Temas etmeden ölçüm ve sayısallaştırma/tarama yapan cihazlar Lazerli Kameralı (Topometrik Görüş) sistemleri 27.05.2016 281 Temaslı Sistem: Dokunmalı ya da diğer adıyla prob’lu sistemler, mekanik kollu sistemler ve CMM’dir. Birkaç eksenli mekanik kolun ucuna takılmış bir ölçüm probu sayesinde, koordinatları istenen noktaya dokundurulan prob ile noktanın koordinatları hassas biçimde ölçülür. Bu sistemlerle yüzey bilgisi değil istenen belirli sayıda noktanın koordinatları elde edilebilmektedir. Problu sistemin dezavantajı, ölçüm alınabilmesi için probun yüzeye değme zorunluluğunun olmasıdır. Bu zorunluluk parçanın karmaşık şekilli olması durumunda, istenen değerlerin alınamaması sonucunu doğurabilir. 27.05.2016 282 27.05.2016 283 27.05.2016 284 Temazsız Sistemler: Lazerli sistemlerde, ölçüm/sayısallaştırma/tarama bir lazer hüzmesi kullanılarak gerçekleştirilir. Parçanın ölçüm yapılmak istenen bölgelerine yollanan lazer ışını, kaynaktan gidiş ve dönüş zamanının, ışığın hızıyla çarpılması sonucu otomatik olarak hesaplanır. Koordinatlar yine kolun üzerindeki bir adım koordinat belirleyici sayesinde alınır. Lazerin doğrusal hareket ettiği dikkate alındığında düz-yüzey tabir edilen yumuşak yüzeyli (Arabaların kaportaları vb.) yüzeyler için oldukça idealdir. Ancak, karmaşık parçalar için, önerilen bir sistem değildir. Bunun nedeni ise lazer ışınının geri dönmesinin söz konusu olamayacağı karmaşık şekilli ve içsel (delik içerinde) unsurları bulunan nesnelerin katı modelinin oluşturulması ya da ölçümlerinin yapılmasında neden olduğu zorluktur. Bu sistemde veri toplanması, ilerleyen bir lazer ışınının, kusursuz üçgen tekniği olarak adlandırılan bir yöntem ile geri dönmesi sayesinde sağlanabilir. 27.05.2016 285 Topometrik (Kameralı) ölçüm/sayısallaştırma/tarama sistemlerinde, bir üç-ayağın üzerine sabitlenmiş olan ölçüm/sayısallaştırma/tarama kafası, hedef parçanın yaklaşık 70-100 cm kadar ön tarafında tutulur. Ölçüm/sayısallaştırma/tarama sırasında parçanın yüzeyine kenar oluşumlarının izdüşümlerinin yansıması sağlanır ve bu izdüşümleri, ölçüm kafası içerisine sabitlenmiş olan bir kamera tarafından kaydedilir. Dijital görüntü işlemcisinin yardımıyla üç boyutlu koordinatlar yüksek bir hassasiyetle hesaplanır. Nesnenin tamamının sayısallaştırılması/taranması, birçok ayrı ölçümlerin bir araya getirilmesi ile oluşur ve bazen birden fazla görüş açısı veya bir başka deyişle kamera kullanılması gerekebilir. Günümüzde, computer-vision yazılım ve donanım teknolojisinin gelişimi zor (free form veya sculptred surfaces) yüzey ve unsurlara sahip nesnelerin modellerini oluşturulmasını mümkün kılmaktadır. İş parçasına temas etmeden çalışan algılayıcılar çok kısa bir sürede tamamlanabildiği halde, mekanik problu temaslı algılayıcılar ihmal edilemeyecek bir zaman kaybına neden olunmaktadır. Fiyat bakımından incelendiğinde temassız algılayıcıların diğerlerine göre oldukça ucuz olduğu görülecektir. 27.05.2016 286 Next-Enginee ile yüz tarama 27.05.2016 287 Tersine Mühendislik İçin Kullanılan Yazılımlar • • • • • • CappsNT, Geomagic Studio, RapidForm, CopyCAD, Imageware RapidWorks (Next Engine) (https://www.youtube.com/watch?v=s-dV41j6JB4) rapidWorks eğitimi (https://www.nextengine.com/products/rapidworks/specs/file-formats) Bu yazılımlar ile fiziksel bir nesnenin üç boyutlu tarama verisi islenerek üretim için gerekli yüksek hassasiyet ve kalitede CAD modeli elde edilebilir. Yazılımlar, ayrıca daha ileri düzeyde çözümler elde etmek için sayısallaştırma sistemleri ile birlikte kullanılabilir. 27.05.2016 288 Su pompası manifoldunun tersine mühendislik örneği http://www.deskeng.com/de/nextengine-3d-scanner-reverse-engineers-classic-bugatti-part/ 27.05.2016 289 27.05.2016 290 27.05.2016 291 Üç boyutlu tarama ve algılama cihazları ile elde edilen NOKTA BULUTLARI, bu yazılımlar ile birlikte anlamlandırılır; taranmış nokta verilerden aralıksız üçgen hücrelerden oluşan modeller elde edilir (triangulation/polygonisation) ve daha sonra uygun yüzeyler giydirilir. Doğrulama aşamasından sonra, BDT/BDÜ süreçlerinde kullanılabilecek uygun bir formatta kaydedilir. 27.05.2016 292