HIZLI  PROTOTİPLEME

HIZLI PROTOTİPLEME NEDİR?

Endüstride yaygın olarak kullanılan geleneksel imalat yöntemleri (Conventional Manufacturing Systems), talaşlı imalat yöntemleri olarak tornalama, frezeleme, delme, vargelleme, taşlama vb, talaşsız imalat yöntemleri olarak da döküm, plastik şekil verme ve kaynak olarak genelleştirilebilir. Bunların dışında elektroerozyon, lazer, ultrasonik, basınçlı su jeti ve plazma ile işleme gibi alışılmamış ileri imalat yöntemleri de (Advanced Manufacturing Systems) kullanılmaktadır. Son yıllarda imalat sektörüne giren ve hızla gelişen sıra dışı bir imalat yöntemi de hızlı prototiplemedir (Rapid Prototyping).

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 yanıt vermektedir. Prototip üretiminin amacı imalat öncesi, tasarımın doğruluğunun, estetikliğinin ve işlevsel yönden yeterliliğinin değerlendirilmesi, tasarlanan modelin üretilebilirliği, montaj edilebilme ve sökülebilme olanaklarının değerlendirilebilmesidir. Kısa sürede üretim sayesinde otomotiv, havacılık, tıp ve ilaç sanayi gibi çok geniş bir kullanım alanına hizmet etmektedir. Son yıllarda prototip ürünler, özellikle medikal, elektronik ve otomasyon sistemlerinde direkt parça olarak kullanılmaktadır. Bu durumda bu yöntem, az sayıda üretim için, seri üretime göre daha ekonomik olduğundan tercih edilebilmektedir.

Bu konunun devamı için lütfen yeşil butona tıklayınız.   

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. Prototip üretiminde kullanılan katmanlı imalat yöntemi, yaklaşık 50 yıl önce başlamıştır. Ancak topografya ve foto-heykelcilik alanında kullanımı 100 yıl öncesine kadar gider.

 

Hızlı prototipleme, 3D CAD verisinden, plastik veya metal malzemeden modeller üreten cihazların teknolojisine verilen genel bir isimdir. Topoğrafya alanında 1890' larda kullanılmaya başlanan bu teknoloji, endüstriyel alanda 1951' de Munz'un önerdiği stereolitografi teknolojisiyle başlar. Yine bu alanda 1968'de Swainson iki lazer ışınının kesişme bölgesinde elde edilen polimerizasyon yöntemini önerdi. Ciraud, 1971'de modern eklemeli imalat teknolojisinin bütün özelliklerine sahip bir toz birleştirme yöntemi geliştirdi. 1979' da R.F. Housholder, lazer ile toz sinterlemenin ilk tanımlamasını yaptı ve düzlemsel tabakaların sırayla biriktirilmesini ve her tabakanın katılaşmasını inceledi.

 

1980'lerde ucuz iş güçü, üretimde yeni teknoloji kullanımı, uygun finansmana ulaşım ve özel tedarik zincirine sahip olmak, şirketler açısından önemli rekabet avantajları yaratmaktaydı. 1980'lerin sonu ve 1990'ların başında, katmanlı imalat teknolojilerinin araştırma ve uygulama süreçlerinde artış olduğu yıllar olarak görülür. Sonraki yirmi yıl içinde, birçok teknik alanda bu süreçleri ele alan araştırma toplulukları oluşmuştur. Günümüzde bunlara ulaşmak tüm şirketler için mümkün hale gelmiştir. Bu nedenle şirketlerin kendilerine avantaj sağlayacak inovasyon, kalite, fiyat, teslimat hızı, teslimat güvenirliği ve esneklik gibi kavramlara odaklanmaları kaçınılmaz bir hal almıştır.

 

Bu yarışta ön sıralarda yer alabilmek için ürün ve üretim konusunda inovasyon sürelerini kısaltmak, kaliteyi yükseltmek, fayda/maliyet oranını da iyileştirmek zorunludur. Tüm bunları gerçekleştirmenin yolu, ürün geliştirme, inovasyon ve üretim süreçlerine yeni bir gözle bakmayı; dünyada bu amaçla geliştirilen yeni yaklaşımları erken aşamalarda uygulamaktan, kullanmaktan geçmektedir. Yeni ürünleri ticarileştirmekteki hız, küresel pazarlarda şirketlerin başarısını belirleyen en önemli kriter olarak öne çıkmaktadır. Yapılan çalışmalar pazara ürünlerini sunan şirketlerden ilk %20'sinin, oluşan toplam karın %80'nine sahip olduğunu göstermektedir. Diğer bir değişle pazarda ilk olan şirketler pazara sahip olmaktadırlar. Yapılan çalışmalar göstermektedir ki ürün geliştirme çalışamaları sırasında yapılan mühendislik değişikliklerinin maliyeti, her aşamada 10 kat artmaktadır. Örneğin tasarım aşamasında 100 USD maliyetle yapılabilecek bir değişik prototip/test aşamasında yapılırsa 1.000 USD'a, kalıplama aşamasında 10.000 USD'a, üretim aşamasında 100.000 USD'a, satış sonrasında ise 1.000.000 USD'a mal olmaktadır. Bu nedenle ürün geliştirme sürecinde mümkün olduğunca erken aşamada yapılan prototipleme ve fonksiyonel test çalışmaları, şirketlere büyük maliyet avantajları sağlamaktadır.

 

MATERYAL ve METOT

Materyal ve Metot, hızlı prototipleme teknolojisi, imalat uygulamalarında, medikal/dentalimplant yapımında, kavramsal modellemede, doğrudan döküm kalıbı ve parça üretiminde, hassas döküm tekniği ile metal parça ve prototip üretiminde, mimari uygulamalarda, uzay/otomotiv sanayinde, hızlı kalıp imalatında, eğitim amaçlı her türlü donanımın yapımında vetakı sektörü gibi bir çok alanda kullanılmaktadır. Bir hızlı prototip üretiminde işlem basamakları;

1- İlk 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.

 

 

Günümüzde hızla yaygınlaşmakta olan 3D CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) programları, ürün geliştirme sürecine büyük bir hız kazandırmıştır. Ürün tasarımı tamamlandıktan sonra ürünü oluşturan parçalarının imalatı ve son ürünün üretilmesi aşamasında kullanılmakta olan bir çok geleneksel yöntem, yerini yeni çözümlere bırakmaktadır. Hızlı İmalat veya Doğrudan Dijital İmalat (Direct Digital Manufacturing) adıyla anılan, bilgisayar tasarımından kalıba ihtiyaç olmadan doğrudan nihai parçaya geçilmesi uygulamalarında "Fused Deposition Modelling" teknolojisi sahip olduğu boyutsal ve tekrarlanabilir hassasiyet özellikleri ile  düşük adetli, karmaşık geometrideki parçaların üretiminde büyük kolaylıklar sağlamaktadır. 3D modelleme teknolojilerinden yararlanmak için STL formatında dosyalara gereksinim vardır. STL dosyası yoksa parça geometrisinin IGES, VDA, STEP, DXF gibi formatlarından da yararlanılabilir.

 

2- İkinci adımda, CAD yazılımları tarafından oluşturulabilen, hızlı prototiplemede yaygın olarak kullanılan STL dosyaları, renk, doku veya diğer özniteliklerini temsil etmeyen 3D nesnenin 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.

 

3 - 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.

 

 

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. 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.

 

 

4 - Dördüncü adım, iş parçasının inşa edilmesidir. Birçok teknikten birini kullanarak, hızlı prototipleme makineleri katman katman modeli inşa eder. Kullanılan malzemeler ilk başlangıçta, sıvı, katı veya toz dur. Son ve beşinci adım ise parçanın makineden uzaklaştırılması, varsa destek malzemelerinin ayrılması, yüzey temizleme ve işleme, boyama vs. gibi işlemleri kapsar.

 

 

HIZLI PROTOTİPLEME SİSTEMLERİ

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.

Sıvı esaslı hızlı prototipleme sistemlerinde malzeme başlangıçta sıvı durumdadır. Işık, lazer ya da ısıyla yaygın olarak bilinen bir kürleme/sertleşme süreci sayesinde sıvı, katı hale dönüşür. Bu kategoriye giren sistemlerinden bazıları;

- 3D Systems Stereolitograficihazı (SLA),

- Objet GeometriesLtdPolyjet,

- D-MEC Ltd Solid creationsystem (SCS),

- Envision TEC Perfactory,

- Autostrade E-Darts,

- CMET Katı nesne ultraviyole lazer yazıcı,

- Envision TEC Bioyazıcı,

- Hızlı Dondurarak Prototipleme (RFP),

- Microfabrica EFAB,

-  D-MEC Ltd ACCULAS,

- Cubital Katı Tabaka Kürleme (SGC).

 

Bu teknolojiler fotokürleme yöntemini kullanır ve bu yöntemde 3 metot vardır. Tek lazer ışın metodu yaygın olarak kullanılan metottur. Cubital'ın SGC metodu, UV maskeli lamba kullanırken, Objet' in Polyjet'i, sıvıyı püskürtme kafalarıyla yerleştirdikten sonra UV lamba ile kürleme yapar. D-MEC'in ACCULAS'ı (10)dijital ayna aygıtı denilen farklı bir sistem kullanırken, Envision Tec'in Perfactory metodu dijital ışık işleme denilen bir görüntüleme sistemi (DLP) kullanır. EnvisionTEC'in Bioyazıcısı sıvı ortamda ekstrüzyon metodu kullanır. Hızlı dondurma metodu su damlalarının, FDM'e benzer bir şekilde biriktirilmesi esasına dayanır. Microfabrica'nın EFAB teknolojisi sıvı bir ortamda elektro-biriktirme metodunu kullanır.

 

Katı esaslı hızlı prototipleme sistemlerinde toz hariç katı haldeki malzemenin tüm formlarını kapsar. Bu bağlamda katı, tel (filament), rulo, tabaka ve granül şekilli olabilir. Bu kategoriye giren sistemler şunlardır;
Stratasys Ergiyik Biriktirme Modelleme Tekniği (FDM), Solidscape Benchtop sistemi, CubicTech., Tabakalı Parça imalatı (LOM), 3D Systems Çok Jetli Modelleme Sistemi (MJM), Solidimension Plastik Levha Tabakalama (PSL), Kâğıt Tabakalama Teknolojisi (PLT), EnnexCo. offset fabbers, Şekil Biriktirme İmalat Prosesi (SDM). Bu sistemlerde 2 metot mevcuttur. Ergime ve katılaşma ya da eriyerek yapışma (fusing) şeklinde olup, kesme ve yapıştırma ya da birleştirme şeklinde kullanılan metotlardır.

Toz esaslı hızlı prototipleme sistemlerinde toz genellikle katı haldedir. Bununla birlikte, tozun tane yapılı formundan dolayı katı esaslı prototipleme sistemlerinden farklı bir kategoride incelenmiştir. Bu sistemlerde toz tanelerinin birbirine bağlanması ara yüzeydeki tanelerin temas alanlarının eritilmesiyle ya da bir bağlayıcı veya yapıştırıcının eklenmesiyle elde edilir. Bu kategoriye giren sistemlerden bazıları şunlardır, 3D Systems Seçici Lazer Sinterleme (SLS), Z Corp3D Yazıcı (3DP), EOS EOSINT, Optomec Lazerle Net Şekillendirme ( LENS),  Arcam Elektron Işınlı Ergitme (EBM), Concept Laser Lazer Cusing, MCP-HEK Tooling RealizerII Seçici Lazer Eritme (SLM), Phenix Systems PM serisi (LS), 3D Micromac AG Mikro Sinterleme, Voxeljet Technology VX system. Yukarıdaki tüm sistemlerde tozların birleştirilmesi ya bağlayıcı madde kullanarak ya da lazer kullanarak sağlanır.

Günümüzde kullanılan yaygın olarak kullanılmakta olan 10 çeşit hızlı prototip üretim teknolojisi, cihazlar, cihazların çalışma metotları, kullanılan malzemeler, imal edilen parçalar ve yeterlilikleri aşağıda açıklanmıştır.

1- TARAYARAK IŞIKLA KÜRLEME TEKNİĞİ, STEREOLITOGRAFI CİHAZI (SLA, Stereo Lithography Apparatus)

Tarayarak Işıkla Kürleme Tekniği, Stereolitografi cihazı (SLA, Stereo Lithography Apparatus) 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.

2- POLYJET TEKNOLOJİSİ

Polyjet tekniği, mürekkep püskürtme ve Stereolitografi tekniklerini bir arada kullanan bir prosestir. Bu prosesteher bir katmanı oluşturmak için püskürtme kafaları kullanılır. Proses süresince, model ve destek malzemeleri bu kafalardan püskürtülür. Bu malzemeler, hemen püskürtme kafasında bulunan UV ışıkla sertleştirilir. Malzemelerin bitmek üzere olduğu bir zamanda, malzeme kartuşları kolayca üretim süreci kesintiye uğramadan değiştirilebilir. 2D kesit alanı püskürtme kafasındaki UV ışıkla kürlendikten sonra platform, katman kalınlığı kadar 16 μm aşağı iner. Püskürtme kafasının bu prosesi parça bitene kadar devam eder.

 

Prototip bittikten sonra destek malzemeleri özel bir kabin içinde su jeti ile kolayca parçadan uzaklaştırılabilir. Polyjet teknolojisinde 100'ün üzerinde malzeme çeşidi ile hassas ve gerçeğe yakın prototipler yapılabilmektedir. Kauçuk ve sert malzeme, mat ve şeffaf malzeme, yüksek mukavemetli ve sıcaklığa dayanıklı plastik malzeme, dental ve medikal uygulamalar gibi malzeme seçenekleri bulunmaktadır. Cihazın kullanımı oldukça kolaydır

3- KATI TABAKA KURUTMA TEKNOLOJİSİ (SGC, Solid GroundCuring)
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. 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.

 

4- ERİYİK BİRİKTİRME MODELLEME TEKNİĞİ (FDM, Fused Deposition Modeling)
Bu proseste bir plastik veya mum malzeme parçanın kesit geometrisini izleyen bir nozul içinden ektrüzyon edilir. Model malzemesi ince plastik tel (filament) şeklindedir. Bazen filament yerine hazneden beslenen plastik granül de kullanmaktadır. Nozul, termoplastiği ergime noktasının hemen üzerindeki bir sıcaklıkta tutmaya yarayan bir ısıtıcı eleman içerir ve böylece plastik kolayca nozul üzerinden akar ve bir katman oluşur. Plastik nozuldan aktıktan sonra aniden sertleşir ve aşağıdaki katmana yapışır. Bir katmanın yapımı tamamlandıktan sonra platform aşağıya iner ve ekstrüzyon nozulu diğer katmanı inşa eder. Katman kalınlığı ve düşey boyut hassasiyeti ekstrüzyon nozulunun çapına bağlıdır. Bu çap 0.178 mm ile 0.356 mm arasında değişir. XY düzleminde 0.025 mm çözünürlüğe ulaşılabilir.

 

Bu teknik ile çok parçalı, hareketli mekanizmaların ve karmaşık parçaların imalatı mümkündür.ABS, poliamid, polikarbonat,polietilen, polipropilen ve hassas döküm mumumodel malzemesi olarak kullanılabilir. Bu yöntemde model üretilirken destek malzemesi kullanılır ve farklı bir destek malzemesi kullanabilmek amacıyla sisteme ikinci bir nozulila ve edilmiştir. Üretilen parçaların esnemeye, bükülmeye, kırılmaya ve uzamaya karşı yüksek dayanımı, suya ve neme karşı yüksek dirençleri, uygun maliyeti en belirgin özellikleridir. Fonksiyonel parçaların üretimi için uygundur.

5- TABAKALI YAPIŞTIRMALI PARÇA İMALATI (LOM, Laminated Object Manufacturing)

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. Bu yöntem ile üretilen parçalar aşağıdaki şekilde görülmektedir.

 

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.

6- ÇOK JETLİ MODELLEME (MJM, Multi-Jet Modelling)

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. 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.

 

7- ŞEKİL BİRİKTİRME İMALATI (SDM, Shape Deposition Manufacturing)
SDM, hassas malzeme işleme prosesinin avantajları ile katmanlı imalatın avantajlarını birleştiren hızlı prototipleme prosesidir. Proses Şekil 9 de görülmektedir. 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 (5 axes) 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.

 

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 (Aşağıdaki tablo).

 

8- SEÇİCİ LAZER SİNTERLEME (SLS, Selective Laser Sintering)
SLS prosesi, toz malzeme kullanarak, ısı oluşumunu sağlayan CO2 lazer ile katman katman CAD verisinden 3D parçalar oluşturur.Isıtıldığında bir biri ile birleşebilen toz halindeki inşa malzemesi ince ve düz bir tabaka şeklinde katman kalınlığı kadar üretim tablası üzerine yayılır.CO2 lazer,tarayıcı sistem aracılığı ile tabaka şeklindeki tozlar üzerinde seçilen bölgeleri tarar ve ilk katman inşası biter. Sonra diğer katman inşası için tezgah tablası altındaki platform, katman kalınlığı kadar aşağı iner. Toz yayıcı mekanizma aracılığıyla bir önce taranmış katmanın üzerine yeni katman kalınlığı kadar toz serilir ve lazer ile taranır. Bu işlem model oluşuncaya kadar devam eder. Sinterleme işleminin tamamlanmasından sonra sinterleme istasyonunun soğuması için bir süre beklenir. Sonra parça, tezgâh üretim tablası üzerinden alınır ve doğal destek görevi üstlenmiş tozlar, fırça veya vakumlu süpürge ile temizlenir. SLS parçaları kumlama, isteğe bağlı boyama gibi son işlemlere ihtiyaç duyar. SLS sistemi, sinterleme istasyonunun dışında, kullanılmış tozun belirli oranda yeniden kullanılmasını sağlayan geri dönüşüm sistemini içerir.

 

SLS yöntemi poliamid (naylon), polistren, karbon fiber ve alüminyum katkılı poliamid gibi plastik malzemeler, paslanmaz çelik, kobalt krom, nikel krom, titanyum gibi metal alaşımları ve doğrudan kalıp için kalıp kumu(alüminyum silikat) gibi seramik malzemeler kullanabilir. SLS mukavemetli parçalar üretir. Bu yüzden konsept model üretiminde, fonksiyonel parçaların üretiminde, hızlı döküm ve hızlı kalıp için gerekli parçaların üretiminde kullanılır. SLS teknolojinde parça imal edilirken özel destek yapıları gerekli değildir. Çünkü her tabakada sinterlenen tozun dışında kalan fazla toz, sinterlenmekte olan bölüme destek görevi görür. Bitmiş parçaya uygulanan kumlama gibi son işlemler minimum seviyededir. Lazerle sinterlenmiş parça katıdır ve kürleme gibi bir işleme gerek yoktur. Üretilen modellerin çarpılmaması için soğumaya bırakılması sistemin bir dezavantajdır.

 

9- ÜÇ BOYUTLU YAZICI TEKNOLOJİSİ (3D Printing)
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 (Aşağıdaki şekil). Sağlam prototipler üretmek için, parça çok kısa bir süre (~3sn) reçine içine batırılabilir ve 70°C ye ayarlanmış bir fırında 1-2 saat bekletilir. 3DP prosesinde model malzemesi olarak yüksek performanslı kompozit toz kullanılır.

 

10- ELEKTRON IŞINLI ERGİTME (EBM, Electron Beam Melting)
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.

 

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.

 

HIZLI PROTOTİP SİSTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI
Hızlı prototipleme teknolojileri günümüzde aşağıdaki alanlarda kullanılmaktadır. Bunlar;
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.
Medikal - Vücut içinde teşhise yardımcı olan katı görüntüleme modelleri yapmak, tomografi verilerinden model ve protez yapımı.
Dental - Protez ve implant yapımı.
Kuyumculuk - Zahmetli el işçiliği gerektiren veya el ile yapımı mümkün olmayan karmaşık geometrili
mücevherlerin yapımı.
Mimarlık - Topoğrafik modelleme.
Sanat -  El ile imalatı mümkün olmayan ya da zor olan sanat eserlerinin yapılması.
Arkeoloji - Arkeolojik buluntuların modellerinin yapılarak sergilenmesi.
Matematik, Fizik, Kimya - 3D katı nesnelerin yapılması, karmaşık molekül yapılarının yapılması.
Eğitim - Görsel eğitim araç gereçlerinin yapılması.