Giriş
Eklemeli üretim ya da bir diğer ismi ile bilinen 3d baskı, günümüzde hızlı bir gelişime sahip teknolojiler arasında yer almaktadır. Genel anlamda uzmanlar bu teknolojinin 4. sanayi devrimini başlattığını varsaymaktadır. Aynı zamanda geçmişten bu yana en iyi şekilde geliştirilmiş devrimci bir teknoloji olarak nitelendirilmektedir. 3d baskı, aslında bir süreç değildir. Benzer katmanlı üretim ilkeleri ile çalışma potansiyeli olan bir çeşit teknolojidir. Gelişen teknoloji; FDM/FFF, SLS, DLP, Rotasyonel 3d Baskı, Cold Spray ve Binder Jetting gibi 3d baskı teknolojilerinin ortaya koyulmasına ön ayak sağlamıştır. Bahsettiğimiz 3d baskı teknolojileri, uygulamalar çerçevesinde alanlarına göre çözümler üretmektedir.
Fused Deposition Modeling (FDM) ile bilinen veya diğer adıyla Fused Filament Fabrication (FFF) şeklinde bilinen bu teknolojiye bir göz gezdirelim. FDM ve FFF adı birdir. 1991 yılında Steatays, FDM’nin ticari markasını ortaya çıkarmıştır. Düşünceleri güvenli bir biçimde paylaşmak ve FDM teknolojisini ele almak için RepRap hareketinin yapımcıları, FFF olarak yeni bir isim ortaya koymuşlardır.
Yazımızın çerçevesinde FDM/FFF teknolojisi hakkında sizlerin genel bir bakış açısı elde etmesine yardımcı olacağız.
Genel anlamda masaüstü yazıcılarda kullanılan bir teknolojidir. Burada objeler filament olarak tanımlanmaktadır. Filamentlerin kısacası hammaddesinin eritilmesiyle katman katman dökülmesi sonucu bir araya getirilmektedir. 3d yazıcılar arasında en uygun fiyata sahip olan FDM/FFF teknolojisinde ABS ve PLA gibi termo plastikler yaygın olarak hammadde şeklinde kullanılmaktadır.
3D baskı teknolojisi açısından büyük önem arz eden FDM/FFF teknolojisi, tanımlanan CAD modeline göre sıvılaştırılmış ve istenilen biçime tekrardan katılaştırılan termoplastik filamentler özelliğindeki yapı girdi malzemesi olarak ele alınmaktadır. FDM/FFF yazıcısı iki adet makaradan meydana gelmektedir. İlki yapı malzemesi diğeri ise destek malzemesidir. Fused biriktirme modelleme, 3d baskı işlemi için aşağıdaki adımlar izlenmektedir.
1. Adım: İlk adımda CAD verileri girilmektedir. Sonrasında hazır halde bekleyen katı yapı malzemesi filamenti, sıvılaştırıcı kafasında yer alan ısı ile sıvılaştırılmaktadır.
2. Adım: Eriyen sıvı plastik, CAD verilerine tanımlanmaktadır. Aynı zamanda her yere hareket eden ekstrüzyon nozülü yardımı ile bir tabaka şeklinde köpük yapı platformuna aktarım sağlanmaktadır. Bu işlemde sıvı ve yarı katı tabakaların üst üste eklenmesi işlemi tekrar edilmektedir. Eğer tasarım eğilme ya da sarkma gibi yapılardan meydana geliyorsa, destek yapıları kullanılmaktadır. Destek malzemesi, yapı malzemesi ile benzer ya da seçime göre çeşitli bir malzeme olabilmektedir.
3. Adım: Eğer destek yapıları tercih ediliyorsa ardından yapı tamamlandıktan sonra kaldırılmaktadır.
FDM/FFF, 3d baskı maliyet açısından uygun bir seçim olabilmektedir. İhtiyaç bir birimden az bir partiye kadar olduğunda, FDM/FFF, SLA ya da SLS benzeri pahalı muadillerine oranla iyi bir seçimdir. Maliyetinin ise oldukça uygun olduğunu dile getirebiliriz. Bunların yanında tekrardan prototip ortaya çıkarma ve tasarımda olumlama gibi adımların ucuz olmasını sağlamaktadır. Ayrıca baskılar, herhangi bir karmaşıklık olmadan yazıcıdan pürüzsüz bir kalite ile çıkmaktadır. Böylece renklendirme ve yüzey bitirme gibi alanlardaki maliyetlerin de düştüğü görülmektedir.
FDM/FFF çeşitli diğer teknolojilere oranla oldukça hızlı bir baskı hızına sahiptir. Yapı filamentleri kolay bir şekilde bulunduğundan, büyük partilerin yazdırılmasında da problem ortaya çıkmamaktadır.
FDM/FFF yazıcılar açısından kırktan fazla renk seçeneği bulunmaktadır. Bu renk seçeneklerinin sayısı ise her geçen gün artış gözlemlenmektedir. Son parçanın rengi kullanılan filamentin rengidir. İstenen rengin ortaya çıkmaması durumunda boyama gibi işlem sonrası metotlar uygulanabilmektedir.
FDM/FFF yazıcı filamenti eritip katılaştırdıktan sonra baskı işlemini gerçekleştirmektedir. Model dikkatli bir biçimde tasarlandığında destek yapıların ortadan kaldırılma şansı olabilir. Bu durum ise fazladan malzeme kullanımında tasarruf sağlamaya yol açar.
FDM/FFF için 10’dan fazla çeşitli plastik çeşidi bulunmaktadır. Az dayanıklı malzemelerden fazla dayanıklı malzemelere (PP, TPU, Naylon PA, ABS, PETG, PLA, PC) FDM/FFF’nin yazdırabileceği geniş malzeme grubu mevcuttur. İhtiyaç duyulduğunda kullanılması üreticinin takdirine kalmıştır. Bir diğer önemli konu ise malzemenin kullanılabilirliğidir. Malzemelerin sıkça tercih edilmesinden kaynaklı piyasa fiyatının düşük olduğunu söyleyebiliriz.
FDM/FFF baskılı parçaların yüzey niteliği, SLA ya da Carbon DLS’nin reçine baskılı parçaları kadar düz bir alana sahip değildir. FDM/FFF; eriyen plastik tabakayı, katman oluşturacak şekilde ilerlediği için merdiven kaplaması ve katman adımı oldukça belirgin bir hal almaktadır.
Dolgulu malzemeleri karbon elyaf dolgu, metal dolgu ve ahşap dolgu açısından anlatmak gerekirse;
Karbon Elyaf: Bu malzemenin geliştirilebilmesi için küçük lifler kullanılmaktadır. Bu lifler oldukça güçlü bir özelliğe sahiptir. Bu nedenle sertliğin artmasına da sebep olmaktadırlar. Bunun yanında fiber parça soğudukça büzülmesine yardımcı olmaktadır.
Metal Dolgulu: Metal dolgulu malzemeler bünyesinde bronz, bakır, paslanmaz çelik ve pirinç gibi metal tozlarını barındırmaktadır. Metalin toz yüzdeleri ise üreticinin ihtiyaçları ile doğru orantılı ilerlemektedir. Bu malzemeler aşındırıcı olma eğilimine sahiptirler.
Ahşap Dolgulu: Ahşap dolgulu malzemelerde filament, %30 civarında ahşap parçacıklarından ortaya çıkarılmaktadır.. Bu parçacıkların malzemede olması 3d baskılı parçalara estetik bir görünüm sağlamaya yardımcı olmaktadır. Diğer malzemelere göre oldukça az aşındırıcı özelliğe sahiptir.