Blog / Sanayi Üretiminde Çığır Açan Teknolojiler Üç Boyutlu [3D] Yazıcılar
Sanayi Üretiminde Çığır Açan Teknolojiler Üç Boyutlu [3D] Yazıcılar
Dr. Mustafa Kemal AKGÜL / Daire Başkanı (Verimlilik Genel Müdürlüğü)
Giriş
Değerli okuyucular, bu sayımızda yeni bir konuyla sizinle buluşmaktayız. “Sanayi Üretiminde Çığır Açan Teknolojiler Üç Boyutlu [3D] Yazıcılar” başlıklı yazımızda, kuramsal (teorik) ve ilk örnek (prototip) çalışmaları yaklaşık 50 yıldan fazladır sürmekte olan, sanayide kullanımı ise son on beş yıldan bu yana yoğun olarak artmış bulunan üç boyutlu yazıcıların sanayi üretiminde nasıl çığır açmakta olduğunu sizlerle paylaşacağız.
Dün için bir hayal gibi olan “Üç boyutlu uzayda ne tasarlıyorsanız onu görünür hale getirebilirsiniz?” gibi iddialı bir sözün günümüzde gerçekleşebileceğini kim düşünebilirdi ki? İşte 3D yazıcılar artık buna imkân verebilmektedir. Sanayinin gelişimi ve bununla yakın ilişkili olan teknolojiyle ilgili her yazının içinde rekabete değinilmesi kaçınılmazdır. Sanayinin gelişmesi ve rekabeti teknolojik gelişmelerle doğrudan ilgilidir. Teknolojik gelişmeler ise temel bilimler ve bunların birbirlerini etkilediği çoklu bilim disiplinlerinde ortaya çıkan kuramsal (teorik) çalışmaların uygulanabilir hale getirilmesiyle mümkün olabilmektedir.
Tasarım ise kurgulanan teknolojilerin hayat bulmasının temeli sayılmaktadır. İşte tam da bu aşamada bilgisayar ortamında geliştirilen 3D tasarım yazılımları ve burada oluşturulan 3D tasarımları yine 3D tasarım ürününe dönüştüren üç boyutlu yazıcılar araştırmacıların, yenilikçi (inovatif) çalışma yapanların hayatlarını inanılmaz ölçüde kolaylaştırmaktadır. Eskiden ayları alan tasarım çizimleri bir iki haftada tamamlanabilmekte, yine haftalar hatta aylar alan ilk örneklerin ve bunların kalıplarının hazırlanma süreleri ise birkaç güne inmiş bulunmaktadır.
Bu teknolojik fırsatı kullanabilen, sanayi üretim kapasitesini yeni teknolojileri kullanabilme yeterliliği ile yükseltebilen ülkelerde sanayi alanındaki rekabet gittikçe azalırken, bu teknolojileri kullanamayan ülkelerin ise sanayi üretimindeki rekabeti kaybolmakta, gelişmiş ülkelerin alt üreticisi konumuna hızla sürüklenmektedirler.
Bu yazımızda 3D yazıcıların ne olduğu? Kabiliyetlerinin sınırlarının neler olduğu, dünyadaki sanayi üretimi rekabetini nasıl etkilediğini ve Türkiye’deki kullanımı konusunda bilgiler sunacağız.
Üç Boyutlu [3D] Yazıcılar Nedir?
Geleceğin teknolojisi olarak görülen 3 boyutlu yazıcılar, hayal ettiğiniz bir parçayı bilgisayar ortamında modelleyerek, birkaç dakika içinde yazıcıdan çıkartıyor. Yazıcı, tasarımı somut bir obje olarak elle tutulur hale getiriyor. Son yıllarda bazı yasal patentlerin sürelerinin dolmasıyla maliyetleri azalan 3 boyutlu yazıcıların yakın gelecekte evlere kadar girmesi bekleniyor. Tüketiciler böylece, bilgisayar ortamında hazırladıkları 3 boyutlu nesneleri anında yazıcılarıyla üretebilecek.
3D Yazıcıların Diğer Adı 3D Baskı
Üç boyutlu baskı sanal ortamda tasarlanmış herhangi şekildeki bir üç boyutlu nesnenin katı formda basılması işlemidir. Bu işlemi gerçekleştiren cihazlara ise üç boyutlu yazıcı adı verilir. Baskılar birçok türde ham maddenin kullanılması ile yapılabilir. Normal kullanıcı bazında en yaygın kullanımı olan hammadde PLA ve ABS adi verilen sert plastiklerdir.
3D Baskı Çeşitleri
Değişik türlerde ve tekniklerde baskı yapabilen üç boyutlu yazıcılar vardır. En yaygın kullanıma sahip olan üç boyutlu yazıcıların çalışma prensibi bilgisayar ortamında hazırlanmış herhangi bir üç boyutlu bir nesnenin sanal olarak katmanlara bölünmesine ve her bir katmanının eritilen ham madde dökülerek üst üste gelecek şekilde basılmasına dayanır.
3D Baskı Teknolojilerinin Kullanımı
Üç boyutlu baskı teknolojisi 1980 yıllarda başlamıştır. Buna rağmen 2010 yılından sonra adı daha fazla duyulmaya başlanmış ve günümüzde çok daha yaygın bir şekilde kullanılır hale gelmiştir. Bunun nedenleri olarak medyada daha fazla yer alamaya başlaması, birçok sayıdaki girişimci firmaların bu teknolojiye yatırım yapması, akademik çevrelerin ilgi göstermesi, teknolojinin birçok alanda getirdiği kolaylıklar ve avantajların yanı sıra üretim maliyetlerinin düşmesi gösterilebilir. İlk uç boyutlu yazıcı 1984 yılında Chuck Hull of 3D Systems firması tarafından üretilmiştir. Günümüzde (2014) ise birçok firma üç boyutlu yazıcı üretmeye ve satmaya başlamıştır. 2012 yılı itibari ile üç boyutlu yazıların market hacmi 2.2 milyar dolara erişmiş ve 2011 yılına göre %29 lük bir artış göstermiştir. Üc boyutlu yazıcılar büyük oranda kendi parçalarını basabilir. Elektronik parçalar ve motorlar dışında neredeyse bütün mekanik parçalar 3D yazıcı tarafından basılabilir. İleride üç boyutlu yazıcıların kendisini tamamen basabilecek özelliklerde olması tahmin edilmektedir. Günümüzdeki geleneksel 3D yazıcıların büyük kısmı ilk düşük maliyetli yazıcılardan olan acık kaynak olan RepRap projesini baz almıştır. RepRap projesi acik kaynak 3D yazıcılarda devrim niteliği taşımaktadır ve günümüzde 3D yazıcıların yaygınlaşmasında büyük bir öneme sahiptir.
3D Basılabilir Modeller [2]
Üç boyutlu tasarımlar bilgisayar ortamında CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) programları ile tasarlanabilir. Ayrıca herhangi bir obje üç boyutlu tarayıcılar ile taranıp sanal ortama üç boyutlu tasarım olarak geçirilebilir. Üç boyutlu tarama işlemi gerçek bir objenin analiz edilmesi ve veri toplanması ile yapılır. Bu sayede üç boyutlu taranan herhangi bir objenin birebir kopyasını basmak mümkün hale gelmektedir. Bilgisayar ortamında 3d tasarım yapmak birçok bilgisayar kullanıcı için zor ve deneyim gerektiren bir işlemdir. Bu nedenle birçok 3D yazıcı kullanıcısı başkalarının hazırladığı tasarımları bilgisayarına indirip kullanmaktadır. Shapeways, Thingiverse bu tasarımların bulunabileceği web sitelerinden bazılardır. Bu web siteleri üzerinde birçok baskıya hazır üç boyutlu tasarım ücretsiz olarak indirilebilir ve basılabilir.
Şekil 1. Dilimleme İşlemi [1]
Şekil 2. 3D Baskı İşlemi [1]
Baskı İşlemi
Baskı işlemi bilgisayar ortamında başlayıp yazıcının baskıyı yapmasıyla tamamlanır. Üç boyutlu tasarım dosyaları bilgisayar yazılımı aracılığı ile dilimleme işleminden geçirilir ve üç boyutlu olarak basılabilir dosya formuna dönüştürülür. Bu dosyalar STL dosya formatındadır. Üç boyutlu yazıcının baskı sırasında yapacağı bütün hareketler ve ne zaman ham maddeyi dökmeye başlayacağı bilgisi gibi bilgiler bu dosya içerisindedir. Yazıcının çözünürlüğü katmanın kalınlığına ve x-y eksenleri üzerindeki hareket hassaslığına bağlıdır. Genelde baskı kalınlığı 100 µm (250 DPI). Fakat bazı yazıcılar çok daha yüksek çözünürlükte baskı yapabilmektedir. 16 µm (1,600 DPI). Baskı süresi yazıcıya ve basılan tasarıma göre değişiklik göstermektedir.
1 Kg Filamentten Ne Kadar Baskı Alabilirsiniz?
3D printerların hammaddesi PLA ve ABS´dir. Hem baskı kolaylığı hemde yüksek detay baskı için en çok tercih edilen PLA dır. Poli Laktik Asit´in kısa hali olan PLA, mısır nişastasından üretilen bir malzemedir ve diğer plastiklerin aksine doğaya zarar vermez. Çevre dostu bu hafif termo-plastik, 1 Kg´lık rulolar halinde satılmaktadır. İstediğiniz her renge ulaşabileceğiniz geniş bir renk portföyüne sahiptir. Gelelim en çok sorulan sorulardan biri olan 1 Kg´lık filamentten ne kadar baskı alabilirsiniz? Bu sorunun cevabı yapılacak ürünün gramajına göre değişiklik gösterebileceği gibi, doluluk oranıyla da doğru orantılıdır. Makerbot´un arayüzü Makerware uygulaması sayesinde bir parçanın doluluk oranını %5 ila %100 arasında düzenleyebiliriz. Örnek vermek gerekirse, Makerbot 1 Kg filamentten 392 adet satranç taşı üretilebilmektedir. [5]
Dünyadaki 3D Çalışmalarından Bazı Örnekler
• Dünyada 3 boyutla ilgili çalışmalar hızla ilerliyor. Son olarak yapılan bazı çalışmalarda yiyecek üretmeye başlayan yazıcılar vanilya, nane, elma, vişne ve kavun tatlarını şeker ve çikolatayla birleştirebilen ürünlerini tanıtmıştı.
• Tıp alanında 3D ile yapay organ üretimi çalışmaları sürdürülüyor.
• İngiliz ordusu, Tornado GR4 savaş uçaklarında 3 boyutlu yazıcılarla üretilmiş parçaların kullanımı test ediyor.
• Savunma bütçelerinde yer alan bakım, onarım, bozulan ve kırılan parçaların yerine, 3 boyutlu yazıcılardan çıkan parçaların kullanılması gündemde. Savaş alanına götürülecek bir 3 boyutlu yazıcı, acil parça değişimlerini yapabilir hatta askerler için silahlar üretebilir.[3]
Uzay Araştırmalarında Kullanımı
NASA uzayda 3d basım teknolojisini kullanarak besin üretimi yapmaksak için aratılma yapmaktadır. NASA ayrıca uluslararası uzay istasyonuna astronotlara yardımcı olması ve kabiliyetlerini arttırmak için 3D yazıcı göndermiştir.
3D İle Hobilerden İşe Dönüş Başladı
Hobi sahipleri de 3D yazıcılara en büyük ilgi gösterenler arasında. Karşımıza bu teknolojiyi ve hobisini kullanarak kişiye özel aksesuar üretimine geçen örnekler çıkmaya başladı. Kimi 3D yazıcı sayesinde takı tasarımı yapıyor, kimi ise cep telefonu kılıfı, kimi uçak, ev araba gibi model maketler üretiyor.[7]
ABD’de müşterilerden gelen isteklere göre bisiklet ve gitar gövdesi üreten dükkânlar bile hizmet vermeye başladı.
Türkiye’de 3D Yazıcılar Alanında Yapılan Çalışmalar [3]
CES teknoloji fuarına [İstanbul 2/2014] bu yıl damgasını vuran 3 boyutlu yazıcıları bir Türk mühendis yıllardır geliştiriyor. Açık kaynaklı geliştirdiği ürün bugün Çin’de üretilip, satılıyor. Mühendis Nuri Erginer, tecrübelerini Türkiye’nin de bu pazarda rekabetçi olabilmesi için aktarabileceğini söyledi.
Erginer, 1995 yılında bir beyaz eşya firmasında staj yaparken kütüphanede okuduğu bir kitapla 3 boyutlu (3D) yazıcılardan haberdar oldu. O günden itibaren bu konuya merak duyan Türk mühendis, 3D yazıcıların Türkiye’de bilinirliğinin az olması sebebiyle yurtdışında çalışmalara katıldı. CNC makinelerinin 3 boyutlu yazıcı olarak kullanılabileceği fikrinden yola çıkan mühendis yazılım ve donanım içeren bir kit tasarladı. Açık kaynaklı olarak gerçekleştirdiği çalışmaları internette yoğun ilgi gördü. SeedStudio isimli bir Çin firması kendisinden aldığı özel izinle CNC makinalarını 3 boyutlu yazıcıya çeviren bu kiti üretip, satıyor. 3D yazıcıların geliştirilmesinde Amerikalı mühendis Mike Joyce ile birlikte çalıştığını aktaran Erginer, “Onunla tanışmamız benim printerlarla ilgili yazılımımı internette okuyup incelemesiyle oldu. Bana kendi fikirlerini ve yapacağı makinayı anlattı. Bu makinanın yazılımı üzerine internet üzerinden birlikte çalıştık. Kendimize Team 7/24 adını verdik. Ben yazılımı Türkiye’de geliştirirken o ABD’de uyuyor, ben uyurken de çalışmaları o devam ettiriyordu. Saat farkını böylece lehimize kullandık. Kendisi Kickstarter adında bir proje fonlama sitesinde 2 başarılı kampanya yaparak 800 bin dolara yakın para topladı ve yazıcıları üretmeye başladı” dedi.
Üretmek isteyene know-how
Erginer, çalışmalarını Gnexlab isimli teknolojik çalışma merkezinde yürütüyor. Gnexlab, herhangi bir ticari faaliyet göstermeksizin, Türk mühendislerin de bu alanda bir şeyler yapabildiğini ispatlamaya çalışıyor. Teknolojiye meraklı herkesi bu topluluğun içine girmeye davet eden Erginer, “Şu an profesyonel olarak çalıştığım bir işim var. 3D çalışmalarını evde boş zamanlarımda hobi olarak yaptım. Çok emek ve zaman harcadım. 3 boyutlu yazıcıları ticari olarak geliştirmek isteyen şirketler olursa onlara know-how desteği vermeye hazırım. Bu konuda yeni teknolojiler geliştirmek isteyen üniversiteler, vizyon sahibi işadamları, Türkiye’yi dünyayla eşzamanlı olarak 3D yazıcıların geldiği noktaya taşıyabilir. Bu pazarda rekabet edebilecek bir 3D printer markası ortaya çıkarabiliriz” dedi. GN2´nin 240 mikron baskı kalitesiyle çıktı alan ilk Türk malı 3 boyutlu yazıcı olduğunu anlatan Enginer, 5 yıllık bir çalışmanın ardından geliştirilen ürünün 100 mikron hassasiyetiyle dünyadaki örneklerini yakaladığını anlattı. Enginer, "Delta mekaniğini kullanan bu cihaz büyük çıktı ebatlarına ulaşabilmesi ve neredeyse tüm parçalarının Türkiye’de üretilmiş olması nedeni ile büyük önem taşıyor.
Türkiye’nin 3D Pazarında Önemli Rekabeti [4]
Türkiye’nin teknoloji alanındaki en değerli “yerli” firmalarından biri olan infoTRON, 3 boyutlu yazıcı sektöründe merakla beklenen MOJO™’yu piyasaya sürdü. MOJO™, 10 bin Euro’nun altına inen ilk 3 boyutlu yazıcı ünvanını elinde bulunduruyor. Teknoloji dünyasında yaşanan hızlı değişim, bilgi çağına daha hızlı ulaşılacağının sinyallerini veriyor. Sanayide inovasyon ve tasarımı özendiren 3 boyutlu yazıcıların Türkiye lideri olan infoTRON, en ekonomik 3D Printer MOJO™’yu tanıttı.
Yaklaşık 20 yıllık tecrübesi ile teknoloji ve tasarım dünyasına hizmet veren infoTRON, pahalı olarak bilinen 3 boyutlu yazıcıları, ilgi duyan herkesin alabileceği fiyata çekti. Bugüne kadar Türk sanayinde 10 binden fazla firmaya hizmet ve çözüm üreten infoTRON, uygun fiyatlı ve yetkin özellikleriyle ilgi çeken MOJO™’yu Türkiye’de satışa sundu.
Sabancı Üniversitesi 3D Yazıcıyla Kan Damarı Üretti
Sabancı Üniversitesi’nde Prof. Dr. Bahattin Koç ve ekibi, canlı hücrelerle üç boyutlu biyo-baskı yöntemi kullanarak yapay doku üretmeyi başardı. Bahattin Koç ve öğrencileri; Can Küçükgül, Saime Burçe Özler, Forough Hafezi MR verilerini kullanarak Türkiye’de ve dünyada ilk kez aort damarı doku örneğini, hücreleri ve destek yapılarını kat-kat üç boyutlu basarak oluşturuldu. [6]
Bu Bölümün Hazırlanmasında Yararlanılan Kaynaklar:
[internet kaynaklarına erişim tarihi 10-18 Temmuz 2014 aralığı]
1. http://reprap.org/wiki/RepRap
2. https://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing
3. Dünya Gazetesi “3 boyutlu yazıcı geliştirdi şimdi ürününü Çinliler satıyor”
http://www.dunya.com/3-boyutlu-yazici-gelistirdi-simdi-urununu-cinliler-satiyor-220159h.htm
4. KOBİTEK “Bilgisayarlar Çevre Birimleri – Mojo”
http://kobitek.com/dunyanin_en_ucuz_3_boyutlu_yazicisi_mojo
5. 3bFAB http://www.3bfab.com/3d-akademi/1-kg-filamentten-ne-kadar-baski-alabilirsiniz
6. Mühendis On-Line http://muhendisonline.net/sabanci-universitesi-3d-yaziciyla-kan-damari-uretti.html
7. Dünya Gazatesi “Savulun 3D Girişimciler..” http://www.dunya.com/savulun-uc-boyutlu-girisimciler-geliyor-222827h.htm
8. http://www.nasa.gov/directorates/spacetech/home/feature_3d_food_prt.htm
9. http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1115.html#overview
