Otomotiv Sektöründe Lazer Tarama ve Eklemeli İmalatın Yeri-2

Otomotiv Sektöründe Lazer Tarama ve Eklemeli İmalatın Yeri-2

GİRİŞ

Eklemeli imalat teknolojileri, konvansiyonel talaşlı imalat teknolojilerinin tersine üç boyutlu bilgisayar destekli (3B BDT) veriden fiziksel parçanın tabaka tabaka ve ihtiyaç duyulduğu kadar malzemenin kullanılması ile imal edilmesidir[1]. Eklemeli imalat teknolojilerinin kullanımı ile, fiziksel parçalar konvansiyonel yöntemlerdeki üretim sınırlamaları olmaksızın tek aşamada imal edilebilmektedir. Birden fazla alt parçadan oluşan ürünün montajlı bir şekilde imalat edilmesi eklemeli imalat teknolojileri ile mümkün olmaktadır. Bu sayede üretim ve işçilik süreleri azaltılarak üretim maliyetleri düşürülebilmektedir[2]. Parça tasarımından doğrudan imalat mümkün olduğundan stok için üretim yerine, talep geldiğinde imalatın yapılması mümkündür. Tam zamanında imalatın yapılabilmesi stok maliyetlerinin düşürülmesine neden olmaktadır[3]. Üretime yardımcı direkt ve endirekt kalıp ve fikstürlerin imal edilebilmesi üretim hızlarını arttırmakta ve maliyetlerini düşürmektedir[4-6].

Eklemeli imalat teknolojileri ISO/ASTM’ ye göre yedi ayrı katagoriye ayrılmaktadır[7]. Bu teknolojilerden birisi de Malzeme Ekstrüzyonu’ dur. Malzeme ekstrüzyonu, 1988 yılında Crump tarafından patentlenmiş ve 1990 yılında FDM/EYM (Eriyik Yığma Modelleme) adı altında ticarileştirilmiştir[8]. O yıllardan günümüze kadar EYM teknolojisi, ürün geliştirme, kavramsal, fonksiyonel prototipler ve az adetli parçaların imalatında kullanılmıştır. Sahip olduğu avantajlar nedeniyle, eklemeli imalat teknolojilerinin kullanımları havacılık[9], otomotiv[10], tasarım, sağlık ve eğitim alanlarında hızla yaygınlaşmaktadır[11].

EYM teknolojisi, filament şeklindeki polimerik malzemenin sıcak bir nozül’ den geçirilerek viskoz hale getirilmesi ve 3B BDT veri kesitine göre hareket ettirilmesi ile parçanın katmanlı olarak imal edilmesine dayanmaktadır[12]. EYM teknolojisinde parça katmanlı olarak imal edildiğinden parçanın geometrisine bağlı olarak farklı yüzey pürüzlükleri ve basamaklı görünüme sahip parça elde edilmektedir. Yüzey pürüzlülüğü uygulamaya göre hem estetik görünümü hem de parça mukavemetini olumsuz yönde etkilemektedir. EYM teknolojisinde üretilen parçanın özelliklerini etkileyen, ekstrüzyon sıcaklığı, ekstrüzyon hızı, tabaka kalınlığı, parça oryantasyonu, destek yapısı ve üretim hacminin sıcaklığı gibi proses parametreleri mevcuttur. Düzgün yüzeyli ve yüksek mukavemetli parçaların üretimi için bu parametrelerin kullanılan malzemeye göre optimize edilmesi gerekmektedir. EYM teknolojisinin diğer bir özelliği de parça özelliklerinin yöne bağlı olarak değişmesidir. Bu nedenle parçanın kullanım yerine göre parça üretim oryantasyonu dikkatli bir şekilde seçilmelidir[13].

EYM teknolojisinde ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) ve PLA (Polylactic Acid) başta olmak üzere PEKK (Polyetherketoneketone), PEI (Polyetherimide), PPSU (Polyphenylsulfone) ve PC (Polycarbonate) gibi yüksek mukavemet ve ısı dayanımının gerekli olduğu malzemeler kullanılabilmektedir. Bu malzemelerin kullanımı ile endüstriyel alanda teknolojinin kullanımı hızla yaygınlaşmıştır[14]. Son yıllarda malzeme teknolojilerinin gelişmesi ile EYM teknolojilerinde kompozit filamentler de kullanılmaya başlamıştır. Farklı takviye malzemeleri ile üretilen kompozit malzemelerin EYM teknolojisi ile parça haline dönüştürülmesi ile, kompleks sensörler, mikro akışkan cihazlar, akıllı giysiler, 4D akıllı sistemler[8], rejeneratif tıp alanında kullanılmak üzere iskele (scaffold) yapıları ve kişiye göre dozajlaması ayarlanmış ilaçların imal edilmesi mümkün olmuştur[15]. 2016 senesinde üç boyutu EYM teknolojisi ile üretilmiş SPRITAM tabletleri US Food and Drug Administration (FDA) kullanılabilir onayını almıştır[8].

2005 yılında açık kaynak kodlu Rep Rap ve FAB@home projesinin ortaya çıkması ile masa üstü hobi amaçlı ucuz EYM cihazları üretilmiştir. 2008 yılında MakerBot firmasının kurulması ile PLA ve ABS filament kullanan, ev ve ofis ortamlarında parça imalatı yapabilen, EYM yazıcıların seri imalatına geçilmiştir. Ucuz EYM yazıcıların piyasaya sürülmesi teknolojinin yakından tanınmasına ve yaygınlaşmasına sebep olmuştur

EYM teknolojisinin endüstriyel uygulamalar ve az adetli imalatın yanı sıra evlere kadar girmiş olması teknolojinin gelişimini tamamladığı anlamına gelmemektedir. Konvansiyonel yöntemlerin yerini alabilmesi için hem teknolojinin hem de kullanılan farklı malzemelerin geliştirilmesi, maliyetlerin düşmesi ve üretim hızlarının arttırılması gerekmektedir. Yakın gelecekte bu problemlerin aşılması ve teknolojinin otomasyona uygun olması nedeniyle geleceğin akıllı fabrikalarında üretim istasyonları olarak kullanılabilme olasılıklarını arttırmaktadır.

EKLEMELİ İMALAT TEKNOLOJİLERİ

Eklemeli imalat, üç boyutlu datadan malzemenin tabaka tabaka eklenerek, fiziksel objenin imal edilmesine dayalı üretim teknolojilerine verilen gelen isimdir[17]. Eklemeli imalat teknolojileri International Organization for Standardization (ISO)/American Society for Testing and Materials (ASTM) 52900:2015’ e göre yedi kategoride sınıflandırılmaktadır[7].

     ❖ Bağlayıcı Püskürtme

     ❖ Direk Enerji Biriktirme

     ❖ Malzeme Ekstrüzyonu

     ❖ Malzeme Püskürtme

     ❖ Toz Yatağında Ergitme

     ❖ Plaka Tabakalaştırma

     ❖ Havuz Fotopolimerizasyonu

Eklemeli imalat teknolojileri, kullanılan malzemelere göre de polimer, metal, seramik, mum imalat yöntemleri olarak da sınıflandırılmaktadır[18]. Eklemeli imalat teknolojilerinin konvansiyonel imalat teknolojilerine göre birçok avantajları mevcuttur. Bu avantajlarından bazıları aşağıda maddeler halinde verilmiştir[7].

     ❖ Tasarımın doğrudan imal edilebilmesi

     ❖ İlave işleme ya da üretim maliyeti olmadan parçanın imal edilebilmesi

     ❖ Kompleks iç yapılara sahip olan tasarımın elde edilebilmesi

     ❖ Latis yapısına sahip ya da içi boş hafif parçaların imal edilebilmesi

     ❖ İlave işlem gerektirmeden net şekilli son ürünün doğrudan üretilebilmesi

     ❖ Malzeme kayıplarını minimuma indirerek minimum atıkla imalatın yapılabilmesi

     ❖ Ürün geliştirme süresini kısaltılarak, markete giriş hızının arttırılabilmesi

     ❖ Çok çeşitli parçaların daha küçük üretim alanlarında imal edilebilmesi

     ❖ Talep anında üretimin yapılabilmesine izin verilmesi

     ❖ Mükemmel ölçeklendirilebilirlik

Yukarıda belirtilen avantajlarının yanı sıra, teknolojinin hala gelişmekte olması nedeniyle aşağıda belirtilmiş olan dezavantajları da mevcuttur;

     ❖ Yüksek hacimli imalatlara göre (örneğin plastik enjeksiyon kalıplama) maliyeti yüksektir,

     ❖ Teknolojiye uygun malzemeler ile imalat yapıldığından renk, malzeme ve yüzey işleme seçenekleri sınırlıdır,

    ❖ Diğer imalat yöntemlerine göre toleransları düşüktür. Üretim sonrası parça ek işleme gerektirebilir (Örneğin, talaşlı imalat, parlatma ve boya vb.)[18].

Eklemeli imalat teknolojilerinden biri olan EYMM 1988 yılında Crump tarafından patentlenmiş ve sonrasında 1990’ların başında Sytratasys markası altında ticari olarak üretilmeye başlanmıştır[8]. 2005 senesinde açık kaynak kodlu RepRap ve FAB@Home projesinin ortaya çıkması ile masa üstü, hobi amaçlı ucuz FDM yazıcıların yaygınlaşması sağlanmıştır. 2008 senesinde Bre Pettis, Adam Mayer ve Zach Hoeken Simith MakerBot firmasını kurmuşlardır. Bu firma üretmiş olduğu masaüstü FDM yazıcılar PLA, ABS filament malzeme kullanımıyla ofis ve ev ortamlarında parça imalatı yapılabilmektedir. Tüm bu gelişmeler EYM teknolojisinin diğer teknolojilere göre daha yaygınlaşmasına ve kullanım alanlarının artmasına sebep olmuştur[16].

Eriyik Yığma Modelleme (EYM)

(EYM), ASTM’ nin eklemeli imalat teknoloji sınıflandırma gruplarından biri olan Material Extrusion (MEX) sisteminin ilk ticari ismidir. Aynı yöntem, Fused Flament Fabrication (FFF) teknolojisi olarak

da adlandırılmaktadır[1, 19]. FDM ve FFF teknolojisinin Türkçe karşılığı Eriyik Yığma Modelleme (EYM) olarak verilmektedir.

EYM teknolojisinin tekno-ekonomik olarak birçok faydası mevcuttur. Bu faydalar arasında, diğer teknolojilere göre uygulama kolaylığı, uygulamaya göre düşük maliyetli oluşu, ölçeklendirilebilme özelliğinin oluşu, çoklu üretim kafalarının kullanımı ile fiziksel olarak büyük parçaların üretimine izin vermesi, kullanılan hammaddenin uygulamaya göre hazırlanabilmesi, ucuz malzemelerin yanında yüksek mühendislik malzemelerinin de üretimde kullanılabilirliğidir. EYM teknolojisi, malzeme mühendisliği, ileri imalat, medikal araştırmalar, fonksiyonel malzemelerin geliştirilmesi gibi araştırma alanlarında kullanılmaktadır. EYM teknolojisinin avantajlarının yanında aşağıda belirtilmiş olan dezavantajları da mevcuttur[12, 19].

     ❖ Üretimdeki parça oryantasyonuna bağlı olarak değişen yüzey pürüzlülüğü,

     ❖ Desteksiz bölgelerin üretim zorlukları ve parça içi boşlukların varlığı,

     ❖ Problemsiz parça üretimi için gerekli olan takım yolunun geliştirilme zorluğu,

     ❖ Parçanın içermiş olduğu iç hataların tahribatsız olarak belirlenmesindeki zorluk,

     ❖ Lamine yapıdan kaynaklanan mukavemet problemleri[19],

EYM teknolojisi, filament şeklindeki polimerik malzemenin XYZ kartezyen koordinatlarına sahip bir hareketli sisteme bağlı bir ekstrüderden geçirilirken ergitilerek viskoz hale getirilmesi ve bu sayede ergiyen plastik malzemenin bir program dahilinde üretilecek fiziksel parçanın daha önceden dilimlenmiş kesiti üzerinde geometrik olarak gezdirilerek o anki tabakanın üretilmesi ve tabaka üretimi sonrası platformun seçilen tabaka kalınlığı kadar aşağı indirilerek bir sonraki tabakanın imal edilmesi ile devam eden bir imalat yöntemidir. İmalat, üretim platformu üzerindeki dilimlenmiş BDT verisinin tüm tabakalarının üretiminin tamamlanması ile son bulur. Sistemin şematik olarak gösterimi Şekil 1’ de verilmiştir[8, 12, 19].

Şekil 1. EYM mimarisi A) Sistemin çalışma şekli B) Sistem uygulamasının şematik gösterimi[19].

Üretilecek parçanın geometrisine bağlı olarak, tabaka kalınlığının seçimi, parçanın üretim platformu üzerine konumlandırılması, parçanın platform üzerindeki oryantasyonu, takım yollarının seçimi ve parçanın desteklenmesi gereken bölgelere destek verilmesi, problemsiz, yüksek mukavemetli ve düşük yüzey pürüzlülüğüne sahip parçanın üretimi için gerekli olan parametrelerdir. Üretim esnasında ekstrüde edilecek malzemenin uygun ekstrüzyon sıcaklığının seçimi, ekstrüzyon hızı, kafanın hareket hızı, üretilecek tabakanın kalitesi ile alakalı olduğundan uygun bir şekilde ayarlanması gerekmektedir[1, 8]. Şekil 2’ de EYM sistemi için çıkarılmış olan tipik bir takım yolunun şematik gösterimi verilmiştir. Takım yolunun belirli stratejilere göre seçimi ile parçanın içerisi belirli oranlarda boşluklu olarak imal edilebilmektedir. Bu sayede fonksiyonel olmayan sadece gösterim amaçlı parçalar içi boşluklu olarak üretilerek malzeme tasarrufu sağlanabilmektedir[8].

Şekil 2. Takım yolu stratejisi A) Takım yolu değişkenleri B) Yoğun takım yolu C) Boşluklu takım yolu[19].

Üretim parametrelerinin malzemeye göre uygun bir şekilde seçilmemesi, parça tabakalarının düzgün üretilmemesi, tabakaların birbirlerine iyi bağlanmaması, yüzey pürüzlülüğünün yüksek olması, yapı içerisinde boşlukların oluşması ve bu nedenlerden dolayı düşük mukavemete sahip olan parça imalatına neden olabilmektedir[19]. Piyasada ticari olarak satılan endüstriyel EYM makinelerinde malzemeye göre parametre seçimlerinin doğru olarak yapılmasını sağlayan özel programlar mevcuttur. Bu programların satıcı firmalar tarafından makine ile birlikte verilmesi, kullanıcının yapacağı, bilinçsiz parametre seçimleri nedeniyle ortaya çıkacak üretim problemlerini ortadan kaldırmaktadır[10]. Endüstriyel EYM sistemlerinin hobi amaçlı açık kaynak kodlu masaüstü yazıcılardan daha pahalı olmasının sebepleri; daha kontrollü bir makine alt yapısına sahip olmaları, üretimin daha kontrollü ve kapalı bir sistemde yapılması ve kontrol yazılımlarının daha gelişmiş olması nedeniyledir. Bu sebeplerden dolayı, endüstriyel EYM sistemleri, düşük maliyetli, hobi amaçlı EYM sistemlerinden daha düzgün yüzeyli, daha mukavemetli parçaların imalatına izin vermektedir. Ayrıca ucuz sistemler, ABS, PLA gibi sadece genel amaçlı birkaç polimer malzemenin kullanımına izin verirken, endüstriyel sistemler, daha yüksek sıcaklık, kimyasal dayanım, alev geciktirici, özelliklere sahip ileri mühendislik malzemelerinin (ABS, PC, PEI, PEKK, PPSU vb.) kullanımına olanak sağlamaktadır[1, 10, 14]. Şekil 3’ de endüstriyel EYM sistemlerinde kullanılmakta olan malzemelerin mekanik özellikleri verilmiştir[10].

Şekil 3. EYM malzeme özellikleri A) Çekme ve akma mukavemeti B) Çekme mukavemeti ve ısı dayanımı[10].

Şekil 3a’ da EYM teknolojisinde kullanılan malzemelerin akma mukavemeti ile çekme mukavemetinin değişimi ve Şekil 3b’de çekme mukavemeti ile mukavemetlerini koruyabildikleri maksimum kullanım sıcaklıkları verilmiştir. Şekilden görüldüğü gibi ABS malzemenin çekme mukavemeti yaklaşık 30MPa ve kullanım sıcaklığı 600 C iken PEI malzemenin çekme mukavemeti 50MPa ve kullanım sıcaklığı 2150 C’dir [10].

EYM sistemlerinin tabakalı imalat doğasından kaynaklı diğer bir özelliği de, üretilen parçanın anizotropiye sahip olmasıdır[10]. Anizotropi; parçanın mekanik özelliklerinin yöne bağlı olarak değişmesi anlamına gelmektedir. Anizotropi nedeniyle üretim platformu üzerinde parça konumlandırılmasının seçimi parçanın uygulamada maruz kalacağı mekanik özellik yönüne göre seçilmelidir[12, 13]. Şekil 4’ de farklı oryantasyonlarda üretilmiş olan parçaların mekanik özelliklerinin değişimi grafik olarak verilmiştir.

Şekil 4. Parça oryantasyonunun parça mukavemetine etkisi[19].

Parçanın üretim tabaka yönünün parçanın maruz kalacağı çekme yönüne paralel olması, bu yönde daha fazla çekme dayanımı ve sünekliğe sahip olması anlamına gelmektedir. Bunun tersi olarak üretim tabakalarının çekme yönüne dik olması parçanın bu yönde en düşük mekanik özellikleri göstermesine neden olacaktır. Bunun sebebi uygulanan yükün tabakalar arasındaki bağlanma mukavemeti tarafından taşınmasıdır. Tabakalar arası herhangi bir boşluk ve zayıf bağlanma çentik etkisi gibi davranarak gerilim yoğunluğunun artması ve çatlak ilerlemesi sonucunda parçanın düşük yüklerde deforme olmasına neden olacaktır. Tabakaların çekme yönüne 450 olarak üretilen parçalarda ise, paralel ve dik olduğu durumda elde edilen mukavemetler arasında bir çekme mukavemeti elde edilecektir[13, 19].

EYM teknolojisinde parça oryantasyonunun tabakalı imalat nedeniyle yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisi çok fazladır. Yüzey pürüzlülüğü parçanın estetik özellikleri üzerinde etkili olduğu gibi mekanik özelliklerini de etkilemektedir. Parçanın geometrisine göre üretim öncesi platform üzerinde konumlandırılması görsel olarak tabakalı imalat nedeniyle ortaya çıkacak basamaklanma etkisini minimum seviyede olacak şekilde seçilmelidir. Şekil 5a’ da parça konumlandırılmasının yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisi verilmiştir[19].

Şekil 5. Yüzey pürüzlülüğünü etkileyen faktörler A)Parça oryantasyonu B)Eğim açısı ve tabaka kalınlığı [19].

Şekil 5a’ da köşeli geometriye sahip olan parça, üretim tablasına paralel konumlandırıldığında kendi geometrisine uygun bir konumlandırma yapılmış olduğu için yüzeyinde en düşük basamaklanma görülmektedir (Parça A). Bunun yerine üretim tablasına açılı bir şekilde konumlandırıldığında ise tabakalı üretim nedeniyle üretilen parça yüzeyinde daha fazla basamaklı bir görünüm elde edilmekte ve bu durum da parçanın yüzey pürüzlülüğünü arttırmaktadır (Parça B). Tipik olarak lineer yüzey pürüzlülüğü Ra, parçanın platforma göre konumlandırma açısı , tabaka kalınlığı Lt ve yüzey oryantasyonu ile alakalıdır. Üst tarafa gelecek yüzeyler üretim platformuna paralel konumlandırılırsa (=00) parça yüzeyindeki basamak görüntüsü minimum olacaktır. Şekil 5b’ de yüzey pürüzlülüğünün parça konumlandırma açısı ile değişimi verilmiştir. Şekil 5b’ de parçanın üretim platformu ile olan açısı =00 ve 900 olması durumunda üst yüzeyde minimum yüzey pürüzlülüğü elde edilmektedir.  değerinin sıfır ve 900 den farklı olması ve tabaka kalınlığının artması yüzey pürüzlülüğünün artmasına neden olmaktadır. Bu nedenlerden dolayı parça, kullanım yerine ve beklenen görsel özelliklere göre minimum yüzey pürüzlülüğünün elde edilmesini sağlayacak şekilde üretim platformunda konumlandırılmalıdır[13, 19].

Parça dış yüzey pürüzlülükleri belirli geometrilerde kaçınılmaz hale gelmektedir. Bu durumda parçanın uygulama yerine göre belirli görsel özellikleri sağlaması için bir takım yüzey işlemleri uygulanabilmektedir. Yüzeyler beklentiye göre, zımpara, parlatma, macunlama, astar boya, son boya ve vernikleme işlemlerine tabi tutulabilmektedir. Mekanik yüzey işlemlerinin yanı sıra, aseton banyosuna daldırma, kimyasal buhar ile yüzeyi çözerek polimerik parçaların yüzey pürüzlükleri azaltılabilmektedir. Bu sayede tasarımın görsel prototipi elde edilmekte ve dış ortamlara karşı polimer malzemenin de korunması sağlanarak üretilen parçanın kullanım ömrü arttırılabilmektedir [20, 21].

EYM Teknolojisinin Kullanım Alanları

Eklemeli imalat teknolojilerinin kompleks tasarımların üretimine izin vermesi ve bu sayede hafif, aynı anda birkaç özelliğe ve yüksek spesifik mukavemete sahip parçaların imal edilebilmesi, özellikle yakıt tüketimi ve emisyon özelliklerinin azaltılmasının önemli olduğu havacılık sanayiinde kullanımlarını yaygınlaştırmaktadır. Havacılık sektöründe yüksek mukavemetli ve performanslı yapısal parçalara daha çok ihtiyaç duyulduğundan öncelikli olarak bu alanda metal eklemeli imalat teknolojileri yaygınlaşmıştır. Bu teknolojilerin yanı sıra, ürün geliştirme ve test amaçlı parçaların imalatında polimer eklemeli imalat teknolojileri de kullanılmaktadır. Günümüzde PEKK, PPSU ve PEI gibi alev geciktirici, yüksek sıcaklık, kimyasal dayanım ve alüminyuma yakın mukavemet özellikleri gösteren malzemelerin EYM teknolojisi ile üretilebilmeleri nedeniyle, uçakların havalandırma kanalları, elektrik bağlantı parçaları ve kabin içi plastik parçaları EYM teknolojisi ile üretilebilmektedir. Hatta bu parçalar için uçuş sertifikası alınmış olup seri imalatları da EYM teknolojisi ile yapılmaktadır[8]. Polimer esaslı malzemeden uçak parçalarının üretimine dair ilk uygulama; 2015 sonlarında Airbus’ın yeni A350XWB model uçağında kullanılmak üzere bazı polimerik parçaların Belçika’da kurulmuş olan Materialize firması tarafından eklemeli imalat ile üretilmesidir. 2015 ortalarında, Airbus firması ilk kez, A350XWB model uçakta Stratasys EYMM sistemi ile 1000 adet uçan parçanın üretiminin yapıldığını duyurmuştur. 2016 senesinde, şirket A350XWB model uçak parçaları için ULTEM 9085 malzemenin uçan parçaların imalatı için standart hale getirildiğini açıklamıştır. 2017 başlarında, Etihad Airways Engineering, Avrupa Havacılık Güvenlik Kurumundan (EASA) hava taşıtlarının iç kısımlarında üç boyutlu yazıcı ile üretilen paçaların tasarımı ve kullanımı için onay almıştır ve EASA sertifikasyonu altında Etihad Havayolları uçaklarının tamirinde ve yeni uçakların imalatında üç boyutlu yazıcılar ile üretilen parçaları kullanmaya başlamıştır[9].

Havacılık endüstrisinde yüksek mukavemetleri ve düşük yoğunlukları nedeniyle karbon ve aramid takviyeli kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Kompozit malzemelerin şekillendirilmesinde kullanılan alüminyum kalıplar yerine EYM teknolojisi ile ULTEM 1010 malzemeden üretilmiş otoklav sıcaklığına dayanabilen şekillendirme kalıpları kullanılabilmektedir. Bu sayede kalıp imalat süreleri bir hayli kısaltılabilmekte ve imalat maliyetleri düşürülebilmektedir. Kompozit malzemeden içi boş parçaların imalatında da yine EYM teknolojisinden yararlanılmaktadır. EYM ST-130TM çözülebilir malzemeden master modelin üretimi sonrasında parça üzerine fiber takviyeli kompozit malzemenin sarılması ve sonrasında çözücü malzeme ile destek malzemesinin uzaklaştırılarak içi boş kompozit malzemelerin üretimleri mümkün olmaktadır[9]. Bu yönteme güzel bir örnek Formula 1 SAE motorunun EYM teknolojisi ile üretimi sonrasında sıcaklık dayanımının arttırılması için üzerine karbon fiber kompozit uygulaması ile kompleks parçanın içi boş olarak ısıya ve basınca dayanıklı kompozit
malzemeden üretilmesidir. Bu parça üretim sonrası motor üzerinde test edilmiş ve kullanıma uygun olduğu görülmüştür(Şekil 6)[8].

Şekil 6. Kompozit parça imalatı için EYM yazıcı ile üretilen Formula SAE motor hava giriş parçası[8].

Endüstriyel pazarda ürün maliyetlerinin artması, ürün geliştirme sürelerinin kısalması daha kaliteli farklı ürünlere olan ihtiyacı arttırmaktadır. Bu ihtiyaçların karşılanması, daha hızlı, daha ucuz ve daha kaliteli olan malların üretimi ile sağlanabilmektedir. Bu anlamda rekabetin sağlanması konvansiyonel yöntemler yerine ürün geliştirme süresinin kısalması ve yeni ürün çeşitliliğinin artmasına katkıda bulunan eklemeli imalat sistemlerinin ürün geliştirme süreçleri ve üretimde kullanılması ile mümkün olmaktadır[8]. Bu durumda EYM sistemleri ile hızlı kalıp ve yardımcı ekipmanların üretimi öne çıkmaktadır. Şekil 7’ de FDM teknolojisi ile, Policarbonate (PC) malzeme kullanılarak sac şekillendirme kalıbı üretilmiş ve sonrasında çelik sacdan basılmış otomobil bagaj kapağı kilit bağlantı braketinin üretilmiş hali gösterilmektedir. PC malzemeden EYM teknolojisi ile üretilmiş kalıp ile 35 adet parça basılabilmektedir. Bu sayede çelik malzemeden üretilecek sac şekillendirme kalıbı için üretim zamanından kazanç sağlanarak ürün geliştirme süresi kısaltılmıştır[5].

Şekil 7. EYM yönteminin sac şekillendirme kalıplarında kullanımı A) PC malzemeden üretilmiş alt ve üst kalıp parçası B) Çelik sacdan basılmış kilit bağlantı braketi[5].

EYM teknolojisinin diğer bir uygulama örneği, silikon kalıplama için master model imalatında EYM den üretilmiş parçaların kullanılmasıdır. Silikon kalıplama, enjeksiyon kalıplamanın hızlı bir versiyonudur. Enjeksiyon kalıplamadan çok daha hızlı sürelerde ve düşük maliyetler ile parçanın silikon kalıbı hazırlanarak içerisine uygulamaya göre farklı özelliklerde dökülebilen çift komponentli poliüretan malzemenin kullanımı ile az adetli plastik parça imalatı yapılabilmektedir[8, 22]. Silikon kalıplamanın diğer bir uygulaması da silikon kalıp içerisine döküm mumu dökülmesi ve bu sayede elde edilen mum modelin hassas döküm yöntemi ile istenilen metal alaşımından üretilmesidir[23]. EYM teknolojisinin üretime yardımcı takım ve fikstürlerde kullanılması fikstürlerin hafifletilmesi ile üretimde çalışan işçinin yorulması ile ortaya çıkan iş gücü kaybının azaltılmasına ve bu sayede üretim maliyetlerinin düşürülmesine neden olmaktadır[8]. Hassas döküm sektöründe, mum modellerin hazırlanmasında kullanılan metal kalıplar CNC yöntemi ile uzun süreler ve yüksek maliyetler ile üretilmektedir. Az adetli döküm parçalarda mum yerine ABS malzeme kullanılarak hassas dökümde kullanılacak master modeller imal edilebilmekte ve otoklavlarda yakılarak uzaklaştırılabilmektedir. Bu sayede metal kalıp maliyetine katlanmak yerine 3B BDT verisinden master model imalatı yapılarak hassas döküm ile metal parçalar imal edilebilmektedir[4].

1990’ lı yıllarda EYM teknolojisinin endüstrileşmesinden bu yana otomotiv sektöründe kullanılan plastik parçaların tasarım ve testlerinde bu teknoloji hızlı prototipleme amaçlı kullanılmaktadır. Özellikle otomobilin plastik enjeksiyon ile üretilecek parçaları, tasarım sonrası EYM sistemi ile üretilmekte, ergonomi ve estetik açıdan test edilip tasarım onayı aldıktan sonra plastik enjeksiyon kalıplarının üretimine başlanmaktadır. Bu sayede tasarım hataları engellenmekte, ürün geliştirme süreleri kısalmakta ve rekabet gücü arttırılmaktadır[24]. Otomotiv sektöründe hizmet veren plastik parça üreticileri EYM yazıcıların yakın gelecekte plastik parçaların seri imalatın da kullanılabilmesini beklemektedirler. Ancak, günümüzdeki EYM sistemleri ile üretilen plastik parçalar, otomotiv endüstrisinde kullanılan plastiklerin seçim kriterlerini belirleyen VDA 232-201 standardının gerektirdiği, sıcaklık dayanımı ve mekanik özellikleri sağlayamadığından ayrıca üretilen parçaların mekanik özellikler açısından anizotropiye sahip olması nedeniyle seri imalat uygulamalarında kullanılamamaktadır. Bunun yerine prototip ve ürün geliştirme uygulamaları için parça imalatında kullanılabilmektedir[10].

Son yıllarda EYM malzemelerde partikül ve fiber takviyeli kompozit malzemelerin kullanılmaya başlaması ile EYM teknolojisinin farklı alanlarda da kullanımları mümkün olmaktadır. Kompozit malzemelerin geliştirilmesi ile özellikle, sensör ve filtreleme, rejeneratif tıp alanında iskele üretimi, yeni tip ilaç dozajlamasının kontrol edilebildiği ilaç tabletlerinin üretimi gibi alanlarda EYM teknolojisi kullanılmaktadır. Polimerik malzemelerin içerisine grafen, karbon fiber, karbon nano tüp, karbon karası gibi iletken malzemeler karıştırılarak kompozit malzeme haline getirilmesi, üretilen parçaların düşük akımlar altında kullanılmasını sağlamaktadır. Bu sayede üretilen parçaların farklı ortam değişikliklerinde değişik özellikler göstermesi yoluyla ortamdaki değişkenlerin ölçülebildiği sensörler geliştirilmiştir. Bu sensörlerin kullanılmasıyla, ortamdaki kimyasal uçucu miktarı (örneğin aseton), çok eksenli yük değişimlerinin ölçümü, 700 C ye kadar su ve ortam sıcaklığının ölçümleri mümkün olmaktadır[8]. Rejeneratif tıp alanında dokunun belirli bir mukavemete sahip olması, hücreler ile uyumu ve belirli bir poroziteye sahip iskele yapısı, EYM yazıcılar ile üretilebilecek biyomalzemelerin, biyoaktifcam, kalsiyumfosfat, trikalsiyomfosfat, hidroksiapatit veTiO2 gibi biyolojik olarak bozunabilir ve kemik yapısına yakın özelliklerdeki malzemeler ile takviye edilmesi ile elde edilmektedir. Bu malzemelerin EYM teknolojisi ile iskele olarak üretilmesi sonrasında hücre ekilmesi ile yapay dokular imal edilebilmektedir[8, 15].

Yeni nesil tedavi yöntemlerinde tedavi amaçlı vücuda verilen ilacın gerektiği kadar verilmesi büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla EYM teknolojisi ile vücutta bozulabilen biyomalzemelere eklenen ilaç karışımları ile hazırlanan tabletler ile kişiye ve hastalığa özel dozajlanması kontrol edilebilir tabletler üretilebilmektedir[25]. Prasad ve Smyth in 2016 senesinde üç boyutu EYM teknolojisi ile üretmiş oldukları SPRITAM tabletleri US Food and Drug Administration (FDA) kullanılabilir onayı almıştır.

EYM teknolojisinin diğer bir uygulama alanı kompleks mikro-akışkan kontrol cihazlarının üretimdir. PLA/CNT (Carbon nanotube) kompozit malzemeden üretilen mikro-akışkan cihazlar yağ ve suyun akışının kontrolünde kullanılmaktadır. Mikro akışkan kontrol cihazlarında EYM teknolojisinin diğer bir uygulama örneği; Chudobova ve arkadaşlarının 2015 senesinde, Kataoka ve arkadaşlarının 2014 senesinde, EYM teknolojisi ile ürettikleri mikro akışkan chip’i methicillin dirençli Staphylococcus Aureus (Bakteri) ve influenza hemagglutinin (Virüs)’ ün belirlenmesinde kullanmalarıdır.

Son yıllarda akıllı malzemelerin eklemeli imalat teknolojilerinde kullanılması ile dışarıdan verilen bir uyaran ile şekil değiştiren ya da farklı değişiklikler gösteren 4D parçalar üretilebilmektedir (Şekil 8).

Şekil 8. 4D EYM teknolojisinin karakteristiği[8].

Bu alanda akıllı malzeme olarak geliştirilmiş EYM’e uygun termoplastik malzemeler kullanılmaktadır. 4D EYM parçalar, soft robotik uygulamalar için aktüatörler, kontrollü ardışık katlama sistemleri ve kendi kendine gelişen yapısal uygulamalarda kullanılmaktadır. Zhuo ve arkadaşlarının 2015 senesinde, Leist ve arkadaşlarının 2017 senesinde yaptıkları çalışmalarda EYM ile üretilmiş PLA ve naylon parçaların şekil hafıza etkisine sahip olduklarını göstermişlerdir. PLA filament kullanılarak EYM ile üretilmiş plastik kupa içerisine sıcak su döküldüğünde şekil hafıza etkisi gözlemlenmiştir. Bu uygulamaya diğer güzel bir örnek de, PLA dan üretilmiş 4D akıllı giysi uygulamalarıdır[8].

Eklemeli imalat teknolojilerinin, kişiye özel az adetli imalat, kompleks tasarımların imal edilebilirliği gibi faydalarının görülmesi tekstil ve moda sektöründe eklemeli imalat teknolojilerinin yaygınlaşmasına neden olmuştur. Bu sayede 3D tasarım programlarında tasarlanmış kompleks desenler ve düğümler EYM teknolojisi ile üretilerek giysi yada giysinin bir bölümü olarak üretilebilmektedir[8, 26]. 2014 senesinde Danit Peleg dünyadaki ilk EYM teknolojisi ile üretilmiş giysi koleksiyonunu oluşturmuştur. 2018 yılındaki “The Birth of Venus” isimli defilede konvansiyonel tekstil ve EYM teknolojisi ile üretilmiş parçaların birleştirilmesi yöntemiyle üretilmiş giysileri tanıtmıştır. 3D printer ile TPU esnek malzemeden üretilen desenler farklı amaçlar için konvansiyonel tekstiller içerisinde kullanılarak farklı özelliklere sahip giysiler üretilebilmektedir (Şekil 9)[27].

Şekil 9. EYM ile üretilmiş tekstil örnekleri A) The Birth of Venüs koleksiyonu için üretilmiş ceket B)Sweatshirt C)Yelek [27].

Günümüzde, sorgulama, düşünme ve uygulamaya dayalı modern eğitim tekniklerinin faydalarının anlaşılması ile bilgi ve anlatıma dayalı eğitim teknikleri yerlerini modern eğitim tekniklerine bırakmaktadır. Özellikle uygulamalı eğitimlerin geçerli olduğu mühendislik, mimarlık ve tıp alanında bir organ, damar ya da sistemin anlaşılabilmesi için 3B modellerinin eklemeli imalat teknolojileri ile üretimi ve üzerinden uygulamalı olarak anlatımı ve cerrahi uygulamaların planlanması mümkün olmaktadır[28]. Bu sayede eğitimin etkinliğinin arttırılması ve cerrahi operasyonların başarılı geçme olasılığı bir hayli artmaktadır. Şekil 10’da bu amaçla üretilmiş anatomik modellerin EYM teknolojisi ile üretilmiş halleri görülmektedir.

Şekil 10. EYM teknolojisi ile üretilmiş anatomik modeller A) karın aort damarı[29] B) Kıkırdak ve kas dokusunu içeren gırtlak C) Ses telleri[11].

Şekil 10a’ da karın aort damarı, Şekil 10b’de gırtlak bölgesindeki kıkırdak ve kas dokusu ve Şekil 10c’ de ses tellerinin anatomik modelleri verilmiştir. Bu modeller hem eğitim hem de ameliyat planlaması için kullanılabilmektedir[11, 29].

SONUÇLAR

Eklemeli imalat teknolojilerinin sahip oldukları avantajlar nedeniyle kullanımları hızla artmaktadır. ISO/ASTM 52900’e göre yedi kategoriye ayrılan teknolojilerden biri malzeme ektrüzyon teknolojisidir. EYM teknolojisi malzeme ekstrüzyon teknolojisinin ticari ismidir. Polimer eklemeli imalat teknolojileri arasında en yaygınlaşmış olan teknolojilerden birisi EYM teknolojisidir. EYM teknolojisi polimerik bir flamentin sıcaklık altında ekstrüze edilmesi ile fiziksel modelin tabaka tabaka imal edilmesi esasına göre çalışmaktadır. EYM teknolojisi ile, mukavemetli ve görsel açıdan yüzey pürüzlülüğü düşük olan parçaların üretilmesi; parça oryantasyonu, uygun destek yapısının verilmesi, ekstrüzyon ve üretim platformu sıcaklığı, imalat hızı ve tabaka kalınlığının doğru seçimi ile mümkün olmaktadır. Tabakalı imalat nedeniyle parçanın basamaklı yüzey görünümü ve yüzey pürüzlülüğü parça oryantasyonu ile doğrudan alakalıdır. Parçanın yüzey pürüzlülüğü düşük ve görsel açıdan düzgün görünüm eldesi için parça geometrisine bağlı olarak, platform üzerinde parçanın doğru bir şekilde konumlandırılması gerekmektedir. Bazı geometrilerde tabakalı imalat nedeniyle parça yüzeyinde basamakların görülmesi kaçınılmazdır. Görsel kaygıların önemli olduğu uygulamalarda üretim sonrası parçaların yüzeylerinin mekanik olarak zımparalanması, macun ile doldurulması, parlatılması, boya, vernik ve farklı metalik kaplamalar ile kaplanması mümkündür. Mekanik parlatmanın yanı sıra, aseton banyosu ve kimyasal olarak çözücü bir buharla parçanın yüzey pürüzlülüğü azaltılabilmektedir. EYM teknolojisinin diğer bir dezavantajı; tabakalı imalat nedeniyle mekanik açıdan anizotropinin görülmesidir. Bu nedenle mekanik mukavemetin beklendiği fonksiyonel parçalarda mekanik mukavemetin beklendiği yöne göre parça üretim oryantasyonu belirlenmelidir.

EYM teknolojisi, 1990 senesinde ticarileşmesinden günümüze kadar birçok sektörde ürün geliştirme amaçlı kullanılmaktadır. Bu sektörler; otomotiv, havacılık, mimari, mühendislik, tıp ve eğitimdir. Ürün geliştirme dışında üretime yardımcı direkt, endirekt kalıp ve fikstürlerin imalatında da kullanılabilmektedir. EYM yöntemiyle, hassas döküm ve silikon kalıplama için master modellerin imalatı mümkün olmaktadır. Bu sayede master model için kalıp imalatı gerekli olmadığı için hem maliyet hem de zaman tasarrufu sağlanabilmektedir. Üretimi hızlandıran yardımcı ekipman ve fikstürlerin metal malzemeler yerine EYM teknolojisi ile dayanıklı plastik malzemelerden üretilmesi ağırlık avantajı sağladığı için üretimde çalışan iş görenlerin daha az yorulması ile üretim verimliliğinin arttırılmasını sağlamaktadır. Çelik malzemeden üretilen sac şekillendirme kalıp insertlerinin metal malzeme yerine EYM teknolojisi ile üretilmesi maliyet, zaman ve ürün geliştirme sürelerinin kısaltılmasını sağlamaktadır.

Otomotiv endüstrisinde EYM teknolojisinin ürün geliştirme sürelerini kısaltılması, markaların rekabet güçlerini arttırmaktadır. EYM teknoloji ile üretilen polimerik malzemeler, otomotivde kullanılan plastik malzemelerin seçim kriterlerini belirleyen VDA-232-201 standardını sağlayamadığından seri imalat da kullanılamamaktadır.

EYM teknolojilerinde PEKK, PEI ve PPSU gibi yüksek sıcaklık dayanımı ve mukavemete sahip olan malzemelerin kullanılabilmesi havacılık sektöründe uygulama alanlarını arttırmıştır. 2015 senesinde Airbus’ın EYM teknolojisi ile üretilen parçalara uçuş sertifikasını alması, üretilen parçaların uçakların seri ve yedek parça imalatlarında kullanılmalarını sağlamıştır. Havacılık sektöründe yüksek spesifik mukavemetleri nedeniyle aramid ve karbon fiber takviyeli kompozit malzemeler yapısal parçaların imalatında kullanılmaktadır. Bu parçaların şekillendirilmesinde CNC ile üretilmiş metal şekillendirme kalıpları kullanılmaktadır. Bu kalıpların yüksek sıcaklığa dayanıklı ULTEM 9085 malzeme kullanılarak EYM yöntemi ile üretilebilmesi mümkündür. Bu sayede kalıp imalat süresi azaltılarak maliyet kazancı sağlanmıştır.

EYM yöntemi ile çözülebilir ST-130TM malzemeden üretilen master modelin üzerine karbon fiber malzemelerin sarılmasıyla kompozit malzemenin şekillendirilmesi sonrasında ST-130TM malzemenin çözülebilir bir kimyasal içerisinde uzaklaştırılarak içi boş kompleks kompozit parçaların imalatı mümkün olabilmektedir. Bu yöntemle yüksek sıcaklık ve mukavemetin gerekli olduğu yerler için kompozit malzemeler çok hızlı bir şekilde ve düşük maliyetler ile üretilebilmektedir.

Son yıllarda partikül ve fiber takviyeli kompozit malzemelerin EYM sistemlerinde kullanılabilmesi, yüksek mukavemetli ve farklı özelliklere sahip parçaların üretimine izin vermektedir. Filament malzemeye eklenen grafen, karbon nanotüp ve karbon karası gibi iletken malzemeler FDM teknolojisi ile üretilen parçaların düşük voltaj uygulamalarında kullanılmalarına olanak sağlamaktadır. Bu sayede farklı ortamların özelliklerinin belirlenmesi amacıyla sensörler üretilebilmektedir.

EYM teknolojisinde kullanılan filament malzemelere biyoaktif takviye malzemelerin eklenmesi ile rejeneratif tıp alanında kullanılmak üzere iskele yapıları üretilebilmektedir. İskele yapılara hücre ekilmesi ile yapay organ ve dokuların üretimi mümkün olmaktadır. Yeni nesil tedavi yöntemlerinde kişiye ve hastalığa göre ilaç dozajlaması önemli bir konudur. Biyolojik olarak vücutta çözünebilen EYM malzemeleri içerisine eklenen ilaçların dozaj kontrollü tabletler şeklinde üretilmeleri mümkündür. 2016 senesinde üç boyutlu EYM teknolojisi ile üretilmiş SPRITAM tabletleri US Food and Drug Administration (FDA) kullanılabilir onayı almıştır.

Akıllı malzemelerin EYM teknolojisi ile şekillendirilmesi, kompleks 4D sensörlerin üretimine olanak sağlamaktadır. Bu sayede dışarıdan verilen bir uyarana karşı şekil ya da özellik değiştirebilen sensörler imal edilebilmektedir. Bu özelliğin kullanılabildiği diğer bir alan akıllı giysiler olarak karşımıza çıkmaktadır. EYM teknolojisinin diğer bir uygulama alanı tekstil ve moda sektörüdür. 3B tasarım programı ile geliştirilmiş örgü ve düğüm yöntemleri TPU esnek filamentler kullanılarak EYM yöntemi ile üretilip konvansiyonel yöntemler ile üretilmiş giysilerin bir parçası olarak kullanılabilmektedir. Bu sayede farklı tasarımlara ve özelliklere sahip olan akıllı giysiler geliştirilmiştir.

Günümüzde bilgi ve anlatıma dayalı eğitim yerine, öğrencilerin araştırdığı, sorguladığı ve uygulayarak öğrendiği modern eğitim teknikleri geliştirilmiştir. Özellikle uygulamanın etkin olduğu, mühendislik, tasarım ve tıp alanlarındaki eğitimlerde EYM teknolojileri ile üretilen, sistem, organ ve dokuların kullanılması hızla yaygınlaşmaktadır. Ayrıca tıp alanında kişilere ait CT tarama yöntemi ile elde edilmiş, organ ve dokuların 3B anatomik modellerinin EYM yöntemi ile imal edilebilmesi hasta üzerinde yapılacak olan cerrahi operasyonun doğru bir şekilde planlamasını sağlamaktadır. Bu sayede yapılacak olan cerrahi operasyonun başarı olasılığı arttırılmaktadır.

EYM teknolojilerinde ve kullanılan malzemelerdeki gelişmeler ve gelecekte elde edilecek ilerlemeler bu teknolojilerin hayatımızı daha kolaylaştırması anlamına gelmektedir. EYM teknolojisinin otomasyona uygun olması ve teknolojinin yakın gelecekte seri imalatta da kullanılabilir hale getirilmesi; tasarımdan direkt dijital imalatı mümkün kılacaktır. Bu sayede EYM teknolojisi, akıllı fabrikaların vazgeçilmez üretim teknolojilerinden birisi haline gelecektir.

KAYNAKLAR

  • 1. Daminabo, S., Goel S., Grammatikos S.A., Nezhad H.Y., Thakur V.K.,”Fused deposition modeling-based additive manufacturing (3D printing): techniques for polymer material systems”, Materials Today Chemistry, 16, 100248, pages 1-23, 2020.
  • 2. Jiang, J., Lou J., Hu G., “Effect of support on printed properties in fused deposition modelling processes”, Virtual and Physical Prototyping, 14(4): pages 308-315, 2019.
  • 3. Najmon, J.C., S. Raeisi, A. Tovar, “Review of additive manufacturing technologies and applications in the aerospace industry”, Froes F., Boyer R., Additive manufacturing for the aerospace industry, pages 7-31, Elsevier, 2019.
  • 4. Singh, S., Singh R., Fused deposition modelling based rapid patterns for investment casting applications: a review, Rapid Prototyping Journal, 22(1), pages 123-143, 2016.
  • 5. Durgun, I., “Sheet metal forming using FDM rapid prototype tool”, Rapid Prototyping Journal, 21(4), pages 412-422, 2015.
  • 6. Başcı, U.G., Yamanoğlu R., “Eklemeli Metal İmalat Teknolojileri İçin Metal Tozu Üretim Yöntemleri”, Uluslararası Marmara Fen ve Sosyal Bilimler Kongresi, pages 219-227, 2019.
  • 7. Tofail, S.A., Koumulos E.P., Bandyopadhyay A., Bose S., O’Donoghue L., Charitidis C., “Additive manufacturing: scientific and technological challenges, market uptake and opportunities”, Materials Today, 21(1), pages 22-37, 2018.
  • 8. Sathies, T., Senthil P., Anoop M.S., “A review on advancements in applications of fused deposition modelling process”, Rapid Prototypig Journal, 26(4), pages 669-687, 2020.
  • 9. Gasman, L., “Additive aerospace considered as a business”, Froes F., Boyer R., Additive Manufacturing for the Aerospace Industry, pages 327-340, Elsevier, 2019
  • 10. Wiese, M., Thiede S., Herrmann C., “Rapid manufacturing of automotive polymer series parts: A systematic review of processes, materials and challenges”, Additive Manufacturing, 36,101582, pages 1-13, 2020.
  • 11. Smith, M.L., Jones F.X.j., “Dual‐extrusion 3D printing of anatomical models for education”, Anatomical Sciences Education, 11(1), pages 65-72, 2018.
  • 12. Ngo, T.D., Kashani A., Imbalzano G., Nguyen K.T.Q., Hui D., “Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges”, Composites Part B, 143, pages 172-196, 2018.
  • 13. Dizon, J.R.C., Esperajr A.H.,Chen Q., Advincula R. C., “Mechanical characterization of 3D-printed polymers”, Additive Manufacturing, 20, pages 44-67, 2018.
  • 14. Das, A., Chatham C. A., Fallon J. J., Zawaski C. E., Gilmer E. L., Williaös C. B., Bortner M. J., “Current understanding and challenges in high temperature additive manufacturing of engineering thermoplastic polymers”, Additive Manufacturing, 34, 101218, pages 1-21, 2020.
  • 15. Corcione, C.E., Gervaso F., Scalera F., Padmanabhan S. K., Madaghiele M., Montagna F., Sannino A., Licciulli A., Maffezzoli A., “Highly loaded hydroxyapatite microsphere/PLA porous scaffolds obtained by fused deposition modelling”, Ceramic International, 45(2), pages 2803-2810, 2019.
  • 16. Balletti, C., Ballarin M., Guerra F., “3D printing: State of the art and future perspectives”, Journal of Cultural Heritage, 26, pages 172-182, 2017.
  • 17. EN ISO/ASTM 52900:2017, Standart, “Additive Manufacturing, in General Principles-Terminology”, 2017.
  • 18. Başcı U.G., Yamanoğlu R., “Eklemeli Metal İmalat Teknolojileri Ve Uygulama Alanları”, Uluslararası Marmara Fen ve Sosyal Bilimler Kongresi, pages 307-314, 2020.
  • 19. Leary M.,”Material Extrusion”, Design for Additive Manufacturing, Elsevier, pages 223-268, 2020.
  • 20. Chohan, J.S., Singh R., “Pre and post processing techniques to improve surface characteristics of FDM parts: a state of art review and future applications”, Rapid Prototyping Journal, 23(3), pages 495-513, 2017.
  • 21. Lalehpour, A., Janeteas C., Barari, “Surface roughness of FDM parts after post-processing with acetone vapor bath smoothing process”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 95, pages 1505-1520, 2018.
  • 22. Kuo, C., “Fabrication of modeling platform for fused deposition modeling using vacuum casting”, Materials Science & Engineering Technology, 44(11): pages 922-926, 2013.
  • 23. Lee, C. W., Chua C.K., Cheah C. M., Tan L. H., Feng C., “Rapid investment casting: direct and indirect approaches via fused deposition modelling”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 23, pages, 93-101, 2004.
  • 24. Chua, C.K., Wong C. H., Yeong W. Y., “Standards, quality control, and measurement sciences in 3D printing and additive manufacturing”, pages 1-213, Academic Press, Elsevier, 2017.
  • 25. Long, J., Hamideh G., Jun L., Craig B., Ali S., “Application of fused deposition modelling (FDM) method of 3D printing in drug delivery”, Current Pharmaceutical Design, 23(3), pages 433-439
  • 26. Chakraborty, S., Biswas M. C., “3D printing technology of polymer-fiber composites in textile and fashion industry: a potential roadmap of concept to consumer”, Composite Structures, 248, 112562, pages 1-14, 2020. 27. Sun L., “3D printing technologies: current applications, future trends and challenges”, Yip J., Latest Material and Technological Developments for Activewear, pages 139-151,Woodhead Publishing, Elsevier, 2020.
  • 28. Szulżyk-Cieplak, J., Duda A., Sidor B., “3D printers–new possibilities in education”, Advances in Science and Technology Research Journal, 8(24), pages 96-101, 2014.
  • 29. Torres, K., Staskiewicz G., Sniezynski M., Drop A., Maciejewski R., “Application of rapid prototyping techniques for modelling of anatomical structures in medical training and education”, Folia Morphologica, 70(1), pages 1-4, 2011.

Mayıs 2022
Poligon Mühendislik - Ümit Gencay Başçı
Üretim ve Ür-Ge Direktörü

PLG Haber Mayıs 2022 Sayısı

                                                                                        Değerli Okuyucumuz,

Bu ay sizinle Üretim ve Ür-Ge Direktörümüz Ümit Gencay Başcı ve Rıdvan Yamanoğlu tarafından kaleme alınan “YENİ NESİL ÜRETİM TEKNOLOJİSİ: FDM İLE EKLEMELİ İMALAT” konulu International Journal Of 3D Printing Technologies and Digital Industries” dergisinde yayınlanan makalesini paylaşıyoruz. Ayrıca Stratasys’in çığır açan J850 3d printerının moda sektöründe devrim niteliğinde başarısına da yer verdik.

Keyifli okumalar.

GİRİŞ

Eklemeli imalat teknolojileri, konvansiyonel talaşlı imalat teknolojilerinin tersine üç boyutlu bilgisayar destekli (3B BDT) veriden fiziksel parçanın tabaka tabaka ve ihtiyaç duyulduğu kadar malzemenin kullanılması ile imal edilmesidir[1]. Eklemeli imalat teknolojilerinin kullanımı ile, fiziksel parçalar konvansiyonel yöntemlerdeki üretim sınırlamaları olmaksızın tek aşamada imal edilebilmektedir. Birden fazla alt parçadan oluşan ürünün montajlı bir şekilde imalat edilmesi eklemeli imalat teknolojileri ile mümkün olmaktadır. Bu sayede üretim ve işçilik süreleri azaltılarak üretim maliyetleri düşürülebilmektedir[2]. Parça tasarımından doğrudan imalat mümkün olduğundan stok için üretim yerine, talep geldiğinde imalatın yapılması mümkündür. Tam zamanında imalatın yapılabilmesi stok maliyetlerinin düşürülmesine neden olmaktadır[3]. Üretime yardımcı direkt ve endirekt kalıp ve fikstürlerin imal edilebilmesi üretim hızlarını arttırmakta ve maliyetlerini düşürmektedir[4-6].

Eklemeli imalat teknolojileri ISO/ASTM’ ye göre yedi ayrı katagoriye ayrılmaktadır[7]. Bu teknolojilerden birisi de Malzeme Ekstrüzyonu’ dur. Malzeme ekstrüzyonu, 1988 yılında Crump tarafından patentlenmiş ve 1990 yılında FDM/EYM (Eriyik Yığma Modelleme) adı altında ticarileştirilmiştir[8]. O yıllardan günümüze kadar EYM teknolojisi, ürün geliştirme, kavramsal, fonksiyonel prototipler ve az adetli parçaların imalatında kullanılmıştır. Sahip olduğu avantajlar nedeniyle, eklemeli imalat teknolojilerinin kullanımları havacılık[9], otomotiv[10], tasarım, sağlık ve eğitim alanlarında hızla yaygınlaşmaktadır[11].

EYM teknolojisi, filament şeklindeki polimerik malzemenin sıcak bir nozül’ den geçirilerek viskoz hale getirilmesi ve 3B BDT veri kesitine göre hareket ettirilmesi ile parçanın katmanlı olarak imal edilmesine dayanmaktadır[12]. EYM teknolojisinde parça katmanlı olarak imal edildiğinden parçanın geometrisine bağlı olarak farklı yüzey pürüzlükleri ve basamaklı görünüme sahip parça elde edilmektedir. Yüzey pürüzlülüğü uygulamaya göre hem estetik görünümü hem de parça mukavemetini olumsuz yönde etkilemektedir. EYM teknolojisinde üretilen parçanın özelliklerini etkileyen, ekstrüzyon sıcaklığı, ekstrüzyon hızı, tabaka kalınlığı, parça oryantasyonu, destek yapısı ve üretim hacminin sıcaklığı gibi proses parametreleri mevcuttur. Düzgün yüzeyli ve yüksek mukavemetli parçaların üretimi için bu parametrelerin kullanılan malzemeye göre optimize edilmesi gerekmektedir. EYM teknolojisinin diğer bir özelliği de parça özelliklerinin yöne bağlı olarak değişmesidir. Bu nedenle parçanın kullanım yerine göre parça üretim oryantasyonu dikkatli bir şekilde seçilmelidir[13].

EYM teknolojisinde ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) ve PLA (Polylactic Acid) başta olmak üzere PEKK (Polyetherketoneketone), PEI (Polyetherimide), PPSU (Polyphenylsulfone) ve PC (Polycarbonate) gibi yüksek mukavemet ve ısı dayanımının gerekli olduğu malzemeler kullanılabilmektedir. Bu malzemelerin kullanımı ile endüstriyel alanda teknolojinin kullanımı hızla yaygınlaşmıştır[14]. Son yıllarda malzeme teknolojilerinin gelişmesi ile EYM teknolojilerinde kompozit filamentler de kullanılmaya başlamıştır. Farklı takviye malzemeleri ile üretilen kompozit malzemelerin EYM teknolojisi ile parça haline dönüştürülmesi ile, kompleks sensörler, mikro akışkan cihazlar, akıllı giysiler, 4D akıllı sistemler[8], rejeneratif tıp alanında kullanılmak üzere iskele (scaffold) yapıları ve kişiye göre dozajlaması ayarlanmış ilaçların imal edilmesi mümkün olmuştur[15]. 2016 senesinde üç boyutu EYM teknolojisi ile üretilmiş SPRITAM tabletleri US Food and Drug Administration (FDA) kullanılabilir onayını almıştır[8].

2005 yılında açık kaynak kodlu Rep Rap ve FAB@home projesinin ortaya çıkması ile masa üstü hobi amaçlı ucuz EYM cihazları üretilmiştir. 2008 yılında MakerBot firmasının kurulması ile PLA ve ABS filament kullanan, ev ve ofis ortamlarında parça imalatı yapabilen, EYM yazıcıların seri imalatına geçilmiştir. Ucuz EYM yazıcıların piyasaya sürülmesi teknolojinin yakından tanınmasına ve yaygınlaşmasına sebep olmuştur

EYM teknolojisinin endüstriyel uygulamalar ve az adetli imalatın yanı sıra evlere kadar girmiş olması teknolojinin gelişimini tamamladığı anlamına gelmemektedir. Konvansiyonel yöntemlerin yerini alabilmesi için hem teknolojinin hem de kullanılan farklı malzemelerin geliştirilmesi, maliyetlerin düşmesi ve üretim hızlarının arttırılması gerekmektedir. Yakın gelecekte bu problemlerin aşılması ve teknolojinin otomasyona uygun olması nedeniyle geleceğin akıllı fabrikalarında üretim istasyonları olarak kullanılabilme olasılıklarını arttırmaktadır.

EKLEMELİ İMALAT TEKNOLOJİLERİ

Eklemeli imalat, üç boyutlu datadan malzemenin tabaka tabaka eklenerek, fiziksel objenin imal edilmesine dayalı üretim teknolojilerine verilen gelen isimdir[17]. Eklemeli imalat teknolojileri International Organization for Standardization (ISO)/American Society for Testing and Materials (ASTM) 52900:2015’ e göre yedi kategoride sınıflandırılmaktadır[7].

     ❖ Bağlayıcı Püskürtme

     ❖ Direk Enerji Biriktirme

     ❖ Malzeme Ekstrüzyonu

     ❖ Malzeme Püskürtme

     ❖ Toz Yatağında Ergitme

     ❖ Plaka Tabakalaştırma

     ❖ Havuz Fotopolimerizasyonu

Eklemeli imalat teknolojileri, kullanılan malzemelere göre de polimer, metal, seramik, mum imalat yöntemleri olarak da sınıflandırılmaktadır[18]. Eklemeli imalat teknolojilerinin konvansiyonel imalat teknolojilerine göre birçok avantajları mevcuttur. Bu avantajlarından bazıları aşağıda maddeler halinde verilmiştir[7].

     ❖ Tasarımın doğrudan imal edilebilmesi

     ❖ İlave işleme ya da üretim maliyeti olmadan parçanın imal edilebilmesi

     ❖ Kompleks iç yapılara sahip olan tasarımın elde edilebilmesi

     ❖ Latis yapısına sahip ya da içi boş hafif parçaların imal edilebilmesi

     ❖ İlave işlem gerektirmeden net şekilli son ürünün doğrudan üretilebilmesi

     ❖ Malzeme kayıplarını minimuma indirerek minimum atıkla imalatın yapılabilmesi

     ❖ Ürün geliştirme süresini kısaltılarak, markete giriş hızının arttırılabilmesi

     ❖ Çok çeşitli parçaların daha küçük üretim alanlarında imal edilebilmesi

     ❖ Talep anında üretimin yapılabilmesine izin verilmesi

     ❖ Mükemmel ölçeklendirilebilirlik

Yukarıda belirtilen avantajlarının yanı sıra, teknolojinin hala gelişmekte olması nedeniyle aşağıda belirtilmiş olan dezavantajları da mevcuttur;

     ❖ Yüksek hacimli imalatlara göre (örneğin plastik enjeksiyon kalıplama) maliyeti yüksektir,

     ❖ Teknolojiye uygun malzemeler ile imalat yapıldığından renk, malzeme ve yüzey işleme seçenekleri sınırlıdır,

    ❖ Diğer imalat yöntemlerine göre toleransları düşüktür. Üretim sonrası parça ek işleme gerektirebilir (Örneğin, talaşlı imalat, parlatma ve boya vb.)[18].

Eklemeli imalat teknolojilerinden biri olan EYMM 1988 yılında Crump tarafından patentlenmiş ve sonrasında 1990’ların başında Sytratasys markası altında ticari olarak üretilmeye başlanmıştır[8]. 2005 senesinde açık kaynak kodlu RepRap ve FAB@Home projesinin ortaya çıkması ile masa üstü, hobi amaçlı ucuz FDM yazıcıların yaygınlaşması sağlanmıştır. 2008 senesinde Bre Pettis, Adam Mayer ve Zach Hoeken Simith MakerBot firmasını kurmuşlardır. Bu firma üretmiş olduğu masaüstü FDM yazıcılar PLA, ABS filament malzeme kullanımıyla ofis ve ev ortamlarında parça imalatı yapılabilmektedir. Tüm bu gelişmeler EYM teknolojisinin diğer teknolojilere göre daha yaygınlaşmasına ve kullanım alanlarının artmasına sebep olmuştur[16].

Eriyik Yığma Modelleme (EYM)

(EYM), ASTM’ nin eklemeli imalat teknoloji sınıflandırma gruplarından biri olan Material Extrusion (MEX) sisteminin ilk ticari ismidir. Aynı yöntem, Fused Flament Fabrication (FFF) teknolojisi olarak

da adlandırılmaktadır[1, 19]. FDM ve FFF teknolojisinin Türkçe karşılığı Eriyik Yığma Modelleme (EYM) olarak verilmektedir.

EYM teknolojisinin tekno-ekonomik olarak birçok faydası mevcuttur. Bu faydalar arasında, diğer teknolojilere göre uygulama kolaylığı, uygulamaya göre düşük maliyetli oluşu, ölçeklendirilebilme özelliğinin oluşu, çoklu üretim kafalarının kullanımı ile fiziksel olarak büyük parçaların üretimine izin vermesi, kullanılan hammaddenin uygulamaya göre hazırlanabilmesi, ucuz malzemelerin yanında yüksek mühendislik malzemelerinin de üretimde kullanılabilirliğidir. EYM teknolojisi, malzeme mühendisliği, ileri imalat, medikal araştırmalar, fonksiyonel malzemelerin geliştirilmesi gibi araştırma alanlarında kullanılmaktadır. EYM teknolojisinin avantajlarının yanında aşağıda belirtilmiş olan dezavantajları da mevcuttur[12, 19].

     ❖ Üretimdeki parça oryantasyonuna bağlı olarak değişen yüzey pürüzlülüğü,

     ❖ Desteksiz bölgelerin üretim zorlukları ve parça içi boşlukların varlığı,

     ❖ Problemsiz parça üretimi için gerekli olan takım yolunun geliştirilme zorluğu,

     ❖ Parçanın içermiş olduğu iç hataların tahribatsız olarak belirlenmesindeki zorluk,

     ❖ Lamine yapıdan kaynaklanan mukavemet problemleri[19],

EYM teknolojisi, filament şeklindeki polimerik malzemenin XYZ kartezyen koordinatlarına sahip bir hareketli sisteme bağlı bir ekstrüderden geçirilirken ergitilerek viskoz hale getirilmesi ve bu sayede ergiyen plastik malzemenin bir program dahilinde üretilecek fiziksel parçanın daha önceden dilimlenmiş kesiti üzerinde geometrik olarak gezdirilerek o anki tabakanın üretilmesi ve tabaka üretimi sonrası platformun seçilen tabaka kalınlığı kadar aşağı indirilerek bir sonraki tabakanın imal edilmesi ile devam eden bir imalat yöntemidir. İmalat, üretim platformu üzerindeki dilimlenmiş BDT verisinin tüm tabakalarının üretiminin tamamlanması ile son bulur. Sistemin şematik olarak gösterimi Şekil 1’ de verilmiştir[8, 12, 19].

Şekil 1. EYM mimarisi A) Sistemin çalışma şekli B) Sistem uygulamasının şematik gösterimi[19].

Üretilecek parçanın geometrisine bağlı olarak, tabaka kalınlığının seçimi, parçanın üretim platformu üzerine konumlandırılması, parçanın platform üzerindeki oryantasyonu, takım yollarının seçimi ve parçanın desteklenmesi gereken bölgelere destek verilmesi, problemsiz, yüksek mukavemetli ve düşük yüzey pürüzlülüğüne sahip parçanın üretimi için gerekli olan parametrelerdir. Üretim esnasında ekstrüde edilecek malzemenin uygun ekstrüzyon sıcaklığının seçimi, ekstrüzyon hızı, kafanın hareket hızı, üretilecek tabakanın kalitesi ile alakalı olduğundan uygun bir şekilde ayarlanması gerekmektedir[1, 8]. Şekil 2’ de EYM sistemi için çıkarılmış olan tipik bir takım yolunun şematik gösterimi verilmiştir. Takım yolunun belirli stratejilere göre seçimi ile parçanın içerisi belirli oranlarda boşluklu olarak imal edilebilmektedir. Bu sayede fonksiyonel olmayan sadece gösterim amaçlı parçalar içi boşluklu olarak üretilerek malzeme tasarrufu sağlanabilmektedir[8].

Şekil 2. Takım yolu stratejisi A) Takım yolu değişkenleri B) Yoğun takım yolu C) Boşluklu takım yolu[19].

Üretim parametrelerinin malzemeye göre uygun bir şekilde seçilmemesi, parça tabakalarının düzgün üretilmemesi, tabakaların birbirlerine iyi bağlanmaması, yüzey pürüzlülüğünün yüksek olması, yapı içerisinde boşlukların oluşması ve bu nedenlerden dolayı düşük mukavemete sahip olan parça imalatına neden olabilmektedir[19]. Piyasada ticari olarak satılan endüstriyel EYM makinelerinde malzemeye göre parametre seçimlerinin doğru olarak yapılmasını sağlayan özel programlar mevcuttur. Bu programların satıcı firmalar tarafından makine ile birlikte verilmesi, kullanıcının yapacağı, bilinçsiz parametre seçimleri nedeniyle ortaya çıkacak üretim problemlerini ortadan kaldırmaktadır[10]. Endüstriyel EYM sistemlerinin hobi amaçlı açık kaynak kodlu masaüstü yazıcılardan daha pahalı olmasının sebepleri; daha kontrollü bir makine alt yapısına sahip olmaları, üretimin daha kontrollü ve kapalı bir sistemde yapılması ve kontrol yazılımlarının daha gelişmiş olması nedeniyledir. Bu sebeplerden dolayı, endüstriyel EYM sistemleri, düşük maliyetli, hobi amaçlı EYM sistemlerinden daha düzgün yüzeyli, daha mukavemetli parçaların imalatına izin vermektedir. Ayrıca ucuz sistemler, ABS, PLA gibi sadece genel amaçlı birkaç polimer malzemenin kullanımına izin verirken, endüstriyel sistemler, daha yüksek sıcaklık, kimyasal dayanım, alev geciktirici, özelliklere sahip ileri mühendislik malzemelerinin (ABS, PC, PEI, PEKK, PPSU vb.) kullanımına olanak sağlamaktadır[1, 10, 14]. Şekil 3’ de endüstriyel EYM sistemlerinde kullanılmakta olan malzemelerin mekanik özellikleri verilmiştir[10].

Şekil 3. EYM malzeme özellikleri A) Çekme ve akma mukavemeti B) Çekme mukavemeti ve ısı dayanımı[10].

Şekil 3a’ da EYM teknolojisinde kullanılan malzemelerin akma mukavemeti ile çekme mukavemetinin değişimi ve Şekil 3b’de çekme mukavemeti ile mukavemetlerini koruyabildikleri maksimum kullanım sıcaklıkları verilmiştir. Şekilden görüldüğü gibi ABS malzemenin çekme mukavemeti yaklaşık 30MPa ve kullanım sıcaklığı 600 C iken PEI malzemenin çekme mukavemeti 50MPa ve kullanım sıcaklığı 2150 C’dir [10].

EYM sistemlerinin tabakalı imalat doğasından kaynaklı diğer bir özelliği de, üretilen parçanın anizotropiye sahip olmasıdır[10]. Anizotropi; parçanın mekanik özelliklerinin yöne bağlı olarak değişmesi anlamına gelmektedir. Anizotropi nedeniyle üretim platformu üzerinde parça konumlandırılmasının seçimi parçanın uygulamada maruz kalacağı mekanik özellik yönüne göre seçilmelidir[12, 13]. Şekil 4’ de farklı oryantasyonlarda üretilmiş olan parçaların mekanik özelliklerinin değişimi grafik olarak verilmiştir.

Şekil 4. Parça oryantasyonunun parça mukavemetine etkisi[19].

Parçanın üretim tabaka yönünün parçanın maruz kalacağı çekme yönüne paralel olması, bu yönde daha fazla çekme dayanımı ve sünekliğe sahip olması anlamına gelmektedir. Bunun tersi olarak üretim tabakalarının çekme yönüne dik olması parçanın bu yönde en düşük mekanik özellikleri göstermesine neden olacaktır. Bunun sebebi uygulanan yükün tabakalar arasındaki bağlanma mukavemeti tarafından taşınmasıdır. Tabakalar arası herhangi bir boşluk ve zayıf bağlanma çentik etkisi gibi davranarak gerilim yoğunluğunun artması ve çatlak ilerlemesi sonucunda parçanın düşük yüklerde deforme olmasına neden olacaktır. Tabakaların çekme yönüne 450 olarak üretilen parçalarda ise, paralel ve dik olduğu durumda elde edilen mukavemetler arasında bir çekme mukavemeti elde edilecektir[13, 19].

EYM teknolojisinde parça oryantasyonunun tabakalı imalat nedeniyle yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisi çok fazladır. Yüzey pürüzlülüğü parçanın estetik özellikleri üzerinde etkili olduğu gibi mekanik özelliklerini de etkilemektedir. Parçanın geometrisine göre üretim öncesi platform üzerinde konumlandırılması görsel olarak tabakalı imalat nedeniyle ortaya çıkacak basamaklanma etkisini minimum seviyede olacak şekilde seçilmelidir. Şekil 5a’ da parça konumlandırılmasının yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisi verilmiştir[19].

Şekil 5. Yüzey pürüzlülüğünü etkileyen faktörler A)Parça oryantasyonu B)Eğim açısı ve tabaka kalınlığı [19].

Şekil 5a’ da köşeli geometriye sahip olan parça, üretim tablasına paralel konumlandırıldığında kendi geometrisine uygun bir konumlandırma yapılmış olduğu için yüzeyinde en düşük basamaklanma görülmektedir (Parça A). Bunun yerine üretim tablasına açılı bir şekilde konumlandırıldığında ise tabakalı üretim nedeniyle üretilen parça yüzeyinde daha fazla basamaklı bir görünüm elde edilmekte ve bu durum da parçanın yüzey pürüzlülüğünü arttırmaktadır (Parça B). Tipik olarak lineer yüzey pürüzlülüğü Ra, parçanın platforma göre konumlandırma açısı , tabaka kalınlığı Lt ve yüzey oryantasyonu ile alakalıdır. Üst tarafa gelecek yüzeyler üretim platformuna paralel konumlandırılırsa (=00) parça yüzeyindeki basamak görüntüsü minimum olacaktır. Şekil 5b’ de yüzey pürüzlülüğünün parça konumlandırma açısı ile değişimi verilmiştir. Şekil 5b’ de parçanın üretim platformu ile olan açısı =00 ve 900 olması durumunda üst yüzeyde minimum yüzey pürüzlülüğü elde edilmektedir.  değerinin sıfır ve 900 den farklı olması ve tabaka kalınlığının artması yüzey pürüzlülüğünün artmasına neden olmaktadır. Bu nedenlerden dolayı parça, kullanım yerine ve beklenen görsel özelliklere göre minimum yüzey pürüzlülüğünün elde edilmesini sağlayacak şekilde üretim platformunda konumlandırılmalıdır[13, 19].

Parça dış yüzey pürüzlülükleri belirli geometrilerde kaçınılmaz hale gelmektedir. Bu durumda parçanın uygulama yerine göre belirli görsel özellikleri sağlaması için bir takım yüzey işlemleri uygulanabilmektedir. Yüzeyler beklentiye göre, zımpara, parlatma, macunlama, astar boya, son boya ve vernikleme işlemlerine tabi tutulabilmektedir. Mekanik yüzey işlemlerinin yanı sıra, aseton banyosuna daldırma, kimyasal buhar ile yüzeyi çözerek polimerik parçaların yüzey pürüzlükleri azaltılabilmektedir. Bu sayede tasarımın görsel prototipi elde edilmekte ve dış ortamlara karşı polimer malzemenin de korunması sağlanarak üretilen parçanın kullanım ömrü arttırılabilmektedir [20, 21].

EYM Teknolojisinin Kullanım Alanları

Eklemeli imalat teknolojilerinin kompleks tasarımların üretimine izin vermesi ve bu sayede hafif, aynı anda birkaç özelliğe ve yüksek spesifik mukavemete sahip parçaların imal edilebilmesi, özellikle yakıt tüketimi ve emisyon özelliklerinin azaltılmasının önemli olduğu havacılık sanayiinde kullanımlarını yaygınlaştırmaktadır. Havacılık sektöründe yüksek mukavemetli ve performanslı yapısal parçalara daha çok ihtiyaç duyulduğundan öncelikli olarak bu alanda metal eklemeli imalat teknolojileri yaygınlaşmıştır. Bu teknolojilerin yanı sıra, ürün geliştirme ve test amaçlı parçaların imalatında polimer eklemeli imalat teknolojileri de kullanılmaktadır. Günümüzde PEKK, PPSU ve PEI gibi alev geciktirici, yüksek sıcaklık, kimyasal dayanım ve alüminyuma yakın mukavemet özellikleri gösteren malzemelerin EYM teknolojisi ile üretilebilmeleri nedeniyle, uçakların havalandırma kanalları, elektrik bağlantı parçaları ve kabin içi plastik parçaları EYM teknolojisi ile üretilebilmektedir. Hatta bu parçalar için uçuş sertifikası alınmış olup seri imalatları da EYM teknolojisi ile yapılmaktadır[8]. Polimer esaslı malzemeden uçak parçalarının üretimine dair ilk uygulama; 2015 sonlarında Airbus’ın yeni A350XWB model uçağında kullanılmak üzere bazı polimerik parçaların Belçika’da kurulmuş olan Materialize firması tarafından eklemeli imalat ile üretilmesidir. 2015 ortalarında, Airbus firması ilk kez, A350XWB model uçakta Stratasys EYMM sistemi ile 1000 adet uçan parçanın üretiminin yapıldığını duyurmuştur. 2016 senesinde, şirket A350XWB model uçak parçaları için ULTEM 9085 malzemenin uçan parçaların imalatı için standart hale getirildiğini açıklamıştır. 2017 başlarında, Etihad Airways Engineering, Avrupa Havacılık Güvenlik Kurumundan (EASA) hava taşıtlarının iç kısımlarında üç boyutlu yazıcı ile üretilen paçaların tasarımı ve kullanımı için onay almıştır ve EASA sertifikasyonu altında Etihad Havayolları uçaklarının tamirinde ve yeni uçakların imalatında üç boyutlu yazıcılar ile üretilen parçaları kullanmaya başlamıştır[9].

Havacılık endüstrisinde yüksek mukavemetleri ve düşük yoğunlukları nedeniyle karbon ve aramid takviyeli kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Kompozit malzemelerin şekillendirilmesinde kullanılan alüminyum kalıplar yerine EYM teknolojisi ile ULTEM 1010 malzemeden üretilmiş otoklav sıcaklığına dayanabilen şekillendirme kalıpları kullanılabilmektedir. Bu sayede kalıp imalat süreleri bir hayli kısaltılabilmekte ve imalat maliyetleri düşürülebilmektedir. Kompozit malzemeden içi boş parçaların imalatında da yine EYM teknolojisinden yararlanılmaktadır. EYM ST-130TM çözülebilir malzemeden master modelin üretimi sonrasında parça üzerine fiber takviyeli kompozit malzemenin sarılması ve sonrasında çözücü malzeme ile destek malzemesinin uzaklaştırılarak içi boş kompozit malzemelerin üretimleri mümkün olmaktadır[9]. Bu yönteme güzel bir örnek Formula 1 SAE motorunun EYM teknolojisi ile üretimi sonrasında sıcaklık dayanımının arttırılması için üzerine karbon fiber kompozit uygulaması ile kompleks parçanın içi boş olarak ısıya ve basınca dayanıklı kompozit
malzemeden üretilmesidir. Bu parça üretim sonrası motor üzerinde test edilmiş ve kullanıma uygun olduğu görülmüştür(Şekil 6)[8].

Şekil 6. Kompozit parça imalatı için EYM yazıcı ile üretilen Formula SAE motor hava giriş parçası[8].

Endüstriyel pazarda ürün maliyetlerinin artması, ürün geliştirme sürelerinin kısalması daha kaliteli farklı ürünlere olan ihtiyacı arttırmaktadır. Bu ihtiyaçların karşılanması, daha hızlı, daha ucuz ve daha kaliteli olan malların üretimi ile sağlanabilmektedir. Bu anlamda rekabetin sağlanması konvansiyonel yöntemler yerine ürün geliştirme süresinin kısalması ve yeni ürün çeşitliliğinin artmasına katkıda bulunan eklemeli imalat sistemlerinin ürün geliştirme süreçleri ve üretimde kullanılması ile mümkün olmaktadır[8]. Bu durumda EYM sistemleri ile hızlı kalıp ve yardımcı ekipmanların üretimi öne çıkmaktadır. Şekil 7’ de FDM teknolojisi ile, Policarbonate (PC) malzeme kullanılarak sac şekillendirme kalıbı üretilmiş ve sonrasında çelik sacdan basılmış otomobil bagaj kapağı kilit bağlantı braketinin üretilmiş hali gösterilmektedir. PC malzemeden EYM teknolojisi ile üretilmiş kalıp ile 35 adet parça basılabilmektedir. Bu sayede çelik malzemeden üretilecek sac şekillendirme kalıbı için üretim zamanından kazanç sağlanarak ürün geliştirme süresi kısaltılmıştır[5].

Şekil 7. EYM yönteminin sac şekillendirme kalıplarında kullanımı A) PC malzemeden üretilmiş alt ve üst kalıp parçası B) Çelik sacdan basılmış kilit bağlantı braketi[5].

EYM teknolojisinin diğer bir uygulama örneği, silikon kalıplama için master model imalatında EYM den üretilmiş parçaların kullanılmasıdır. Silikon kalıplama, enjeksiyon kalıplamanın hızlı bir versiyonudur. Enjeksiyon kalıplamadan çok daha hızlı sürelerde ve düşük maliyetler ile parçanın silikon kalıbı hazırlanarak içerisine uygulamaya göre farklı özelliklerde dökülebilen çift komponentli poliüretan malzemenin kullanımı ile az adetli plastik parça imalatı yapılabilmektedir[8, 22]. Silikon kalıplamanın diğer bir uygulaması da silikon kalıp içerisine döküm mumu dökülmesi ve bu sayede elde edilen mum modelin hassas döküm yöntemi ile istenilen metal alaşımından üretilmesidir[23]. EYM teknolojisinin üretime yardımcı takım ve fikstürlerde kullanılması fikstürlerin hafifletilmesi ile üretimde çalışan işçinin yorulması ile ortaya çıkan iş gücü kaybının azaltılmasına ve bu sayede üretim maliyetlerinin düşürülmesine neden olmaktadır[8]. Hassas döküm sektöründe, mum modellerin hazırlanmasında kullanılan metal kalıplar CNC yöntemi ile uzun süreler ve yüksek maliyetler ile üretilmektedir. Az adetli döküm parçalarda mum yerine ABS malzeme kullanılarak hassas dökümde kullanılacak master modeller imal edilebilmekte ve otoklavlarda yakılarak uzaklaştırılabilmektedir. Bu sayede metal kalıp maliyetine katlanmak yerine 3B BDT verisinden master model imalatı yapılarak hassas döküm ile metal parçalar imal edilebilmektedir[4].

1990’ lı yıllarda EYM teknolojisinin endüstrileşmesinden bu yana otomotiv sektöründe kullanılan plastik parçaların tasarım ve testlerinde bu teknoloji hızlı prototipleme amaçlı kullanılmaktadır. Özellikle otomobilin plastik enjeksiyon ile üretilecek parçaları, tasarım sonrası EYM sistemi ile üretilmekte, ergonomi ve estetik açıdan test edilip tasarım onayı aldıktan sonra plastik enjeksiyon kalıplarının üretimine başlanmaktadır. Bu sayede tasarım hataları engellenmekte, ürün geliştirme süreleri kısalmakta ve rekabet gücü arttırılmaktadır[24]. Otomotiv sektöründe hizmet veren plastik parça üreticileri EYM yazıcıların yakın gelecekte plastik parçaların seri imalatın da kullanılabilmesini beklemektedirler. Ancak, günümüzdeki EYM sistemleri ile üretilen plastik parçalar, otomotiv endüstrisinde kullanılan plastiklerin seçim kriterlerini belirleyen VDA 232-201 standardının gerektirdiği, sıcaklık dayanımı ve mekanik özellikleri sağlayamadığından ayrıca üretilen parçaların mekanik özellikler açısından anizotropiye sahip olması nedeniyle seri imalat uygulamalarında kullanılamamaktadır. Bunun yerine prototip ve ürün geliştirme uygulamaları için parça imalatında kullanılabilmektedir[10].

Son yıllarda EYM malzemelerde partikül ve fiber takviyeli kompozit malzemelerin kullanılmaya başlaması ile EYM teknolojisinin farklı alanlarda da kullanımları mümkün olmaktadır. Kompozit malzemelerin geliştirilmesi ile özellikle, sensör ve filtreleme, rejeneratif tıp alanında iskele üretimi, yeni tip ilaç dozajlamasının kontrol edilebildiği ilaç tabletlerinin üretimi gibi alanlarda EYM teknolojisi kullanılmaktadır. Polimerik malzemelerin içerisine grafen, karbon fiber, karbon nano tüp, karbon karası gibi iletken malzemeler karıştırılarak kompozit malzeme haline getirilmesi, üretilen parçaların düşük akımlar altında kullanılmasını sağlamaktadır. Bu sayede üretilen parçaların farklı ortam değişikliklerinde değişik özellikler göstermesi yoluyla ortamdaki değişkenlerin ölçülebildiği sensörler geliştirilmiştir. Bu sensörlerin kullanılmasıyla, ortamdaki kimyasal uçucu miktarı (örneğin aseton), çok eksenli yük değişimlerinin ölçümü, 700 C ye kadar su ve ortam sıcaklığının ölçümleri mümkün olmaktadır[8]. Rejeneratif tıp alanında dokunun belirli bir mukavemete sahip olması, hücreler ile uyumu ve belirli bir poroziteye sahip iskele yapısı, EYM yazıcılar ile üretilebilecek biyomalzemelerin, biyoaktifcam, kalsiyumfosfat, trikalsiyomfosfat, hidroksiapatit veTiO2 gibi biyolojik olarak bozunabilir ve kemik yapısına yakın özelliklerdeki malzemeler ile takviye edilmesi ile elde edilmektedir. Bu malzemelerin EYM teknolojisi ile iskele olarak üretilmesi sonrasında hücre ekilmesi ile yapay dokular imal edilebilmektedir[8, 15].

Yeni nesil tedavi yöntemlerinde tedavi amaçlı vücuda verilen ilacın gerektiği kadar verilmesi büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla EYM teknolojisi ile vücutta bozulabilen biyomalzemelere eklenen ilaç karışımları ile hazırlanan tabletler ile kişiye ve hastalığa özel dozajlanması kontrol edilebilir tabletler üretilebilmektedir[25]. Prasad ve Smyth in 2016 senesinde üç boyutu EYM teknolojisi ile üretmiş oldukları SPRITAM tabletleri US Food and Drug Administration (FDA) kullanılabilir onayı almıştır.

EYM teknolojisinin diğer bir uygulama alanı kompleks mikro-akışkan kontrol cihazlarının üretimdir. PLA/CNT (Carbon nanotube) kompozit malzemeden üretilen mikro-akışkan cihazlar yağ ve suyun akışının kontrolünde kullanılmaktadır. Mikro akışkan kontrol cihazlarında EYM teknolojisinin diğer bir uygulama örneği; Chudobova ve arkadaşlarının 2015 senesinde, Kataoka ve arkadaşlarının 2014 senesinde, EYM teknolojisi ile ürettikleri mikro akışkan chip’i methicillin dirençli Staphylococcus Aureus (Bakteri) ve influenza hemagglutinin (Virüs)’ ün belirlenmesinde kullanmalarıdır.

Son yıllarda akıllı malzemelerin eklemeli imalat teknolojilerinde kullanılması ile dışarıdan verilen bir uyaran ile şekil değiştiren ya da farklı değişiklikler gösteren 4D parçalar üretilebilmektedir (Şekil 8).

Şekil 8. 4D EYM teknolojisinin karakteristiği[8].

Bu alanda akıllı malzeme olarak geliştirilmiş EYM’e uygun termoplastik malzemeler kullanılmaktadır. 4D EYM parçalar, soft robotik uygulamalar için aktüatörler, kontrollü ardışık katlama sistemleri ve kendi kendine gelişen yapısal uygulamalarda kullanılmaktadır. Zhuo ve arkadaşlarının 2015 senesinde, Leist ve arkadaşlarının 2017 senesinde yaptıkları çalışmalarda EYM ile üretilmiş PLA ve naylon parçaların şekil hafıza etkisine sahip olduklarını göstermişlerdir. PLA filament kullanılarak EYM ile üretilmiş plastik kupa içerisine sıcak su döküldüğünde şekil hafıza etkisi gözlemlenmiştir. Bu uygulamaya diğer güzel bir örnek de, PLA dan üretilmiş 4D akıllı giysi uygulamalarıdır[8].

Eklemeli imalat teknolojilerinin, kişiye özel az adetli imalat, kompleks tasarımların imal edilebilirliği gibi faydalarının görülmesi tekstil ve moda sektöründe eklemeli imalat teknolojilerinin yaygınlaşmasına neden olmuştur. Bu sayede 3D tasarım programlarında tasarlanmış kompleks desenler ve düğümler EYM teknolojisi ile üretilerek giysi yada giysinin bir bölümü olarak üretilebilmektedir[8, 26]. 2014 senesinde Danit Peleg dünyadaki ilk EYM teknolojisi ile üretilmiş giysi koleksiyonunu oluşturmuştur. 2018 yılındaki “The Birth of Venus” isimli defilede konvansiyonel tekstil ve EYM teknolojisi ile üretilmiş parçaların birleştirilmesi yöntemiyle üretilmiş giysileri tanıtmıştır. 3D printer ile TPU esnek malzemeden üretilen desenler farklı amaçlar için konvansiyonel tekstiller içerisinde kullanılarak farklı özelliklere sahip giysiler üretilebilmektedir (Şekil 9)[27].

Şekil 9. EYM ile üretilmiş tekstil örnekleri A) The Birth of Venüs koleksiyonu için üretilmiş ceket B)Sweatshirt C)Yelek [27].

Günümüzde, sorgulama, düşünme ve uygulamaya dayalı modern eğitim tekniklerinin faydalarının anlaşılması ile bilgi ve anlatıma dayalı eğitim teknikleri yerlerini modern eğitim tekniklerine bırakmaktadır. Özellikle uygulamalı eğitimlerin geçerli olduğu mühendislik, mimarlık ve tıp alanında bir organ, damar ya da sistemin anlaşılabilmesi için 3B modellerinin eklemeli imalat teknolojileri ile üretimi ve üzerinden uygulamalı olarak anlatımı ve cerrahi uygulamaların planlanması mümkün olmaktadır[28]. Bu sayede eğitimin etkinliğinin arttırılması ve cerrahi operasyonların başarılı geçme olasılığı bir hayli artmaktadır. Şekil 10’da bu amaçla üretilmiş anatomik modellerin EYM teknolojisi ile üretilmiş halleri görülmektedir.

Şekil 10. EYM teknolojisi ile üretilmiş anatomik modeller A) karın aort damarı[29] B) Kıkırdak ve kas dokusunu içeren gırtlak C) Ses telleri[11].

Şekil 10a’ da karın aort damarı, Şekil 10b’de gırtlak bölgesindeki kıkırdak ve kas dokusu ve Şekil 10c’ de ses tellerinin anatomik modelleri verilmiştir. Bu modeller hem eğitim hem de ameliyat planlaması için kullanılabilmektedir[11, 29].

SONUÇLAR

Eklemeli imalat teknolojilerinin sahip oldukları avantajlar nedeniyle kullanımları hızla artmaktadır. ISO/ASTM 52900’e göre yedi kategoriye ayrılan teknolojilerden biri malzeme ektrüzyon teknolojisidir. EYM teknolojisi malzeme ekstrüzyon teknolojisinin ticari ismidir. Polimer eklemeli imalat teknolojileri arasında en yaygınlaşmış olan teknolojilerden birisi EYM teknolojisidir. EYM teknolojisi polimerik bir flamentin sıcaklık altında ekstrüze edilmesi ile fiziksel modelin tabaka tabaka imal edilmesi esasına göre çalışmaktadır. EYM teknolojisi ile, mukavemetli ve görsel açıdan yüzey pürüzlülüğü düşük olan parçaların üretilmesi; parça oryantasyonu, uygun destek yapısının verilmesi, ekstrüzyon ve üretim platformu sıcaklığı, imalat hızı ve tabaka kalınlığının doğru seçimi ile mümkün olmaktadır. Tabakalı imalat nedeniyle parçanın basamaklı yüzey görünümü ve yüzey pürüzlülüğü parça oryantasyonu ile doğrudan alakalıdır. Parçanın yüzey pürüzlülüğü düşük ve görsel açıdan düzgün görünüm eldesi için parça geometrisine bağlı olarak, platform üzerinde parçanın doğru bir şekilde konumlandırılması gerekmektedir. Bazı geometrilerde tabakalı imalat nedeniyle parça yüzeyinde basamakların görülmesi kaçınılmazdır. Görsel kaygıların önemli olduğu uygulamalarda üretim sonrası parçaların yüzeylerinin mekanik olarak zımparalanması, macun ile doldurulması, parlatılması, boya, vernik ve farklı metalik kaplamalar ile kaplanması mümkündür. Mekanik parlatmanın yanı sıra, aseton banyosu ve kimyasal olarak çözücü bir buharla parçanın yüzey pürüzlülüğü azaltılabilmektedir. EYM teknolojisinin diğer bir dezavantajı; tabakalı imalat nedeniyle mekanik açıdan anizotropinin görülmesidir. Bu nedenle mekanik mukavemetin beklendiği fonksiyonel parçalarda mekanik mukavemetin beklendiği yöne göre parça üretim oryantasyonu belirlenmelidir.

EYM teknolojisi, 1990 senesinde ticarileşmesinden günümüze kadar birçok sektörde ürün geliştirme amaçlı kullanılmaktadır. Bu sektörler; otomotiv, havacılık, mimari, mühendislik, tıp ve eğitimdir. Ürün geliştirme dışında üretime yardımcı direkt, endirekt kalıp ve fikstürlerin imalatında da kullanılabilmektedir. EYM yöntemiyle, hassas döküm ve silikon kalıplama için master modellerin imalatı mümkün olmaktadır. Bu sayede master model için kalıp imalatı gerekli olmadığı için hem maliyet hem de zaman tasarrufu sağlanabilmektedir. Üretimi hızlandıran yardımcı ekipman ve fikstürlerin metal malzemeler yerine EYM teknolojisi ile dayanıklı plastik malzemelerden üretilmesi ağırlık avantajı sağladığı için üretimde çalışan iş görenlerin daha az yorulması ile üretim verimliliğinin arttırılmasını sağlamaktadır. Çelik malzemeden üretilen sac şekillendirme kalıp insertlerinin metal malzeme yerine EYM teknolojisi ile üretilmesi maliyet, zaman ve ürün geliştirme sürelerinin kısaltılmasını sağlamaktadır.

Otomotiv endüstrisinde EYM teknolojisinin ürün geliştirme sürelerini kısaltılması, markaların rekabet güçlerini arttırmaktadır. EYM teknoloji ile üretilen polimerik malzemeler, otomotivde kullanılan plastik malzemelerin seçim kriterlerini belirleyen VDA-232-201 standardını sağlayamadığından seri imalat da kullanılamamaktadır.

EYM teknolojilerinde PEKK, PEI ve PPSU gibi yüksek sıcaklık dayanımı ve mukavemete sahip olan malzemelerin kullanılabilmesi havacılık sektöründe uygulama alanlarını arttırmıştır. 2015 senesinde Airbus’ın EYM teknolojisi ile üretilen parçalara uçuş sertifikasını alması, üretilen parçaların uçakların seri ve yedek parça imalatlarında kullanılmalarını sağlamıştır. Havacılık sektöründe yüksek spesifik mukavemetleri nedeniyle aramid ve karbon fiber takviyeli kompozit malzemeler yapısal parçaların imalatında kullanılmaktadır. Bu parçaların şekillendirilmesinde CNC ile üretilmiş metal şekillendirme kalıpları kullanılmaktadır. Bu kalıpların yüksek sıcaklığa dayanıklı ULTEM 9085 malzeme kullanılarak EYM yöntemi ile üretilebilmesi mümkündür. Bu sayede kalıp imalat süresi azaltılarak maliyet kazancı sağlanmıştır.

EYM yöntemi ile çözülebilir ST-130TM malzemeden üretilen master modelin üzerine karbon fiber malzemelerin sarılmasıyla kompozit malzemenin şekillendirilmesi sonrasında ST-130TM malzemenin çözülebilir bir kimyasal içerisinde uzaklaştırılarak içi boş kompleks kompozit parçaların imalatı mümkün olabilmektedir. Bu yöntemle yüksek sıcaklık ve mukavemetin gerekli olduğu yerler için kompozit malzemeler çok hızlı bir şekilde ve düşük maliyetler ile üretilebilmektedir.

Son yıllarda partikül ve fiber takviyeli kompozit malzemelerin EYM sistemlerinde kullanılabilmesi, yüksek mukavemetli ve farklı özelliklere sahip parçaların üretimine izin vermektedir. Filament malzemeye eklenen grafen, karbon nanotüp ve karbon karası gibi iletken malzemeler FDM teknolojisi ile üretilen parçaların düşük voltaj uygulamalarında kullanılmalarına olanak sağlamaktadır. Bu sayede farklı ortamların özelliklerinin belirlenmesi amacıyla sensörler üretilebilmektedir.

EYM teknolojisinde kullanılan filament malzemelere biyoaktif takviye malzemelerin eklenmesi ile rejeneratif tıp alanında kullanılmak üzere iskele yapıları üretilebilmektedir. İskele yapılara hücre ekilmesi ile yapay organ ve dokuların üretimi mümkün olmaktadır. Yeni nesil tedavi yöntemlerinde kişiye ve hastalığa göre ilaç dozajlaması önemli bir konudur. Biyolojik olarak vücutta çözünebilen EYM malzemeleri içerisine eklenen ilaçların dozaj kontrollü tabletler şeklinde üretilmeleri mümkündür. 2016 senesinde üç boyutlu EYM teknolojisi ile üretilmiş SPRITAM tabletleri US Food and Drug Administration (FDA) kullanılabilir onayı almıştır.

Akıllı malzemelerin EYM teknolojisi ile şekillendirilmesi, kompleks 4D sensörlerin üretimine olanak sağlamaktadır. Bu sayede dışarıdan verilen bir uyarana karşı şekil ya da özellik değiştirebilen sensörler imal edilebilmektedir. Bu özelliğin kullanılabildiği diğer bir alan akıllı giysiler olarak karşımıza çıkmaktadır. EYM teknolojisinin diğer bir uygulama alanı tekstil ve moda sektörüdür. 3B tasarım programı ile geliştirilmiş örgü ve düğüm yöntemleri TPU esnek filamentler kullanılarak EYM yöntemi ile üretilip konvansiyonel yöntemler ile üretilmiş giysilerin bir parçası olarak kullanılabilmektedir. Bu sayede farklı tasarımlara ve özelliklere sahip olan akıllı giysiler geliştirilmiştir.

Günümüzde bilgi ve anlatıma dayalı eğitim yerine, öğrencilerin araştırdığı, sorguladığı ve uygulayarak öğrendiği modern eğitim teknikleri geliştirilmiştir. Özellikle uygulamanın etkin olduğu, mühendislik, tasarım ve tıp alanlarındaki eğitimlerde EYM teknolojileri ile üretilen, sistem, organ ve dokuların kullanılması hızla yaygınlaşmaktadır. Ayrıca tıp alanında kişilere ait CT tarama yöntemi ile elde edilmiş, organ ve dokuların 3B anatomik modellerinin EYM yöntemi ile imal edilebilmesi hasta üzerinde yapılacak olan cerrahi operasyonun doğru bir şekilde planlamasını sağlamaktadır. Bu sayede yapılacak olan cerrahi operasyonun başarı olasılığı arttırılmaktadır.

EYM teknolojilerinde ve kullanılan malzemelerdeki gelişmeler ve gelecekte elde edilecek ilerlemeler bu teknolojilerin hayatımızı daha kolaylaştırması anlamına gelmektedir. EYM teknolojisinin otomasyona uygun olması ve teknolojinin yakın gelecekte seri imalatta da kullanılabilir hale getirilmesi; tasarımdan direkt dijital imalatı mümkün kılacaktır. Bu sayede EYM teknolojisi, akıllı fabrikaların vazgeçilmez üretim teknolojilerinden birisi haline gelecektir.

KAYNAKLAR

  • 1. Daminabo, S., Goel S., Grammatikos S.A., Nezhad H.Y., Thakur V.K.,”Fused deposition modeling-based additive manufacturing (3D printing): techniques for polymer material systems”, Materials Today Chemistry, 16, 100248, pages 1-23, 2020.
  • 2. Jiang, J., Lou J., Hu G., “Effect of support on printed properties in fused deposition modelling processes”, Virtual and Physical Prototyping, 14(4): pages 308-315, 2019.
  • 3. Najmon, J.C., S. Raeisi, A. Tovar, “Review of additive manufacturing technologies and applications in the aerospace industry”, Froes F., Boyer R., Additive manufacturing for the aerospace industry, pages 7-31, Elsevier, 2019.
  • 4. Singh, S., Singh R., Fused deposition modelling based rapid patterns for investment casting applications: a review, Rapid Prototyping Journal, 22(1), pages 123-143, 2016.
  • 5. Durgun, I., “Sheet metal forming using FDM rapid prototype tool”, Rapid Prototyping Journal, 21(4), pages 412-422, 2015.
  • 6. Başcı, U.G., Yamanoğlu R., “Eklemeli Metal İmalat Teknolojileri İçin Metal Tozu Üretim Yöntemleri”, Uluslararası Marmara Fen ve Sosyal Bilimler Kongresi, pages 219-227, 2019.
  • 7. Tofail, S.A., Koumulos E.P., Bandyopadhyay A., Bose S., O’Donoghue L., Charitidis C., “Additive manufacturing: scientific and technological challenges, market uptake and opportunities”, Materials Today, 21(1), pages 22-37, 2018.
  • 8. Sathies, T., Senthil P., Anoop M.S., “A review on advancements in applications of fused deposition modelling process”, Rapid Prototypig Journal, 26(4), pages 669-687, 2020.
  • 9. Gasman, L., “Additive aerospace considered as a business”, Froes F., Boyer R., Additive Manufacturing for the Aerospace Industry, pages 327-340, Elsevier, 2019
  • 10. Wiese, M., Thiede S., Herrmann C., “Rapid manufacturing of automotive polymer series parts: A systematic review of processes, materials and challenges”, Additive Manufacturing, 36,101582, pages 1-13, 2020.
  • 11. Smith, M.L., Jones F.X.j., “Dual‐extrusion 3D printing of anatomical models for education”, Anatomical Sciences Education, 11(1), pages 65-72, 2018.
  • 12. Ngo, T.D., Kashani A., Imbalzano G., Nguyen K.T.Q., Hui D., “Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges”, Composites Part B, 143, pages 172-196, 2018.
  • 13. Dizon, J.R.C., Esperajr A.H.,Chen Q., Advincula R. C., “Mechanical characterization of 3D-printed polymers”, Additive Manufacturing, 20, pages 44-67, 2018.
  • 14. Das, A., Chatham C. A., Fallon J. J., Zawaski C. E., Gilmer E. L., Williaös C. B., Bortner M. J., “Current understanding and challenges in high temperature additive manufacturing of engineering thermoplastic polymers”, Additive Manufacturing, 34, 101218, pages 1-21, 2020.
  • 15. Corcione, C.E., Gervaso F., Scalera F., Padmanabhan S. K., Madaghiele M., Montagna F., Sannino A., Licciulli A., Maffezzoli A., “Highly loaded hydroxyapatite microsphere/PLA porous scaffolds obtained by fused deposition modelling”, Ceramic International, 45(2), pages 2803-2810, 2019.
  • 16. Balletti, C., Ballarin M., Guerra F., “3D printing: State of the art and future perspectives”, Journal of Cultural Heritage, 26, pages 172-182, 2017.
  • 17. EN ISO/ASTM 52900:2017, Standart, “Additive Manufacturing, in General Principles-Terminology”, 2017.
  • 18. Başcı U.G., Yamanoğlu R., “Eklemeli Metal İmalat Teknolojileri Ve Uygulama Alanları”, Uluslararası Marmara Fen ve Sosyal Bilimler Kongresi, pages 307-314, 2020.
  • 19. Leary M.,”Material Extrusion”, Design for Additive Manufacturing, Elsevier, pages 223-268, 2020.
  • 20. Chohan, J.S., Singh R., “Pre and post processing techniques to improve surface characteristics of FDM parts: a state of art review and future applications”, Rapid Prototyping Journal, 23(3), pages 495-513, 2017.
  • 21. Lalehpour, A., Janeteas C., Barari, “Surface roughness of FDM parts after post-processing with acetone vapor bath smoothing process”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 95, pages 1505-1520, 2018.
  • 22. Kuo, C., “Fabrication of modeling platform for fused deposition modeling using vacuum casting”, Materials Science & Engineering Technology, 44(11): pages 922-926, 2013.
  • 23. Lee, C. W., Chua C.K., Cheah C. M., Tan L. H., Feng C., “Rapid investment casting: direct and indirect approaches via fused deposition modelling”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 23, pages, 93-101, 2004.
  • 24. Chua, C.K., Wong C. H., Yeong W. Y., “Standards, quality control, and measurement sciences in 3D printing and additive manufacturing”, pages 1-213, Academic Press, Elsevier, 2017.
  • 25. Long, J., Hamideh G., Jun L., Craig B., Ali S., “Application of fused deposition modelling (FDM) method of 3D printing in drug delivery”, Current Pharmaceutical Design, 23(3), pages 433-439
  • 26. Chakraborty, S., Biswas M. C., “3D printing technology of polymer-fiber composites in textile and fashion industry: a potential roadmap of concept to consumer”, Composite Structures, 248, 112562, pages 1-14, 2020. 27. Sun L., “3D printing technologies: current applications, future trends and challenges”, Yip J., Latest Material and Technological Developments for Activewear, pages 139-151,Woodhead Publishing, Elsevier, 2020.
  • 28. Szulżyk-Cieplak, J., Duda A., Sidor B., “3D printers–new possibilities in education”, Advances in Science and Technology Research Journal, 8(24), pages 96-101, 2014.
  • 29. Torres, K., Staskiewicz G., Sniezynski M., Drop A., Maciejewski R., “Application of rapid prototyping techniques for modelling of anatomical structures in medical training and education”, Folia Morphologica, 70(1), pages 1-4, 2011.

PLG Haber Haziran’a Kısa Not

Stratasys, bir çok alanı kapsayan, çok çeşitli 3d printer üreticisi olma misyonuyla sektördeki en büyük oyunculardan biri. J850 TechStyle 3D yazıcı ile şirket, üst düzey moda endüstrisi için kumaş parçalarına 3D baskı yapan keşfedilmemiş bir alana damga vuruyor. Tüm endüstride bu ürünün, türünün ilk örneği olduğunu söylemek mümkün. Polyjet 3D yazıcı, birçok durumda tasarım ve moda üreticilerinin benzersiz taleplerini karşılamak üzere tasarlandı ve birinci sınıf tekstil ve giyim ürünlerinin yanı sıra çantalar ve aksesuarlar için 3D baskıyı mümkün kıldı.

Haute couture terimini duyduğumuzda genellikle onu Dior, Louis Vuitton veya Versace gibi markalarla ilişkilendiririz. Bununla birlikte, Stratasys gibi bir 3d printer şirketi için terimle bağlantılı olmak, o sektörde tam bir yeniliktir. Polyjet J850 sayesinde tasarımcılar ilk kez tekstil ürünlerine 3D algoritmalar basabilecekler. Buna ek olarak, moda yaratıcıları, hayal güçlerini serbest bırakmak için çeşitli renkler arasından seçim yapabilecekler. J850, teknolojilerin sunduğu birçok olası avantajın önünü açarak, eklemeli üretimin moda dünyasında gelecekte kullanılmasa fırsat yaratıyor.

Kaynak: 3D Natives

Rodosto Marin

Rodosto Marin

logo

Case Study

Marka adını Tekirdağ’ın nostaljik isminden alan Rodosto Marin; 1985 ‘ten bugüne eğlence ve sportif amaçlı motorlu-motorsuz yelkenliler, motorlu tekne ve yatlar, sandal, kayık ve benzeri deniz araçları & aksesuarlarının satışı, deniz motorlarının satışı ve yetkili servisliğini yapmaktadır. Bununla birlikte lokasyonu itibarıyla yurt içine yaptığı üretimin yanı sıra firma vizyonuna paralel olarak global ölçekte yurt dışına da üretim yapmaktadır.

460 ve 520 modeli ile firma sektörde rakiplerine nazaran yeni genç çizgisi ve modern tasarımı ile yüksek pazar payı hedeflemektedir

Mevcut teknelerle kıyaslandığında en geniş iç hacmine sahip teknelerini en kötü deniz koşullarında test ve simüle ederek üretimlerini gerçekleştirmektedirler.

Üretim kalitelerini artırmak adına teknolojiden de yararlanmak isteyen Rodosto Marin, yeni çıkaracakları 580 modeli öncesinde mevcut teknelerinin 3Boyutlu tarama sistemleri ile datalarını çıkarmak ve denizciliği test edilmiş bu modellere göre yeni tekne modelini tasarlamak istemiştir.

Bu doğrultuda Poligon Mühendisliğin hizmetlerini tercih ederek ve 2 farklı 520 Sunlight modelini 3 boyutlu tarayarak ürünlere ait dataları elde etmişlerdir. Poligon Mühendislik olarak biz Scantech markasının farklı modelleri ile tekneleri aşağıdaki fotoğraflarda göründüğü gibi taradık.

Scantech TrackScan modeli ile çok büyük ve geniş parçaları hızlıca tarayarak stl datalarını elde ettik. Tekne içindeki dar alanların datalarını almak için ise SimScan modeli çok ideal bir seçim oldu.

Bu iki modelle birlikte teknenin tüm tarama işlemlerini yaklaşık 1,5 saatte tamamladık.

Yukarıdaki tarama datalarını ve aşağıdaki katı model datasını, üzerine tasarlayacağımız ürün geliştirme projeleri için kullanmış olacağız. Burada referans noktamız teknenin iskeletinde mevcutta var olan yapının modernize edilmesi ve fonksiyonelliğini arttırmak olacaktır.

Ayrıca tüm 3b tarama ve modelleme hizmetlerimiz için hemen bizimle iletişime geçebilirsiniz!

PLG Haber Nisan 2022 Sayısı

                                                                                        Değerli Okuyucumuz,

Yavaş da olsa havalar ısınırken, sizleri yine 3 boyutlu teknolojiler konusunda hazırladığımız bir başka “PLG Haber” sayısıyla karşılamak istedik. Bu ayki başlığımız olan “3D YAZICILAR İLE HAVACILIK ALANINDA ÜRETİM YAPMAK MÜMKÜN MÜDÜR?” İstanbul Okan Üniversitesi-Motorlu Araçlar ve Ulaştırma Teknolojileri, Uçak Teknolojisi Bölümü 2.sınıf öğrencisi Nur Kurt tarafından kaleme alındı. Kendisine sunduğu katkıdan ötürü teşekkür ederken, sizi nisan sayımızla baş başa bırakıyoruz. 😊

Keyifli okumalar.

3d Yazıcılar İle Havacılık Alanında Üretim Yapmak Mümkün Müdür?

Öncelikle insanoğlunun geçmişten günümüze teknoloji ışığında kendini nasıl geliştirdiğinden bahsetmemiz gerekir. En temelde çıkış noktası ihtiyaçlardır. İnsanlar ihtiyaçları doğrultusunda teknoloji alanında ivme kat etmiş ve kat etmeye devam etmektedir. Peki bu ihtiyaçlarımız nedir? Aslında cevabı çok basit her şey… İnsanoğlunun konfor alanında eksiklik hissettiği birçok şey onu yenileşmeye, üretmeye, eklemeye teşvik etmiştir. Buradaki amaç yaşam kalitesini artırmaktır. Bu amaç aslında birçok şeyin çıkış noktası olmuş ve zaman içerisinde birçok imalat yönteminin geliştirilmesine öncülük etmiştir. Üretim teknolojilerinin kümülatif bilgi birikimi ile gelişimi sayesinde insanlık;

❖ 1750-1850 tarihleri arasında 1’inci Endüstri Devrimi,

❖ 1870-1914 tarihleri arasında 2’nci Endüstri Devrimi,

❖ 1970-2000’ lerde 3’üncü Endüstri Devrimi’ni yaşamıştır.

Peki 3D sisteminin gelişimi bu yolculukta nasıl olmuştur?

1944 doğumlu bir Japon otomobil tasarımcısı olan Hideo Kodoma 3 boyutlu üretim alanında bilinen ilk patent başvurusunda bulunan kişidir. 1980 tarihinde Japonya’da patent başvurusu yapmış fakat 1 (Bir) yıl içerisinde istenilen dokümanları oluşturamadığı için başvuru sonuçsuz kalmıştır. 1980-1986 tarihleri arasında 3 boyutlu yazıcılarla ilgili hiç patent başvurusunda bulunulmamıştır. 1986 yılından sonra ise Charles Hull Stereolithografi yöntemini geliştirerek patentini almıştır. Charles Hull 3D Sytems şirketini kurarak ilk ticari 3D yazıcı makinesini geliştirmiş. Bu makinenin adı literatüre Stereolithografi Cihazı olarak geçmiştir.

NOT: Stereolithography (SL): Hızlı, yüksek çözünürlüklü, fonksiyonel parçaları tek seferde üretilebilir kılmaktaydı. Kısıtlı üretim alanı ve malzeme seçeneğine sahip olmakla birlikte renk seçeneğine sahip değildi.

1988 yılına gelindiğinde ise; 3D Systems Şirketi genel kullanıma yönelik ilk modeli olan SLA-250’yi geliştirdi. Scott Crump Fused Deposition Modeling (FDM) “Ergitmeli Model Yığma” teknolojisini icat etti. Modelini geliştirdikten yalnızca bir (1) yıl sonra Stratasys şirketini kurdu. Böylelikle farklı isimler birbirlerinin teknolojilerinin üzerlerine eklemeler, yenilikler yaparak 2015 yılına gelinmiş ve o dönemin ABD başkanı Barac Obama ulusa sesleniş konuşmasında 3b yazıcı teknolojisinin geleceğin Sanayi Devrimi’ni yaratacağını söylemişti. 2016 yılında ise Daniel Kelly’s Lab 3 boyutlu yazıcıdan kafatası ürettiklerini duyurmuştu. CARBON3D 3 boyutlu yazıcılarda Continuous Liquid Interface Production (CLIP) teknolojisi ile mevcut teknolojiye göre 25-100 kat daha yüksek hıza ulaştıklarını açıklamıştı.

Böylelikle 3 boyutlu üretim teknolojileri, günümüzde ve günümüze kadar geçen süre içerisinde havacılık, otomotiv, medikal, tıp ve sanat alanlarında hızla genişleyen bir kullanım alanı yaratmışlardır.

Havacılık alanında 3D üretim bileşeni oluşturmak için öncelikle sizlere uçuşa elverişli bir parça üretiminden bahsetmemiz gerekir. Örneğin; bu parça türbin blade’leri olsun. Bir jet tepkili motorun türbin pallerinin (Blade) üretim adımları ele alındığında; türbin pallerinin üretim sürecinin ilk adımında dış formu hassas döküm prosesi ile şekillenir. Döküm işlemi sırasında malzemedeki tek kristal yapının korunması ve süreksizlik (Discontinuity) oluşumunun engellenmesi amacıyla hassas kontrollü ısıl işlem yapılmaktadır. Ardından CNC lazer delik açma tezgâhında hava kanalları açılır.

Bu hava kanalları türbin pallerinin soğutulması için elzemdir. Bu türbin pallerinin motorun yüksek basınç türbin kısmında yaklaşık 1100 0C’lik bir ortamda kullanılıyor olması sebebiyle yüzeyde oluşan yüksek ısıyı parçanın gövdesinden uzak tutmak amacıyla Termal Bariyer Kaplama (Thermal Barrier Coating-TBC) ile kaplanmaktadır. Türbin pallerinin geleneksel üretim yöntemleri ile üretimi yukarıda aktarılan ana adımların yanı sıra çapak alma, yüzey parlatma (Polish) gibi başka adımları da kapsamaktadır. Yukarıda aktarılan üretim basamakları 3 boyutlu yazıcı teknolojisi ile yalnızca tek bir adımda gerçekleşebilmektedir. Uçak motor üreticisi olan General Electric firması A320 Neo, Boeing 737 Max ve Comac 919 uçaklarında kullanılan ve aşağıdaki şekilde sunulan yakıt püskürtme lülesini 3 boyutlu üretim teknolojisi ile üretmiştir. 20 adet parçadan oluşan yakıt lülesi 3 boyutlu yazıcılar sayesinde tek bir parça olarak üretilmiştir. Uçak motorlarının kritik parçalarından olan yakıt püskürtme lülesinin 30.000.’sinin üretimi 04 Kasım 2018 tarihinde gerçekleşmiş olup söz konusu parça ile ilgili yetkili uçak motor bakım kuruluşlarından hiçbir olumsuz geri bildirim alınmamıştır.

General Electric firması tarafından üretilen yakıt püskürtme lülesi

3 boyutlu üretim teknolojileri ile parça ve alt asamble üretimlerinin yanı sıra deneysel amaçlı (Experimental Category) olsa dahi tüm gövdenin eklemeli üretim teknolojileri ile üretildiği hava araçları da mevcuttur. Örneğin; Airbus firması tarafından motorlarının haricinde uçak yapısal parçalarının tümünün 3 boyutlu üretim teknolojileri ile üretildiği THOR (Test of HiTech Objectives’ in Reality) uçağı Kasım 2015’te Hamburg / Almanya’da tüm test verifikasyon süreçlerini tamamlayarak ilk uçuşunu gerçekleştirmiştir. Aşağıdaki şekilde ilk uçuşu yapılırken gösterilen THOR uçağının kanat açıklığı ve boyu 4m’dir.

Tüm bu gelişmelerden yola çıkarak rahatlıkla şunu söylememiz mümkündür; 3 boyutlu üretim teknolojileri geleneksel yöntemlerle üretilmesi imkansız olarak kabul edilen parçaların tek bir tezgahta üretilmesine olanak sağlayan gelişmiş bir imalat teknolojisidir. Söz konusu üretim yöntemi sayesinde, ham malzemeden işlenmeye hazır kütükten koparma yerine, moleküler seviyede ekleme sistematiğine sahip 3 boyutlu üretim teknolojileri ile özellikle havacılıkta birçok ardışık süreç yerine bir tek proses yeterli olabilmektedir.

Kaynaklar:

❖ Saraçyakupoğlu T., “3d Manufacturing Applications In Aviation Industry In

Accordance With The Airworthiness Rules And Regulations: A Review”, Int. J. of 3D

Printing Tech. Dig. Ind., 4(1): 53-65, (2020)

❖ Hazarika M., Dixit U. S., Davim J. P., “History of Production and Industrial

Engineering Through Contributions of Stalwarts, In Davim J. P, Manufacturing

Engineering Education”, Pages:1, Cambridge, 2019.

❖ Saptarshi S. M., Zhou C., Basics of 3D Printing: Engineering Aspects, In Dipaola M.,

3D Printing in Orthopaedic Surgery, Pages 17-19, Amsterdam, 2019.

❖ Massachusetts Institute of Technology, “ASTM, Standard Terminology for Additive

Manufacturing Technologies”,

https://web.mit.edu/2.810/www/files/readings/AdditiveManufacturingTerminology.pd

f, Mart 31, 2020

❖ EPMA (European Powder Metallurgy Association), “Introduction to Additive

Manufacturing Technology, a guide for designers and Engineers”, EPMA, Sayfa: 4,

Shrewsbury, 2019

❖ Boeing, “Commercial Market Outlook 2018-2037”, Sayfa: 3, Boeing, Seattle, 2019.

❖ Airbus, “Global Market Forecast 2018-2037”, Sayfa: 6, Airbus, Leiden, 2019.

❖ Comac, “UAC Market Outlook 2017-2036”, Sayfa: 6, Comac, Moskova, 2018.

❖ Bombardier, “Market Report 2017-2036”, Sayfa: 11, Bombardier, Montreal, 2018.

❖ Embraer, “Market Outlook 2018-2037”, Sayfa: 6, Embraer, Sao Paulo, 2019

 

PLG Haber Mayıs’a Kısa Not

Mooji/ Gıda Devrimine Hazır Mısınız?

Dünya genelinde artan et arzını karşılayabilmek için üreticiler bitki bazlı et üretimine yatırım yapmayı hızlandırdılar. Uzun vadede gerçek et endüstrisiyle yarışabilecek güce gelmesi beklenen 3d printer ile bitki bazlı et üretme fikriyle yola çıkan food tech start-up firmalarından Mooji Meats’in sahip olduğu 3d printerları, bütün et parçalarını taklit edecek şekilde tasarlandı. Firma kurucuları Insa Mohr and Jochen Mueller’in söylediğine göre Mooji’nin en önemli avantajı hız. Ayrıca Mohr, bir baskı kafasının mevcut 3D yazıcılardan “250 kat daha hızlı” olduğunu da ekliyor. Önümüzdeki dönemlerde yiyecek sektörünü etkisi altına alacak gibi görünen bu gelişmeleri deneyimleyecek olmak ise oldukça heyecan verici gözüküyor.

Kaynak: TechCrunch

PLG Haber Şubat 2022 Sayısı

                                                                                        Değerli Okuyucumuz,

Bu sayımızda, proje liderimiz Halil İbrahim Çevik tarafından kaleme alınan “Otomotiv Sektöründe Plastik Yedek Parça Üretimi Konusunda Lazer Tarama ve Eklemeli İmalatın Yeri” konulu yazıyı hazırladık. 2 bölümde anlattığımız yazının içeriğinde oldukça ilginizi çekebileceğini düşündüğümüz port bagaj çıta bağlantısı kırılan araca eklemeli imalat yöntemiyle ürettiğimiz yedek parçanın lazer tarayıcıyla taranması ve sonrasında ürünün üretim aşamalarından bahsettik. Bir sonraki sayımızda yer alacak olan yazının 2. kısmında da detaylandırarak son görünümü nasıl aldığını paylaşacağız. Bizi takipte kalın😊

Keyifli okumalar.

Otomotiv Sektöründe Plastik Yedek Parça Üretimi Konusunda Lazer Tarama ve Eklemeli İmalatın Yeri

2020 yılı başlarında pandeminin hayatımıza girmesiyle sektörlerin büyük bir kısmında daralmalar ve yavaşlamalar meydana geldi. Bu dönemde en fazla etkilenen sektörlerden biri de otomotiv oldu. Otomobil fabrikalarının üretimlerini yavaşlatması, çip krizi ve buna bağlı olarak üretilen araç sayılarının azalması, araçlara olan talebin artmasına fakat arzın azalması sebebiyle talebi karşılayamamasına sebep oldu.

Peki tüm bu yaşananlar süreci nasıl etkiledi? Doğrusunu söylemek gerekirse aksaklıklar otomotiv sektörü ana üreticilerinden orijinal ekipman üreticilerine ve hatta sarf malzeme tedarikçilerine kadar bütün zinciri olumsuz yönde etkiledi. Fakat yedek parça tedariğinde eklemeli imalat yöntemi firmalar açısından kurtarıcı bir rol üstlendi. Sürecin nasıl geliştiğine bir örnek üzerinden daha yakından bakalım.

Aslında eklemeli imalat denilince akla daha çok endüstriyel ürünler ve bu ürünlerin diğer standart ürünlere göre çok daha maliyetli olduğu geliyor. Az önce bahsettiğimiz sebeplerden dolayı birçok yedek parça üretiminde aksaklıklar olduğu için yedek parçayı tedarik etmesi de eklemeli imalata göre daha maliyetli olabiliyor. Konumuzda bahsi geçen ürünün maliyeti, eklemeli imalat yöntemi ile şu anki şartlarda enjeksiyon kalıplama teknolojisi ile seri üretimde olan bir ürüne göre daha ekonomik olmuştur. Bu da gösteriyor ki eklemeli imalat teknolojisi, yedek parça sektöründe üretimi devam eden ya da üretimden kalkmış parça tedariğinde de kullanılabilmektedir. Bunun yanında bazı VİP araç üreticileri, kişiselleştirilmiş tasarımların ve restorasyonların çıktılarını enjeksiyon kalıplama gibi seri üretime uygun bir teknoloji ile üretmek yerine eklemeli imalat yöntemini seçmektedir.

Nissan Qashqai marka ve model aracın üzerinde bulunan port bagaj çıta bağlantı aparatının kırılması sonucu ihtiyaç duyulan yedek parça üretimi, ilk etapta fikir aşamasında iken firmamız bünyesindeki imkanlar kullanılarak üretilmiş ve fikir aşamasında olan süreç hayata geçirilmiştir.

Sürecin detaylarına gelecek olursak; öncelikle günümüz endüstrisinde türlerine göre bir ürünü üretebilmek için enjeksiyon kalıplama ile imalat, döküm yöntemi ile imalat, cnc işleme, eklemeli imalat gibi birçok farklı yöntem mevcut. Eklemeli imalat dediğimiz yöntemde; üç boyutlu yazıcılar ile baskı teknolojilerini kullanarak bahsetmiş olduğumuz üretimi gerçekleştirdik.

Tabi ki hedeflemiş olduğumuz amaca ilerlerken farklı ihtiyaçlar da oluştu. Tam olarak bu ihtiyaçların ne olduğunu derinlemesine inceleyelim.

Cad Data


Eklemeli imalat yöntemi ile parça üretebilmek için öncelikle bir cad dataya ihtiyacımız var.

Nedir bu cad data? Computer aidet design data yani bilgisayar destekli tasarlanmış veri anlamına gelir. Ayrıca bu veriyi oluşturmanın birçok yolu vardır. Karakalem çalışmalarından, teknik çizimi olan verilere, hali hazırda üretilmiş ürünlerin üç boyutlu tarayıcılar ile taranmasına kadar birçok örnekten yola çıkılarak, bir düşünceyi dijitalleştirmek yani bir üç boyutlu data elde etmek mümkündür.

Mevcut örneğimizde üretilecek datayı oluşturmak için üç boyutlu tarayıcı ile numuneyi taramaktan başka seçeneğimiz olmadığından ötürü bu yolu kullandık.

Tarama sistemleri demişken gelin özet olarak bu sistemlerden bahsedelim.

Lazer Tarama Sistemlerinin Genel Prensibi​

Üç boyutlu Kartezyen ve küresel koordinat sistemlerinde yani uzayda, herhangi bir noktanın belli bir referansa (sıfır noktasına) göre bir konumu vardır. Bu konum noktanın X, Y, Z eksenlerine ya da r, θ, ф değerlerine göre belirlenir.

Boyutsal Ölçüm Raporu

Tüm bu çalışmaların sonunda boyutsal ölçüm raporu ile süreci hizalamak en önemli noktalardan biridir. Aşağıda boyutsal ölçüme ait görselleri bulabilirsiniz.
Sonuç olarak süreci sistematik şekilde gerçekleştirmek tüm bu proseslerin çok daha etkili şekilde yapılmasını sağlıyor. Ayrıca öncesinde tüm süreci planlıyor olmak zaman tasarrufu yaratıyor.

Lazer Tarama

Koordinat sistemlerindeki bahsettiğimiz nokta ya da noktaları tanımlayıp bilgisayar ortamına aktarabilmemiz için kullanılan araçlar tarama cihazlarıdır. Temel prensipleri bir gönderici (lazer, ışık, gölge) ile fiziksel ürünün üzerine girdi göndermek ve bir alıcı (kamera) ile gönderilen girdilerin geri alınmasını sağlamaktır. Bunu yaparken çeşitli referanslama sistemleri ve çeşitli yazılımlar kullanılır. mimari alanlarda tarama yapan bazı cihazlar küresel koordinat sistemi tabanına dayanırken, endüstriyel alanlarda kullanılan cihazlar kartezyen koordinat sistemine dayanır. Bu durum her iki cihaz için hibrit olarak kullanılıyor da olabilir. Yazılım ise koordinat sistemlerine dayalı bu verileri bilgisayar ortamında dijital verilere dönüştürür ve işlenen bu veriler tasarım programlarındaki ekranlarda bize nokta bulutu görüntüsü olarak aktarılır. Böylelikle tarama cihazlarının kulanım amacına ulaşılır. Elde edilen nokta bulutu veriler, boyutsal kalite kontrol, tersine mühendislik ile datası olmayan bir ürünün cad datasını çıkarma gibi konulara hizmet eder.

Biz ScanTech markasının bir cihazı olan KScan20 ile bu işlemi gerçekleştirdik. Yazının başında üreteceğimiz ürünün kırılmış olduğundan bahsetmiştik. Aklınıza en başında gelen soru “Kırık olan bir ürün taranır mı?” olabilir. Elbette bu mümkün. Hem kırık olan ürün bazı durumlarda kendisi taranıp kırık olan yüzeylerinin devamı tasarım aşamasında tamamlanabilir hem de kırık olan ürünün simetriği olan ürün taranıp bilgisayar ortamında oluşturulan datanın simetrisi alınarak modelleme işlemi tamamlanabilir. Resimde simetrik ürünün tarama datasını görebilirsiniz. Tabi ki az önce bahsettiğimiz gibi taraması biten bir ürünü direk olarak üretime alamayız. Parametrik olarak bütün yüzeylerin modellenmesi gerekir.

Lazer Tarama
3 Boyutlu Lazer Tarayıcı

Taraması yapılmış ürün tersine mühendislik işleminden geçtikten sonra üretim aşamasına gelir. Sonrasında ise son kullanım ürünü olarak kullanabilmek için zımpara, astar boya gibi ardıl işlemlere tabi tutulur.

Lazer Tarama

3b lazer tarama sonrası 3b yazıcı ile üretilen parçaların fotoğrafları​

Ürünün üretilmesine dair detaylara da bir sonraki sayımızda yer vereceğiz. Takipte kalın…

PLG Haber Mart’a Kısa Not

Droneların da artık 3boyutlu yazıcıyla üretilebildiğini biliyor musunuz?

Dronelar, pilotu veya yolcuları olmadan uzaktan veya otomatik olarak kontrol edilebilen küçük hava araçlarıdır. Bildiğiniz gibi dronelar modern dünyada keşif, fotoğrafçılık da dahil olmak üzere pek çok amaca hizmet ederler. Ayrıca, onları hobi ürünü olarak kullanan kişiler arasında da popülerdirler. Bu nedenle bugün pazarda ihtiyaca yönelik geliştirilmiş, çok çeşitli dronelar mevcuttur. Bazıları 3b baskı ile üretilmiş ürünler hem de… Ticari insansız hava araçlarından DIY projelere kadar 3b baskı, dronenun belirli parçalarını, hatta tamamını üretmeyi mümkün kılıyor. Eklemeli imalatın bu alanda da kullanımı ürünü rekor sürede üretmeyi, ürünün daha hafif olmasını ve aynı zamanda kişiselleştirilmiş çözümler sunmayı da sağlıyor. İşte 3b baskı ile üretilmiş dronelardan bazıları;

İspanyol startup AldoraTech dronelarını ürün teslimatı için kullanıyor. Dronelar kompozit materyaller kullanılarak 3b yazdırılmış parçalardan üretilmiştir.

XVein Japonya’da açık kaynaklı olarak geliştirilen bir drone projesidir. Güç, güvenlik, hafiflik ve ölçeklenebilirliği birleştirmek için üretken tasarım ve topoloji optimizasyonu kullanılarak 3boyutlu yazıcıyla üretildi.

3b yazıcı ile üretilmiş bu yeni drone, bu yaz Port de Sagunt ve Palma de Mallorca sahillerinde can güvenliğinden sorumlu…

Son dakika teslimatlarınız için 3b yazdırılmış Dronostics; taşınabilir, hafif ve güvenli olması özellikleriyle ön plana çıkıyor.

Kaynak: 3dnatives

PLG Haber Ocak 2022 Sayısı

                                                                                        Değerli Okuyucumuz,

Bu sayımızda, ürün geliştirme uzmanımız Enes Arslan tarafından kaleme alınan “Maçalı Döküm Parçalarda Tersine Mühendislik Uygulamaları” konulu yazıyı hazırladık. Geçtiğimiz günlerde Las Vegas’ ta gerçekleşen, Dünya’ nın En Büyük Tüketici Elektroniği Fuarı CES’ te Poligon Mühendislik imzası taşıyan bir simülatör de vardı. CY Vision’ a ait bu simülatör fuarda oldukça dikkat çekti. Bu sebeple sizinle üretim detaylarına ait videoyu da paylaşmak istedik.

Keyifli okumalar.

Maçalı Döküm Parçalarda Tersine Mühendislik Çalışmaları

Endüstri 3.0′ dan sonra üretimde mühendislik sırlarının keşfedilmesi ile eş anlamlı, devrim niteliğinde tersine mühendislik donanımları sayesinde üretim ve kalite departmanlarında oldukça kolay, hızlı ve sonuç odaklı iş modelleri gelişti. Şimdi sürecin nasıl gerçekleştiğine daha yakından bakalım.

Döküm parçaların, standart tersine mühendislik prosesleri dahilinde parça, öncelikli olarak 3 boyutlu tarama süreçlerinden geçmektedir.

Tarama işlemlerine başlamadan önce ise; bir ön hazırlık yapılıp kullanılacak teknolojiye göre alt yapı çalışması yapılması gerekmektedir. Burada mevcut döküm parçanın tarandıktan sonra 2 farklı teknoloji ile sayısallaştırılması mümkündür. Bu teknolojilerden bir tanesi optik tarama teknolojisi diğeri ise lazer tarama teknolojisidir. Bilindiği gibi bu iki teknoloji çalışma alanları ve yapısı gereği kullanıcılara farklı kolaylıklar sağlamaktadır. Projedeki detaylar göz önünde bulundurulduğunda optik tarama teknolojisi bu proje kapsamında uygun olacak yöntemdir.

Tersine Mühendislik Uygulamaları

Tarama işlemlerinde teknoloji seçimi yaparken aşağıdaki kriterler üzerinden bir değerlendirme yapılır;

  • Parçanın ebatları
  • Parçanın yüzey temizliği
  • Derinlikler ve parça üzerindeki detayların ölçüleri-toleransları
  • Parçanın hacmi

Yukarıdaki kriterler doğrultusunda parçanın ebatlarının, yüzey temizliğinin, üzerindeki detayların optik tarama teknolojisine uygun olduğu tespit edildi. Bu sebeple tercihimiz Breuckmann SmartScan 2mp’lik 250 mm lensler ile taranması yönünde oldu.

Burada parçadaki ışık yansımalarını kapatacak şekilde yüzey matlaştırma işlemleri yapılır ve optik teknolojisinin etkileneceği parlak kısımlardan arındırılır. Bilindiği gibi teknoloji optik olmasından dolayı aydınlık ortamlarda yüksek ışık değişimlerinde ve parlak yüzeylerde başarılı olamamaktadır.

Tersine Mühendislik Uygulamaları

Öncelikle parçanın dış bölgelerinin taraması yapılır. Parçanın içinde kameraların göremediği maçaların oluşturduğu ters açılardan data alınamamaktadır. Bu aşamada mevcut tarama datası üzerinden kesim alanları belirlenerek parçalar testere yardımı ile kesim işlemlerine sokulur. Finalde üçe ayırdığımız parçaları tekrar yüzey matlaştırma işlemine sokarak kesilen parçaların 3 boyutlu taraması yapılır. Seçimimiz olan Breuckmann markasının sahip olduğu teknolojinin yapısı gereği sağladığı bazı kolaylıklar vardır ve bunların altını çizmekte fayda var.  Bunlardan biri kesilen parçaları montaj parçası üzerinde ortak noktalar belirlenerek tarama yapılmasıdır. Montaj üzerinde yapılan tarama işlemi merge edildiğinde montaj ile ortak yüzeyler silinip, olmayan bölgeler montaj bölgesine entegre edilir. Bu işlem Breuckmann’ ın yazılımı ile sağladığı bir kolaylıktır. (Mukavemetli ve esnemeyen parçalar için geçerli bir durumdur.)

Scan Data Taranan Data Taranan 3D Model

Genel Tarama Datasının Eksenlenmesi ve Diğer Tarama Dataları

Parçaların tarama işleminden sonra imalat şekline göre bir eksen takımı oluşturulur. Burada kalıp çıkma açıları, üzerindeki maçaların çalışma eksenleri veya üzerindeki geometrik yapılar eksenleme yapılırken dikkat edilmesi gereken noktalardır.

Bu aşamada bazı özel durumlar da olabilir. Projede oluşan CAD model, analiz veya benchmark için kullanılabilir. Buradaki bazı yönlendirmeler ile eksen takımı farklılıklar gösterebilir.

Mevcut parçamız yeniden üretim için kullanılacaktır. Bu amaçla imalat yöntemine göre bir eksen takımı oluşturup tasarıma

Tersine Mühendislik Uygulamaları

başlamak gerekir. Aşağıdaki fotoğrafta parçayı Z eksenine dik gelecek şekilde konumlandırıp program içinde görünen yerleri işaretlediğimizde, parçanın yarısının işaretlendiği diğer yarısının işaretlenmediği görülmektedir. Bu iki bölge kalıbın alt ve üst kısmı olarak ayrılan bölgelerdir.

Parçaların Z ekseni belirlendiğine göre X ve Y eksenlerindeki konumları da oluşturulmalıdır. Parçada işaretli bölge düzlem olarak kabul edilip X eksenine paralel olacak şekilde düzenlenir. Kontrolleri yaparken parçanın simetri kontrolü de eş zamanlı yapılmalıdır. Parçanın üretim toleransları ve imalat yöntemleri bu noktada önemlidir. Simetri kontrolleri bu parça için +/- 1-2 mm arasında çıkmaktadır. Mevcut durumda bu parçanın simetrik olduğu kabul edilebilir

Tersine Mühendislik Uygulamaları

Modellemeye Giriş

Parçanın genel formları geometrik şekillerden oluşmaktadır. Öncelikli olarak modellemeye parçanın tamamını kaplayan bir dolu küp çizerek başlıyoruz. Oluşturulan diğer geometriler için ise; sanki bir ağaç yapıyı yontarmış gibi dolu küpten boşaltarak parçamızı şekillendiriyoruz. Bu tasarım işlemine CNC’ nin boşaltarak işleme süreci de örnek gösterilebilir. Simetrik yapılar belli seviyelerde aynalama yaparak kontrol edilmelidir. Aksi durumlarda radüsleri atılmış bir modelde geriye dönük işlem yapmak zaman kaybettirecektir.

Tersine Mühendislik Uygulamaları

Simetrisi alınan bir yüzey her 2 tarafta da + veya – yönde kalırsa parçamız, kısa veya uzun olabilir. Bundan dolayı parça çiziminde toplam uzunluklar baz alınarak çizilmelidir. Bu doğrultuda referans tarafınız +1 mm hatalı gözükürken diğer taraf -1 mm hatalı gözükebilir. Bu durum parçanın o yüzeylerinin bozuk olduğu veya üretimde parçanın hatalı olduğu anlamına gelebilir. Bu konu parçadan parçaya üretim şekline göre farklılık gösterebilir. Bazı parçalarda bu tarz farklılıklar bilerek yapılmış olabilir. Tasarımın sonunda ya da bu aşamasında üretim departmanının müşteri ile sürekli iletişimde kalması fayda sağlayacaktır.

Parçanın dışı bittikten sonra açılar verilir ve en son radüsler atılır. Bu tarz döküm parçalarda keskin köşe kalmaması önemlidir. Projeye özel iç bölgelerdeki maçaların tasarımı ayrı modellenir. Oluşturulan maça yüzeyleri gövde datasından trimlenir.

Maçaların ayrı çizilmesinin nedeni; dökümde maçaların ayrı model gibi oluşturulup üretilmesinden kaynaklanmaktadır. Finalde dökümün içine entegre edilecektir. Bundan dolayı maça tasarımları ayrı çizilir. İhtiyaç halinde üretim departmanı tarafından maça bölgeleri yolluk yapısına göre yeniden dizayn edilebilir.

Kabuller

  • Parçanın simetrik olması
  • Düzlem-silindir gibi yapılardan oluşması
  • Düzlemlerde yaklaşık 0,5 mm kadar düzlemsellik sorunları
  • Üretimden kaynaklanan radüslerdeki değişkenlikler
  • Varsa müşteri taleplerine göre değişkenler
  • Parçanın döküm olması sebebi ile yapılan kontrollerin +/-1,5 mm ile yapılması

Boyutsal Ölçüm Raporu

Tüm bu çalışmaların sonunda boyutsal ölçüm raporu ile süreci hizalamak en önemli noktalardan biridir. Aşağıda boyutsal ölçüme ait görselleri bulabilirsiniz.
Sonuç olarak süreci sistematik şekilde gerçekleştirmek tüm bu proseslerin çok daha etkili şekilde yapılmasını sağlıyor. Ayrıca öncesinde tüm süreci planlıyor olmak zaman tasarrufu yaratıyor.

Tersine Mühendislik Uygulamaları
Tersine Mühendislik Uygulamaları

PLG Haber Şubat’a Kısa Not

Poligon Mühendislik imzası taşıyan CY Vision’ın Simülatörü, Las Vegas’ta “Dünyanın En Büyük Tüketici Elektroniği Fuarı” olan CES’te sergilendi.

Zorlu araç ortamlarının güçlüklerine yönelik artırılmış gerçeklik (AR) deneyimleri sunan holografik 3 boyutlu görüntü teknolojileri geliştiren CY Vision’ ın simülatörü fuarda en çok ziyaret edilenler arasındaydı. Büyük ilgi gören Simülatör ‘ün üretim sürecini detaylı olarak anlattığımız videoya buradan ulaşabilirsiniz.

Otomotiv Sektöründe Plastik Yedek Parça Üretimi Konusunda Lazer Tarama ve Eklemeli İmalatın Yeri

Otomotiv Sektöründe Plastik Yedek Parça Üretimi Konusunda Lazer Tarama ve Eklemeli İmalatın Yeri

2020 yılı başlarında pandeminin hayatımıza girmesiyle sektörlerin büyük bir kısmında daralmalar ve yavaşlamalar meydana geldi. Bu dönemde en fazla etkilenen sektörlerden biri de otomotiv sektörü oldu. Otomobil fabrikalarının üretimlerini yavaşlatması, çip krizi ve buna bağlı olarak üretilen araç sayılarının azalması, araçlara olan talebin artmasına fakat arzın azalması sebebiyle talebi karşılayamamasına sebep oldu.
Peki tüm bu yaşananlar süreci nasıl etkiledi? Doğrusunu söylemek gerekirse aksaklıklar otomotiv sektörü ana üreticilerinden orijinal ekipman üreticilerine ve hatta sarf malzeme tedarikçilerine kadar bütün zinciri olumsuz yönde etkiledi. Fakat yedek parça tedariğinde eklemeli imalat yöntemi firmalar açısından kurtarıcı bir rol üstlendi. Sürecin nasıl geliştiğine bir örnek üzerinden daha yakından bakalım.
Aslında eklemeli imalat denilince akla daha çok endüstriyel ürünler ve bu ürünlerin çok daha maliyetli olduğu geliyor. Az önce bahsettiğimiz sebeplerden dolayı birçok yedek parça üretiminde aksaklıklar olduğu için tedarik etmesi de eklemeli imalata göre daha maliyetli olabiliyor. Konumuzda bahsi geçen ürünün maliyeti, eklemeli imalat yöntemi ile şu anki şartlarda enjeksiyon kalıplama teknolojisi ile seri üretimde olan bir ürüne göre daha ekonomik olmuştur. Bu da gösteriyor ki eklemeli imalat teknolojisi, yedek parça sektöründe üretimi devam eden ya da üretimden kalkmış parça tedariğinde de kullanılabilmektedir. Bunun yanında bazı VİP araç üreticileri, kişiselleştirilmiş tasarımların ve restorasyonların çıktılarını enjeksiyon kalıplama gibi seri üretime uygun bir teknoloji ile üretmek yerine eklemeli imalat yöntemini seçmektedir.

Nissan Qashqai marka ve model aracın üzerinde bulunan port bagaj çıta bağlantı aparatının kırılması sonucu ihtiyaç duyulan yedek parça üretimi, ilk etapta fikir aşamasında iken firmamız bünyesindeki imkanlar kullanılarak üretilmiş ve fikir aşamasında olan süreç hayata geçirilmiştir.

Sürecin detaylarına gelecek olursak; öncelikle günümüz endüstrisinde türlerine göre bir ürünü üretebilmek için enjeksiyon kalıplama ile imalat, döküm yöntemi ile imalat, cnc işleme, eklemeli imalat gibi birçok farklı yöntem mevcut. Eklemeli imalat dediğimiz yöntemde; üç boyutlu yazıcılar ile baskı teknolojilerini kullanarak bahsetmiş olduğumuz üretimi gerçekleştirdik.

Tabi ki hedeflemiş olduğumuz amaca ilerlerken farklı ihtiyaçlar da oluştu. Tam olarak bu ihtiyaçların ne olduğunu derinlemesine inceleyelim.

Cad Data

Eklemeli imalat yöntemi ile parça üretebilmek için öncelikle bir cad dataya ihtiyacımız var.

Nedir bu cad data? Computer aidet design data yani bilgisayar destekli tasarlanmış veri anlamına gelir. Ayrıca bu veriyi oluşturmanın birçok yolu vardır. Karakalem çalışmalarından, teknik çizimi olan verilere, hali hazırda üretilmiş ürünlerin üç boyutlu tarayıcılar ile taranmasına kadar birçok örnekten yola çıkılarak, bir düşünceyi dijitalleştirmek yani bir üç boyutlu data elde etmek mümkündür.

Mevcut örneğimizde üretilecek datayı oluşturmak için üç boyutlu tarayıcı ile numuneyi taramaktan başka seçeneğimiz olmadığından ötürü bu yolu kullandık.

Tarama sistemleri demişken gelin özet olarak bu sistemlerden bahsedelim.

Lazer Tarama Sistemlerinin Genel Prensibi

Üç boyutlu Kartezyen ve küresel koordinat sistemlerinde yani uzayda, herhangi bir noktanın belli bir referansa (sıfır noktasına) göre bir konumu vardır. Bu konum noktanın X, Y, Z eksenlerine ya da r, θ, ф değerlerine göre belirlenir.

Lazer Tarama
Koordinat sistemlerindeki bahsettiğimiz nokta ya da noktaları tanımlayıp bilgisayar ortamına aktarabilmemiz için kullanılan araçlar tarama cihazlarıdır. Temel prensipleri bir gönderici (lazer, ışık, gölge) ile fiziksel ürünün üzerine girdi göndermek ve bir alıcı (kamera) ile gönderilen girdilerin geri alınmasını sağlamaktır. Bunu yaparken çeşitli referanslama sistemleri ve çeşitli yazılımlar kullanılır. mimari alanlarda tarama yapan bazı cihazlar küresel koordinat sistemi tabanına dayanırken, endüstriyel alanlarda kullanılan cihazlar kartezyen koordinat sistemine dayanır. Bu durum her iki cihaz için hibrit olarak kullanılıyor da olabilir. Yazılım ise koordinat sistemlerine dayalı bu verileri bilgisayar ortamında dijital verilere dönüştürür ve işlenen bu veriler tasarım programlarındaki ekranlarda bize nokta bulutu görüntüsü olarak aktarılır. Böylelikle tarama cihazlarının kulanım amacına ulaşılır. Elde edilen nokta bulutu veriler, boyutsal kalite kontroltersine mühendislik ile datası olmayan bir ürünün cad datasını çıkarma gibi konulara hizmet eder.
Biz ScanTech markasının bir cihazı olan KScan20 ile bu işlemi gerçekleştirdik. Yazının başında üreteceğimiz ürünün kırılmış olduğundan bahsetmiştik. Aklınıza en başında gelen soru “Kırık olan bir ürün taranır mı?” olabilir. Elbette bu mümkün. Hem kırık olan ürün bazı durumlarda kendisi taranıp kırık olan yüzeylerinin devamı tasarım aşamasında tamamlanabilir hem de kırık olan ürünün simetriği olan ürün taranıp bilgisayar ortamında oluşturulan datanın simetrisi alınarak modelleme işlemi tamamlanabilir. Resimde simetrik ürünün tarama datasını görebilirsiniz. Tabi ki az önce bahsettiğimiz gibi taraması biten bir ürünü direk olarak üretime alamayız. Parametrik olarak bütün yüzeylerin modellenmesi gerekir.
Lazer Tarama
3 Boyutlu Lazer Tarayıcı
Taraması yapılmış ürün tersine mühendislik işleminden geçtikten sonra üretim aşamasına gelir. Sonrasında ise son kullanım ürünü olarak kullanabilmek için zımpara, astar boya gibi ardıl işlemlere tabi tutulur.
Lazer Tarama

3b lazer tarama sonrası 3b yazıcı ile üretilen parçaların fotoğrafları

Ürünün üretilmesine dair detaylara da bir sonraki sayımızda yer vereceğiz. Takipte kalın…

Şubat 2022
Poligon Mühendislik - Halil İbrahim Çevik
Proje Lideri

Tersine Mühendislik Uygulamaları

Maçalı Döküm Parçalarda Tersine Mühendislik Uygulamaları

Endüstri 3.0′ dan sonra üretimde mühendislik sırlarının keşfedilmesi ile eş anlamlı, devrim niteliğinde tersine mühendislik donanımları sayesinde üretim ve kalite departmanlarında oldukça kolay, hızlı ve sonuç odaklı iş modelleri gelişti. Şimdi sürecin nasıl gerçekleştiğine daha yakından bakalım.

Her şeyden önce; döküm parçaların standart tersine mühendislik prosesleri dahilinde parçalar, 3 boyutlu taranmaktadır.

Tarama işlemlerine başlamadan önce ise; bir ön hazırlık yapılıp kullanılacak teknolojiye göre alt yapı çalışması yapılması gerekmektedir. Burada mevcut döküm parçanın tarandıktan sonra 2 farklı teknoloji ile sayısallaştırılması mümkündür. Bu teknolojilerden bir tanesi optik tarama teknolojisi diğeri ise lazer tarama teknolojisidir. Bilindiği gibi bu iki teknoloji çalışma alanları ve yapısı gereği kullanıcılara farklı kolaylıklar sağlamaktadır. Projedeki detaylar göz önünde bulundurulduğunda optik tarama teknolojisi bu proje kapsamında uygun olacak yöntemdir.

Tersine Mühendislik Uygulamaları

Tarama işlemlerinde teknoloji seçimi yaparken aşağıdaki kriterler üzerinden bir değerlendirme yapılır;

  • Parçanın ebatları
  • Parçanın yüzey temizliği
  • Derinlikler ve parça üzerindeki detayların ölçüleri-toleransları
  • Parçanın hacmi

Yukarıdaki kriterler doğrultusunda parçanın ebatlarının, yüzey temizliğinin, üzerindeki detayların optik tarama teknolojisine uygun olduğu tespit edildi. Bu sebeple tercihimiz Breuckmann SmartScan 2mp’lik 250 mm lensler ile taranması yönünde oldu.

Burada parçadaki ışık yansımalarını kapatacak şekilde yüzey matlaştırma işlemleri yapılır ve optik teknolojisinin etkileneceği parlak kısımlardan arındırılır. Bilindiği gibi teknoloji optik olmasından dolayı aydınlık ortamlarda yüksek ışık değişimlerinde ve parlak yüzeylerde başarılı olamamaktadır.

Tersine Mühendislik Uygulamaları

Öncelikle parçanın dış bölgelerinin taraması yapılır. Parçanın içinde kameraların göremediği maçaların oluşturduğu ters açılardan data alınamamaktadır. Bu aşamada mevcut tarama datası üzerinden kesim alanları belirlenerek parçalar testere yardımı ile kesim işlemlerine sokulur. Finalde üçe ayırdığımız parçaları tekrar yüzey matlaştırma işlemine sokarak kesilen parçaların 3 boyutlu taraması yapılır. Seçimimiz olan Breuckmann markasının sahip olduğu teknolojinin yapısı gereği sağladığı bazı kolaylıklar vardır ve bunların altını çizmekte fayda var.  Bunlardan biri kesilen parçaları montaj parçası üzerinde ortak noktalar belirlenerek tarama yapılmasıdır. Montaj üzerinde yapılan tarama işlemi merge edildiğinde montaj ile ortak yüzeyler silinip, olmayan bölgeler montaj bölgesine entegre edilir. Bu işlem Breuckmann’ ın yazılımı ile sağladığı bir kolaylıktır. (Mukavemetli ve esnemeyen parçalar için geçerli bir durumdur.)

Tersine Mühendislik Uygulamaları
Scan Data Taranan Data Taranan 3D Model

Genel Tarama Datasının Eksenlenmesi ve Diğer Tarama Dataları

Parçaların tarama işleminden sonra imalat şekline göre bir eksen takımı oluşturulur. Burada kalıp çıkma açıları, üzerindeki maçaların çalışma eksenleri veya üzerindeki geometrik yapılar eksenleme yapılırken dikkat edilmesi gereken noktalardır.

Bu aşamada bazı özel durumlar da olabilir. Projede oluşan CAD model, analiz veya benchmark için kullanılabilir. Buradaki bazı yönlendirmeler ile eksen takımı farklılıklar gösterebilir. Mevcut parçamız yeniden üretim için kullanılacaktır. Bu amaçla imalat yöntemine göre bir eksen takımı oluşturup tasarıma başlamak

Tersine Mühendislik Uygulamaları

gerekir. Aşağıdaki fotoğrafta parçayı Z eksenine dik gelecek şekilde konumlandırıp program içinde görünen yerleri işaretlediğimizde, parçanın yarısının işaretlendiği diğer yarısının işaretlenmediği görülmektedir. Bu iki bölge kalıbın alt ve üst kısmı olarak ayrılan bölgelerdir.

Parçaların Z ekseni belirlendiğine göre X ve Y eksenlerindeki konumları da oluşturulmalıdır. Parçada işaretli bölge düzlem olarak kabul edilip X eksenine paralel olacak şekilde düzenlenir. Kontrolleri yaparken parçanın simetri kontrolü de eş zamanlı yapılmalıdır. Parçanın üretim toleransları ve imalat yöntemleri bu noktada önemlidir. Simetri kontrolleri bu parça için +/- 1-2 mm arasında çıkmaktadır. Mevcut durumda bu parçanın simetrik olduğu kabul edilebilir.

Tersine Mühendislik Uygulamaları

Modellemeye Giriş

Parçanın genel formları geometrik şekillerden oluşmaktadır. Öncelikli olarak modellemeye parçanın tamamını kaplayan bir dolu küp çizerek başlıyoruz. Oluşturulan diğer geometriler için ise; sanki bir ağaç yapıyı yontarmış gibi dolu küpten boşaltarak parçamızı şekillendiriyoruz. Bu tasarım işlemine CNC’ nin boşaltarak işleme süreci de örnek gösterilebilir. Simetrik yapılar belli seviyelerde aynalama yaparak kontrol edilmelidir. Aksi durumlarda radüsleri atılmış bir modelde geriye dönük işlem yapmak zaman kaybettirecektir.

Tersine Mühendislik Uygulamaları

Simetrisi alınan bir yüzey her 2 tarafta da + veya – yönde kalırsa parçamız, kısa veya uzun olabilir. Bundan dolayı parça çiziminde toplam uzunluklar baz alınarak çizilmelidir. Bu doğrultuda referans tarafınız +1 mm hatalı gözükürken diğer taraf -1 mm hatalı gözükebilir. Bu durum parçanın o yüzeylerinin bozuk olduğu veya üretimde parçanın hatalı olduğu anlamına gelebilir. Bu konu parçadan parçaya üretim şekline göre farklılık gösterebilir. Bazı parçalarda bu tarz farklılıklar bilerek yapılmış olabilir. Tasarımın sonunda ya da bu aşamasında üretim departmanının müşteri ile sürekli iletişimde kalması fayda sağlayacaktır.

Parçanın dışı bittikten sonra açılar verilir ve en son radüsler atılır. Bu tarz döküm parçalarda keskin köşe kalmaması önemlidir. Projeye özel iç bölgelerdeki maçaların tasarımı ayrı modellenir. Oluşturulan maça yüzeyleri gövde datasından trimlenir.

Maçaların ayrı çizilmesinin nedeni; dökümde maçaların ayrı model gibi oluşturulup üretilmesinden kaynaklanmaktadır. Finalde dökümün içine entegre edilecektir. Bundan dolayı maça tasarımları ayrı çizilir. İhtiyaç halinde üretim departmanı tarafından maça bölgeleri yolluk yapısına göre yeniden dizayn edilebilir.

Kabuller

  • Parçanın simetrik olması
  • Düzlem-silindir gibi yapılardan oluşması
  • Düzlemlerde yaklaşık 0,5 mm kadar düzlemsellik sorunları
  • Üretimden kaynaklanan radüslerdeki değişkenlikler
  • Varsa müşteri taleplerine göre değişkenler
  • Parçanın döküm olması sebebi ile yapılan kontrollerin +/-1,5 mm ile yapılması

Boyutsal Ölçüm Raporu

Tüm bu çalışmaların sonunda boyutsal ölçüm raporu ile süreci hizalamak en önemli noktalardan biridir. Aşağıda boyutsal ölçüme ait görselleri bulabilirsiniz.
Sonuç olarak süreci sistematik şekilde gerçekleştirmek tüm bu proseslerin çok daha etkili şekilde yapılmasını sağlıyor. Ayrıca öncesinde tüm süreci planlıyor olmak zaman tasarrufu yaratıyor.

Tersine Mühendislik Uygulamaları
Tersine Mühendislik Uygulamaları

Ocak 2022
Poligon Mühendislik - Enes Arslan
Çözüm Mühendisi

HP 3B Yazıcıların Kullanım Alanları

Eklemeli İmalat

HP 3B YAZICI HAMMADDELERİ NELERDİR VE KULLANIM ALANLARI NEDİR?

Sanayi devrimine kadar el yapımı üretim ve tasarım haricinde farklı çalışma tarzları benimsenmemişti. Sanayi devrimi ile makineleşmenin artması ve yeni teknolojilerin hayatımıza girmesi, düşük malzeme fiyatı ve hızlı teslim sürelerine ulaşılmasının önünü açtı. Tüm bu ileriye dönük harekete rağmen, temel tasarım ve üretim süreci son 100 yılı aşkın süredir temelden değişmedi. 

HP’nin 2016’da piyasaya sürmüş olduğu MJF (Multi Jet Fussion) teknolojisi ile üretime ve tasarıma farklı bir bakış açısı gelmiştir. Günümüzde pek çok lider konumundaki firma 3D baskı yöntemini kullanarak MJF teknolojisinin avantajlarından yararlanıyor ve böylelikle nihai kullanıma ya da prototiplemeye yönelik ürünler üretebiliyor. Tasarımcıya sunmuş olduğu esneklik, hammaddenin bir sonraki üretimler için geri kullanılabilir olması, yüksek yüzey kalitesi, parça başı düşük maliyet ve rakiplerine göre 10 kat hızlı üretim yapabiliyor olması HP 3B MJF teknolojisinin sektöre yön vermesini sağlamıştır. 

HP; maliyet, kalite ve çeşitlilik gibi 3D baskının tercih edilmemesinin önündeki geleneksel engellerden bazılarını ortadan kaldıran yeni malzemeler üzerinde oldukça fazla çalışıyor. Gelin HP 3B MJF teknolojisinin kullanıldığı alanlara ve bu teknoloji ile kullanılabilen hammaddelere bir göz atalım. 

HP sistemleri ile kullanılabilecek hammaddeleri sırasıyla iki ana kategoride inceleyebiliriz; Poliamidler ve Poliüretanlar.

HP MJF 4200 ve HP MJF 5200 sistemlerinde kullanılabilecek Poliamid ailesine ait hammaddeler PA12, PA12 Glass Beads ve PA11 olarak karşımıza çıkmaktadır..

HP 3D MJF HABER
HP 3D MJF HABER

⦁ HP PA12 ile güçlü, işlevsel ve ince ayrıntılara sahip parçalar üretmek mümkün. Boyut doğruluğunu sağlayabilmesi, karmaşık tasarımlarda ince ayrıntılar verebilmesi, su geçirmez olması nedeniyle endüstride işlevsel nihai parça/prototip üretimi için kullanılmaktadır. PA12 yağlara, greslere, alifatik hidrokarbonlara ve alkalilere karşı mükemmel kimyasal direnç gösteren bir termoplastiktir. Tüm bunların yanı sıra ABD FDA biouyumluluk sertifikası sayesinde tıp/medikal alanında da kullanılması mümkündür.

⦁ HP PA12 Glass Beads, % 40’ı cam boncuk dolgulu termoplastik malzeme olduğundan ürünler sert, fonksiyonel ve düşük maliyetli parçalar üretmek mümkündür. Örneğin fikstür, model, gövde ve muhafaza parçalarının üretiminde kullanılması uygundur. Hem uygun mekanik özelliklere hem de yüksek tekrar kullanılabilirliğe sahip bir malzemedir.

⦁ HP PA11 ile güçlü, yumuşak ve fonksiyonel parçalar üretmek mümkündür. PA11, bitkisel hint yağından elde edilen yenilenebilir bir hammadde olduğundan çevresel etkisi düşük bir termoplastiktir. Yüksek darbe direnci ve esnekliğe sahip olduğundan protezler, tabanlıklar, spor malzemeleri, geçmeli parçalar, hareketli menteşeler gibi alanlarda kullanımı uygundur.

HP 3B Poliüretan Hammaddesi

HP MJF 4200 ve HP MJF 5200 sistemlerinde kullanılabilecek Poliüretan ailesine ait hammaddeler ESTANE 3D TPU M95A1 ve BASF Ultrasint TPU01 olarak karşımıza çıkmaktadır.

HP 3D MJF HABER
HP 3D MJF HABER

⦁ ESTANE 3D TPU M95A1, Lubrizol tarafından özel olarak HP’nin Mutli Jet Fusion 4200 3D baskı çözümünde kullanılmak üzere geliştirilmiş termosplastik poliüretan (TPU) malzemesidir. Yüksek elastikiyet, iyi aşınma direnci ve yüksek darbe emilimi gerektiren çok çeşitli uygulamalar için kullanımı önerilmektedir.

⦁ BASF Ultrasint TPU01, BASF tarafından özel olarak HP’nin Multi Jet Fusion 5200 Serisi 3D baskı çözümünde kullanılmak üzere geliştirilmiş çok amaçlı bir termoplastik poliüretan (TPU) malzemedir. TPU01, UV ve hidroliz direnci iyi olan, basımı kolay bir malzemedir ve yalnızca HP Jet Fusion 3D baskı makinelerinde kullanılabilir. Bu malzeme esnek, şok emilimi yüksek olan ve ince yapıları yüksek ayrıntıyla basma gerektiren parçaların üretiminde kullanılabilir.

Günümüzde geldiğimiz nokta gereği yukarıda da belirtilen nedenler sayesinde birçok alanda bu teknoloji karşımıza çıkmaktadır. MJF teknolojisi ile dayanımı ve yüzey çözünürlüğü yüksek ürünlerin, çok detaylı modelleri desteksiz üretebilmenin, sızdırmazlık ve yüksek mukavemete sahip ürünler elde edebilmenin tadını çıkartın. Her zaman dediğimiz gibi MJF ile yapılabileceklerinizin tek sınırı yalnızca hayal gücünüzdür!

Daha fazla bilgi almak için bizlerle hemen iletişime geçmeyi unutmayın.

Kasım 2021
Poligon Mühendislik - Elif UYSAL
Çözüm Mühendisi

PLG Haber Aralık Sayısı

Değerli Okuyucumuz,

Yepyeni yılın ilk günlerinde açılışı saha çözüm mühendisimiz Elif Uysal’ın kaleme aldığı HP 3D ham maddeleri ve kullanım alanları hakkındaki yazısıyla yapmak istedik. Sağlıklı, mutlu ve sevdiklerinizle bolca zaman geçireceğiniz bir yıl olmasını dileriz.

Ayrıca 2021’de Poligon olarak neler yaptığımızı anlatan bu videoyu da sizinle paylaşmak istedik.

Keyifli okumalar.

HP 3B YAZICI HAM MADDELERİ NELERDİR VE KULLANIM ALANLARI NEDİR?​

Sanayi devrimine kadar el yapımı üretim ve tasarım haricinde farklı çalışma tarzları benimsenmemişti. Sanayi devrimi ile makineleşmenin artması ve yeni teknolojilerin hayatımıza girmesi, düşük malzeme fiyatı ve hızlı teslim sürelerine ulaşılmasının önünü açtı. Tüm bu ileriye dönük harekete rağmen, temel tasarım ve üretim süreci son 100 yılı aşkın süredir temelden değişmedi.

HP’nin 2016’da piyasaya sürmüş olduğu MJF (Multi Jet Fussion) teknolojisi ile üretime ve tasarıma farklı bir bakış açısı gelmiştir. Günümüzde pek çok lider konumundaki firma 3D baskı yöntemini kullanarak MJF teknolojisinin avantajlarından yararlanıyor. Böylelikle nihai kullanıma ya da prototiplemeye yönelik ürünler üretebiliyor. Tasarımcıya sunmuş olduğu esneklik, ham maddenin bir sonraki üretimler için tekrar kullanılabilir olması, yüksek yüzey kalitesi, parça başı düşük maliyet ve rakiplerine göre 10 kat hızlı üretim yapabiliyor olması HP MJF teknolojisinin sektöre yön vermesini sağlamıştır.

HP; maliyet, kalite ve çeşitlilik gibi 3D baskının tercih edilmemesinin önündeki geleneksel engellerden bazılarını ortadan kaldıran yeni malzemeler üzerinde oldukça fazla çalışıyor. Gelin HP MJF teknolojisinin kullanıldığı alanlara ve bu teknoloji ile kullanılabilen ham maddelere bir göz atalım.


HP sistemleri ile kullanılabilecek ham maddeleri sırasıyla iki ana kategoride inceleyebiliriz; Poliamidler ve Poliüretanlar.

HP MJF 4200 ve HP MJF 5200 sistemlerinde kullanılabilecek Poliamid ailesine ait ham maddeler PA12, PA12 Glass Beads ve PA11 olarak karşımıza çıkmaktadır.

 

HP 3D MJF HABER
HP 3D MJF HABER
  • HP PA12 ile güçlü, işlevsel ve ince ayrıntılara sahip parçalar üretmek mümkün. Boyut doğruluğunu sağlayabilmesi, karmaşık tasarımlarda ince ayrıntılar verebilmesi, su geçirmez olması nedeniyle endüstride işlevsel nihai parça/prototip üretimi için kullanılmaktadır. PA12 yağlara, greslere, alifatik hidrokarbonlara ve alkalilere karşı mükemmel kimyasal direnç gösteren bir termoplastiktir. Tüm bunların yanı sıra ABD FDA biouyumluluk sertifikası sayesinde tıp/medikal alanında da kullanılması mümkündür.
  • HP PA12 Glass Beads, % 40’ı cam boncuk dolgulu termoplastik malzeme olduğundan ürünle sert, fonksiyonel ve düşük maliyetli parçalar üretmek mümkündür. Örneğin; fikstür, model, gövde ve muhafaza parçalarının üretiminde kullanılması uygundur. Hem uygun mekanik özelliklere hem de yüksek tekrar kullanılabilirliğe sahip bir malzemedir.
  • HP PA11 ile güçlü, yumuşak ve fonksiyonel parçalar üretmek mümkündür. PA11, bitkisel hint yağından elde edilen yenilenebilir bir ham madde olduğundan çevresel etkisi düşük bir termoplastiktir. Yüksek darbe direnci ve esnekliğe sahip olduğundan protezler, tabanlıklar, spor malzemeleri, geçmeli parçalar, hareketli menteşeler gibi alanlarda kullanımı uygundur.

Poliüretan Ham Maddesi​

HP MJF 4200 ve HP MJF 5200 sistemlerinde kullanılabilecek Poliüretan ailesine ait ham maddeler ESTANE 3D TPU M95A1 ve BASF Ultrasint TPU01 olarak karşımıza çıkmaktadır.

HP 3D MJF HABER
HP 3D MJF HABER
  • ESTANE 3D TPU M95A1, Lubrizol tarafından özel olarak HP’nin Multi Jet Fusion 4200 3D baskı çözümünde kullanılmak üzere geliştirilmiş termosplastik poliüretan (TPU) malzemesidir. Yüksek elastikiyet, iyi aşınma direnci ve yüksek darbe emilimi gerektiren çok çeşitli uygulamalar için kullanımı önerilmektedir.
  • BASF Ultrasint TPU01, BASF tarafından özel olarak HP’nin Multi Jet Fusion 5200 Serisi 3D baskı çözümünde kullanılmak üzere geliştirilmiş çok amaçlı bir termoplastik poliüretan (TPU) malzemedir. TPU01, UV ve hidroliz direnci iyi olan, basımı kolay bir malzemedir ve yalnızca HP Multi Jet Fusion 3D baskı makinelerinde kullanılabilir. Bu malzeme esnek, şok emilimi yüksek olan ve ince yapıları yüksek ayrıntıyla basma gerektiren parçaların üretiminde kullanılabilir.

Günümüzde geldiğimiz nokta gereği yukarıda da belirtilen nedenler sayesinde birçok alanda bu teknoloji karşımıza çıkmaktadır. MJF teknolojisi ile dayanımı ve yüzey çözünürlüğü yüksek ürünlerin, çok detaylı modelleri desteksiz üretebilmenin, sızdırmazlık ve yüksek mukavemete sahip ürünler elde edebilmenin tadını çıkartın. Her zaman dediğimiz gibi MJF ile yapılabileceklerinizin tek sınırı yalnızca hayal gücünüzdür!

Daha fazla bilgi almak için bizlerle hemen iletişime geçmeyi unutmayın.

 

PLG Haber Ocak’a kısa not

Dünyanın en büyük teknoloji fuarı başladı! Las Vegas’ta bu sene fiziksel katılımla gerçekleşen fuar; Omicron varyantı sebebiyle 8 Ocak yerine 7 Ocak’ta sona erecek.

Türkiye’den fuarda yer alan tek marka Togg olmakla birlikte; marka yüzde yüz elektrikli modeliyle öne çıkıyor.

CES’te yer alacak ürünlere bakacak olursak; otomobiller, televizyonlar, VR ve AR teknolojileri ile harmanlanmış çözümler, oyunlar ve ev elektroniği olacak. Bu yıl yapılan yeni eklemeler arasında uzay teknolojisi, gıda teknolojisi ve dijital varlıklar yer alıyor. Uzay teknolojisi kısmında fuar katılımcıları, yapay zeka (AI) ve robotiği entegre etmek için Bosch ve Nasa arasında yürütülen ortak çalışmayı da keşfetme fırsatı bulacak.

Pek çok markanın en yeni teknolojilerini katılımcılarla buluşturacağı fuarda geleceği yakından deneyimleyebilmek oldukça heyecan verici görünüyor.

Kaynak: CES