En basit haliyle üç boyutlu yazıcı, bilgisayar ortamında saklanan verinin fiziksel gerçek
nesnelere dönüştürülmesini sağlayan cihazlardır.
Bu teknoloji aynı zamanda, geleneksel imalat yöntemleri ile elde edilemeyecek geometrileri de üretebilmektedir. Geçmişine baktığımız zaman ilk örnekleri 80’li yıllarda ortaya çıkmıştır. Son yıllarda ise hızlı prototip alanında fazla ilgi görmesi, pratik elde edilebilir bir forma kavuşması ile yaygınlaşmaya başlamıştır.
3 boyutlu üretim olarak da adlandırılan bu teknoloji, masaüstü imalat ya da eklemeli üretim (additive manufacturing) olarak da kabul gören üretim biçimidir.
Bu yazıcılar, üretimi gerçekleştirebilmek için birçok farklı teknoloji kullanabilmektedirler. Teknolojiler arasındaki farklılıklar genellikle katmanların nasıl oluşturulduğu ile alakalıdır. Üç boyutlu yazıcıların kullandığı teknolojilerin çalışma prensipleri ve temel özellikleri detaylı olarak aşağıda açıklanmıştır.
Birleştirmeli yığma modeli – FDM (Fused Deposition Modelling)
En çok tercih edilen ve kabul gören modeldir. Birleştirmeli yığma modeli olarak adlandırılan yöntem aslında bir baş bölümün üç eksen üzerinde yaptığı harekete göre geliştirilmiştir. Yatay ekseni temel alarak baş bölgenin üçüncü eksende yığma yaparak modeli oluşturmasıdır. Baş bölüm ısı ile polimer malzemeleri eriterek şekillendirmeyi yapmaktadır. Bu işlem için en çok tercih edilen polimer malzemeleri Polilaktik Asit (PLA) ve Akrilonitril Butadin Stiren (ABS)’dir. Plastik malzemeler grubunda en yüksek malzeme mukavemetine bu teknoloji ile ulaşılmaktadır. FDM teknolojisinde sarkıt tipi havada asılı duran yapıların üretilmesi oldukça sıkıntılı olabilmektedir. Yapının açısı nedeni ile herhangi bir destek malzemesi kullanılmasına gerek olmasa da en alt katmanda malzemenin az olması nedeni ile, üzerine yığılan diğer katmanları taşıyamaması ve çarpılması söz konusudur
Poly Jet modeli (Eklemeli üretim – Additive modelling)
Poly jet teknolojisi, mürekkep püskürtmeli (inkjet) yazıcıların kullandığı yapıya benzetilebilir. Bu teknolojide katman 16 mikron ve 0.1 mm oranında yumuşak yüzeyler elde edilebilir. Malzeme desteği daha geniş çapta ve karmaşık şekillerin üretimi konusunda daha elverişlidir. Çözünürlük oranı daha yüksek olduğu için üretilen ürün, prototipten çok ticari bir ürün gibi nitelendirilebilir.
Seçici Lazer Sinterleme – SLS (Selective Laser Sintering)
1980’lerin ortalarında, Teksas Üniversitesi bünyesinde Joe Baeman tarafından geliştirilmiş bir teknolojidir. Üretim metodolojisi; toz metallerin ısı ve basınç altında katı cisimlere
dönüştürülmeye dayanılmaktadır.
Sinterleme için farklı çözümler kullanılabilir. Lazer bunlardan biridir. Lazer ışını malzeme tozları üzerine, çok hızlı bir şekilde yansıtılarak katmanlar oluşturulur. Lazer ışını, lazer tarayıcı denen bir parça vasıtası ile insan gözünün algılamakta güçlük çekebileceği hızlarda, katmanları oluşturabilmektedir. Bu teknolojide kullanılan lazer gücüne bağlı olarak metal, plastik ve seramik olmak üzere neredeyse birçok farklı malzeme ve malzeme karışımlarını kullanılabilmektedir
SLS teknolojisinde FDM den farklı olarak parçalar ham madde olarak kullanılan toz içine gömülü olarak üretilmektedir bu nedenle birçok modelde destek malzemesi kullanılma ihtiyacı ortadan kalkmaktadır. Ancak FDM ile karşılaştırıldığında oldukça yavaş bir yöntemdir. Bunu sebebi ise her katman için düzgün bir toz yüzeyi serilmesi gerektirmesidir. Tozun düzgün serilebilmesi için serici kafa oldukça yavaş hareket etmektedir, bu durumda toplam üretim süresini arttırabilmektedir. SLS teknolojisi bu endüstride en çok kafa karıştıran yöntemlerden biridir. Bunu sebebi birçok farklı şirketin bu yöntemi farklı isimlerle lanse etmesidir.
SLS teknolojisinin en büyük avantajı, kompleks geometrileri üretiminde yarattığı kolaylıktır. Destek yapısı gerektirmediği için ortaya çıkan model oldukça temiz ve son halidir. Bu nedenle, ön seri imalata olanak tanır.
Her ne kadar ilk olarak bahsedilen üç teknoloji kadar yaygın olmasalar bile üç boyutlu yazıcılar için geliştirilen başka teknolojiler de vardır. Kurulum maliyeti ve sahip olma bedelinin yüksek olmasından ötürü daha az tercih edilmekte olan bu tekniklerden bazıları aşağıda özellikleriyle birlikte sıralanmıştır.
Tarayarak Işıkla Kürleme Tekniği-SLA (Stereo Lithography Apparatus)
Bu yöntem yüksek doğrulukta ve detayda üretim olanağı sağlamaktadır. Çıktı olarak yüzeyi düzgün polimer parçaları elde edilebilir. Bu alanda öncü çalışmalar yapan, SLS teknolojisinin de geliştirme haklarına sahip “3D Systems” şirketi tarafından geliştirilmiş bir yöntemdir. Yöntemin en büyük avantajı çok farklı türlerde malzemelerle üretim seçenekleri sunmasıdır. O nedenle, taşımacılıktan, rekreasyon, sağlık ve tüketim mallarına kadar farklı alanlarda üretim imkânı tanımaktadır.
Tabakalı Yapıştırmalı Parça İmalatı (LOM, Laminated Object Manufacturing)
Çevre dostu bir teknoloji olan LOM, aynı zamanda hızlı üretim içinde olanak sağlamaktadır. Bu teknoloji içerisinde, kaplanmış kâğıt, plastik köpük kullanılabileceği gibi seramik veya metal tozu emdirilmiş malzemeler de kullanılabilmektedir. Geri dönüşüm malzemeleri ile de üretime olanak sağlamaktadır. Tasarım ve parametrelerin doğru seçilmesiyle, her boyutta yüksek hassasiyete sahip yapısal ve işlevsel modeller de üretilebilmektedir.
Bağlayıcı püskürtme tekniği (Binder Jet)
Z Corporation tarafından geliştirilen ve patentli bir teknik olan bağlayıcı püskürtme temel olarak bakıldığı zaman mürekkep püskürtmeli yazıcılar gibi çalışmaktadır. Bu teknikte toz yatağı boyunca bir sıvı bağlayıcı madde biriktirilerek model elde edilir. Toz her yeni tabakanın Üç Boyutlu Yazıcı Teknolojilerinin oluşturulması için bir silindir ile yayılır. Bu tabakaların birikmesi ile model meydana gelirken destek malzemeleri direk modelden hızlı bir şekilde ayrıştırılabilir.
İncelenen üç boyutlu yazıcı teknolojileri, çalışma esası, malzeme kalınlığı, çözünürlük gibi
kriterlere göre aşağıdaki tablo içerisinde karşılaştırılmıştır.
