Günümüzde ve Gelecekte 3D Baskı

3D baskı; endüstriler için sadece farklı bir üretim yöntemi değil, aynı zamanda geleneksel imalat yöntemlerinde karşılaşılan sorunlara çözüm sağlayan bir teknolojidir. İlk olarak 1980’lerde ortaya çıkmıştır. Fakat; o dönemlerde malzeme, yazılım, robotik, 3 boyutlu grafik ve internet teknolojileri yeterli seviyede gelişmediği için 3D baskının kullanımı yaygınlaşamamış, sadece endüstriyel prototip üretiminde kullanılmak ile sınırlı kalmıştır.

Bilgisayar grafiklerinin ve CAD yazılımlarının yaygınlaşması, daha iyi kalitede ve daha çok çeşitlilikte baskı malzemelerinin üretilmesi, 3D baskı sürecine olan güvenin artması ve internetin yaygınlaşması sayesinde 2000’li yılların ortasına doğru katmanlı üretim olarak da bilinen 3D baskının popülerliği hızla artmıştır.

3D baskının hızla yaygınlaşmasında ve popülerlik kazanmasında en önemli etken genişleyen malzeme yelpazesi ve ulaşılabilirlik olmuştur. 2000’li yıllara kadar 3D printing, genellikle yumuşak plastik malzemeler kullanılarak yapılmıştır. Fakat bu durum, 3D baskının sadece bazı prototip üretimleri için kullanılmasına izin vermiştir.

Artan malzeme çeşitliliği ile birlikte, 3D yazıcı teknolojilerini kullanarak son kullanıcı parçası olamaya uygun, yüksek çözünürlüğe sahip, güçlü ve fonksiyonel parçalar üretmek mümkün hale gelmiştir. Havacılık, otomotiv, dayanıklı tüketim ürünleri, medikal ve eğitim sektörleri başta olmak üzere birçok farklı sektörde 3D baskı teknolojileri kullanılıyor. Bu teknoloji, birçok alanda ve disiplinde devrim yapıyor ve hemen hemen her endüstri bu teknolojiyi kendileri için faydalı buluyor.

Üretim Yeniden Tanımlanıyor

Bir ürünün, karmaşık şekle ve fazla sayıda bileşene sahip olması, geleneksel imalat yöntemlerinde üretim maliyetini ciddi oranda arttıran etkenlerdi. Katmanlı üretim teknolojileri ile birlikte karmaşık yapılı parçaları daha kısa zamanda, daha az çaba ve maliyet ile üretmek mümkün. Ayrıca, tasarımdan son kullanıcı parçasına uzanan süreçte, yüksek üretim maliyetleri ile boğuşmadan kısa zamanda yinelemeler yapılarak ürün en iyi haline getirilebilir. Eğer üretilmek istenen ürün çok sayıdan parça içeriyorsa, geleneksel imalat yöntemlerini kullanmak, üretim maliyetini ve süresini arttırıyor. Böyle durumlarda 3D printer teknolojilerini tercih etmek, montaj adımlarını ve parça sayısını azaltarak üretim maliyetini ve süresini düşürüyor.

Bir başka açıdan, geleneksel imalat makinelerini kullanması için kabiliyetli ve eğitimli uzman kişiler gerekiyor. Fakat 3D yazıcı teknolojilerinde kullanılan makineler, çoğu bilgiyi tasarım dosyasından aldığı için bu gereklilikleri ortadan kaldırıyor. Bu sayede, üretim uzmanlarına erişim olmadığı durumlarda, yeni iş modelleri oluşturmak ve insanların ihtiyaçlarını karşılamak için bir fırsat sunuyor. Yeni dağıtım ağlarının oluşası ve tedarik zincirlerinin yeniden şekillenmesi için de bir kapı açıyor.

Metal malzemelerin 3D baskı teknolojisinde kullanılabilmesi, taşlama ve frezeleme gibi geleneksel imalat yöntemleri ile üretim sırasında oluşan yüksek miktarda malzeme israfının önüne geçiyor. Geleneksel yöntemler ile metal işleme sırasında kullanılan malzemenin %90’lık bir kısmı, gün sonunda fabrikanın zemininde atık olarak karşımıza çıkıyor.

Dünya’nın önde gelen uçak üreticisi Airbus, parçalarını üretmek için geleneksel imalat yöntemleri yerine 3D baskı teknolojilerini tercih ediyor. Bu sayede hem tedarik zincirinin esnekliğini arttırabiliyor hem de üretim kaynaklı gecikmelerin önüne geçerek teslimat tarihlerine bağlı kalabiliyor.

Airbus, Stratasys FDM teknolojisini kullanarak A350 XWB uçakları için 1000’den fazla parça üretti. 2013 yılında, 3D baskının A350 XWB uçağı için önemini kanıtlayan ve sağladığı faydaların altını çizen sertifika programına başladı.

Airbus A350 XWB’de kullanılan parçaların çoğu ULTEM 9085 malzeme kullanılarak FDM teknolojisi ile üretildi. ULTEM 9085 malzeme, yüksek mukavemet/ağırlık oranına sahip ve uçak içi uygulamalar için önemli olan FST (Ateş, duman ve zehirlenme) güvenceli. Airbus, FDM teknolojisi ve ULTEM 9085 malzeme tercihi ile üretim süresini ve maliyetini azaltırken dayanıklı ve hafif parçalara sahip oluyor.

Katmanlı imalat yöntemleri ile karmaşık parçalar talep üzerine üretebilir, tedarik zincirleri yeniden şekillendirilebilir ve zamanında teslimat sağlanabilir. Geleneksel imalat yöntemlerine kıyasla metal parçaların üretiminde daha az malzeme israfı sağlanır ve maliyet azaltılır.

Özgürleşen Tasarım Süreci

Geleneksel imalat yöntemleri ile üretilebilecek yüzey şekilleri sınırlıdır ve bu durum tasarım özgürlüğünü kısıtlar. 3D printing teknolojileri, geleneksel imalat yöntemlerinde olan tasarım kısıtlamasını ortadan kaldırdı ve tasarım özgürlüğüne imkân sağladı. Doğada bulunan tüm şekiller ve daha fazlası katmanlı imalat teknolojileri ile üretilebilir.

Farklı hammaddeleri bir arada kullanmak, geleneksel imalat yöntemlerinde oldukça zordur. 3D yazıcılarda farklı hammaddeler birlikte kullanılabilir ve karıştırılabilir. Bu özellik sayesinde eskiden elde edilemeyen, yeni karışımlar ile daha geniş bir malzeme paleti yaratılabilir, yeni malzeme özelliklerine sahip olunabilir.

 Ödüllü bisiklet üreticisi Trek için ürün geliştirme sürecinin her aşamasında kullandığı prototip üretimi hayati önemi sahip. Prototip üretimi için her yıl yaklaşık 275,000 $ bütçe ayırıyor ve genellikle geniş malzeme yelpazesi ve üstün yüzey kalitesine sahip olan Polyjet teknolojisini tercih ediyor. Polyjet teknolojisi ile Trek, prototiplerini eskiye kıyasla 4 kat daha hızlı üretiyor ve ürünlerini piyasaya daha kısa sürede sunabiliyor.

Azalan Teslim Süresi

İstenildiği zaman parça üretimi imkânı sunan 3D yazıcı teknolojileri, şirketlerin envanter stoklama ihtiyacını azaltır. Kişiselleştirilmiş, özel tasarıma sahip parça imalatı yapılabilir ve yeni hizmet çeşitleri yaratmış olur. Tek bir sistem kullanılarak farklı şekillerde ve ölçülerde parçalar üretebilme özelliği, üretim sürecini ölçek ekonomisi paradigmasından kapsam ekonomisi paradigmasına kaydırıyor.

Uluslararası bir firma olan Unilever, İtalya’daki fabrikalarında Polyjet teknolojisini üretim süreçlerine dahil ederek prototip parçalarının üretim süresini %40 azalttı. 3D baskı teknolojisini enjeksiyon kalıplama ile birleştirerek, fonksiyonel testler ve tüketici testler için prototip üretim sürecini, geleneksel imalat yöntemlerine kıyasla daha az maliyet ile daha kısa sürede üretti.

Unilever, fonksiyonel testler ve tüketici testleri için gereken prototip parçalarını Polyjet teknolojisi ile özgürce tasarlayabilir ve üretebilir. Geleneksel imalat yöntemlerinde haftalar sürecek olan üretim sürecini bir güne indirebilir. Üretimde yaşanan gecikmelerden kaynaklanan teslim tarihi ötelemelerinin önüne geçebilir ve değişiklik gereken durumlarda maliyeti arttırmadan değişiklik yapabilir. 3D baskı teknolojisi sayesinde saatler içerisinde yinelemeler yapılabilir ve yapılan değişikler ile ürün en iyi hale getirilebilir.

3D Baskı ile Klonlama

Müzik dosyalarını hiçbir kalite kaybı yaşamadan kopyalanabildiği gibi, 3D baskı teknolojileri ile geçmişten günümüze gelen objeler dijital hassasiyet ile birebir kopyalanabilir.

Japonya’daki Yagamata Prefectural Müzesi, 3D baskı teknolojilerini kullanarak 4500 yıllık ulusal hazinelerinden el yapımı olan ve çok sayıda ince karmaşık detaya sahip Jomon Tanrıçası’nın birebir kopyalarını üretti. Üretilen bu kopyalar sayesinde hem müze dikkatleri üstüne çekti hem de ziyaretçiler tarihi daha iyi öğrenebildi, keşfedebildi ve tarihe dokunabildi.

3D baskı ile kopyalan parçalar; araştırmacılara, bilim insanlarına ve halka tarihi eserlere ulaşma imkânı sağlıyor. Bu parçalar; tekrar tekrar üretilip satılabilir ve aynı zamanda çeşitli etkinliklerde, sergilerde kullanılabilir.

3D Baskı Teknolojisi ile Gelecek Nasıl Kolaylaşacak?

Gelecekte 3D baskı, hızlı bir prototipleme yöntemi olmaktan çok son kullanıcı parçalarının üretimi için seri üretim yöntemi haline gelecek. Bu dönüşüm, bazı sektörler için çoktan gerçekleşti ve 3D baskı teknolojisi ile seri parça üretimi, katmanlı imalat pazarının nerdeyse üçte birine ulaştı.

Bu dönüşüme bir kanıt olarak; NASA, 2015 yılında uzaya gönderilen uydularının parça üretimi için 3D baskı teknolojilerini tercih etti ve Airbus A350 XWB uçak parçalarının üretimi için 3D yazıcılar kullanılıyor.