3D Yazıcı Nedir, Nasıl Çalışır? Atölyeden Anlatım

3D yazıcı, bilgisayardaki üç boyutlu bir modeli, malzemeyi katman katman üst üste ekleyerek gerçek bir nesneye dönüştüren makinedir. Bu yüzden 3D baskıya "eklemeli üretim" de denir: bir bloğu oyarak değil, boş bir tablaya malzeme ekleyerek şekil kurar (Vikipedi, 3D printing). Evlerde ve küçük atölyelerde en yaygın tür, plastik bir teli eritip ince bir çizgi hâlinde döşeyen filamentli (FDM) yazıcılardır.

Biz de Antalya'daki atölyemizde anahtarlıklarımızı, figürlerimizi ve masa eşyalarımızı 3D yazıcılarla, PLA malzemeden üretiyoruz. Aşağıda bu tür bir yazıcının nasıl çalıştığını adım adım anlatıyoruz.

3D yazıcı ne işe yarar?

Kısaca, bilgisayarda tasarlanan bir şekli eline alabileceğin bir nesneye çevirir. 1980'lerde 3D baskı yalnızca prototip yapmak için uygun görülüyordu; o yüzden ona "hızlı prototipleme" deniyordu. Bugün hassasiyeti ve malzeme çeşitliliği öyle arttı ki bazı 3D baskı yöntemleri endüstriyel üretim için de kullanılıyor (Vikipedi, 3D printing).

En büyük avantajı, elle ya da geleneksel yöntemlerle yapılması çok zor şekilleri üretebilmesi: içi boş parçalar, ağırlığı azaltan iç kafes yapıları gibi (Vikipedi, 3D printing). Kalıp gerektirmediği için az sayıda ve çok çeşitli ürün yapmak da mümkün.

Filamentli (FDM) 3D yazıcı nasıl çalışır?

Bu yöntemin teknik adı "eriyik filament üretimi" (FFF); "FDM" (fused deposition modeling) adı ise bir şirketin tescilli markası olduğu için iki ad birlikte kullanılıyor (Vikipedi, Fused filament fabrication). Süreç dört adımda özetlenebilir.

1. Dijital model

Her şey bilgisayarda başlar. Nesne bir 3D tasarım programında modellenir ya da hazır bir model dosyası kullanılır. Bu dosya nesnenin yüzeyini tarif eder ama yazıcıya henüz nasıl basılacağını söylemez.

2. Dilimleme

"Dilimleyici" (slicer) denen bir program, modeli yatay olarak yüzlerce ince katmana böler ve yazıcı kafasının her katmanda izleyeceği yolu hesaplar. Çıktı, G-code denen bir komut dosyasıdır: "şu noktaya git, şu kadar malzeme ver, bir katman yukarı çık" gibi binlerce satır talimat (Vikipedi, Fused filament fabrication).

Dilimleme aşamasında nesnenin içinin ne kadar dolu olacağı, katmanların ne kadar ince olacağı ve havada kalan kısımlar için destek gerekip gerekmediği gibi kararlar verilir.

3. Eritme ve döşeme

Filament, makaraya sarılı ince bir plastik teldir. Yazıcının ekstruder denen parçasının "soğuk ucu" teli çarklarla makaradan çeker ve "sıcak uca" iter. Sıcak uçta ısıtılan bir meme (nozul), plastiği eritir ve ince bir şerit hâlinde dışarı verir (Vikipedi, Fused filament fabrication).

Meme tablanın üzerinde hareket ederken eriyik plastik çizgisi, altındaki katmana ya da tablaya değdiği anda hızla katılaşır. Bir katman bitince tabla ya da kafa küçük bir mesafe hareket eder ve bir sonraki katman başlar.

4. Katman katman yükselme

Nesne alttan yukarı doğru, kat kat büyür. 3D baskı ürünlere yakından baktığında gördüğün ince yatay çizgiler bu katmanlardır. Katmanlar ne kadar inceyse yüzey o kadar pürüzsüz olur ama baskı o kadar uzun sürer.

3D yazıcı neden bazı şekilleri basamaz?

FDM yazıcılar küçük çıkıntıları alt katmanların desteğiyle basabilir, ama havada sarkan büyük yüzeyleri ve aşağı doğru sarkan sarkıt benzeri şekilleri desteksiz basamaz (Vikipedi, Fused filament fabrication). Bu durumda dilimleyici, baskıdan sonra koparılıp atılan geçici "destek" yapıları ekler. Tasarımcılar da çoğu zaman parçayı, destek ihtiyacını azaltacak bir açıyla tasarlar.

3D yazıcı hangi malzemeleri kullanır?

Filamentli yazıcılarda en yaygın malzemeler PLA, PETG, ABS ve esnek TPU'dur (Vikipedi, Fused filament fabrication). Bunların arasında PLA, düşük erime sıcaklığı, yüksek dayanımı, düşük ısıl genleşmesi ve iyi katman yapışması sayesinde FDM yazıcılarda en çok kullanılan filamenttir; mısır, şeker kamışı gibi bitkilerden elde edilen fermente nişastadan üretilir (Vikipedi, Polylactic acid).

Atölyemizde ürünlerimizi PLA ile basıyoruz. Malzemenin özelliklerini, güneşe ve sıcağa dayanıklılığını PLA nedir yazımızda we explained.

Başka 3D baskı yöntemleri neler?

FDM tek yöntem değil. Bilinen bir alternatif:

• Toz sinterleme (SLS): Bir lazer, genellikle naylon olan toz malzemeyi noktadan noktaya eritip birbirine bağlar. 1980'lerin ortasında Teksas Üniversitesi'nde geliştirildi (Vikipedi, Selective laser sintering). Parçayı çevreleyen erimemiş toz destek görevi gördüğü için ayrı destek yapısı gerekmez; ama ev kullanımı için genellikle fazla pahalı ve riskli bulunur.

FDM'nin evlerde ve küçük atölyelerde yaygınlaşmasının ana sebepleri görece düşük maliyeti ve kolay kullanımı (Vikipedi, Fused filament fabrication).

3D yazıcı ne zaman icat edildi?

FDM yöntemi 1988'de Stratasys'in kurucularından S. Scott Crump tarafından geliştirildi. Teknolojinin patenti 2009'da sona erdi; bundan sonra açık kaynaklı RepRap gibi projeler ve çok sayıda yeni üretici ortaya çıktı. Vikipedi, bu teknolojinin ortaya çıkışından bu yana fiyatlarda yaşanan yüz kat mertebesindeki düşüşü patentin bitmesine bağlıyor (Vikipedi, Fused filament fabrication). Bugün evlerde, okullarda ve küçük atölyelerde 3D yazıcı görmemizin arkasında büyük ölçüde bu gelişme var.

Evde 3D yazıcı kullanırken nelere dikkat etmeli?

Filamentli yazıcılar çalışırken uçucu organik bileşikler ve çok küçük partiküller salar. Kaynaklar, yazıcının iyi havalandırılan bir yerde çalıştırılmasını ve yatak odası ya da oturma odası gibi çok vakit geçirilen yerlere konmamasını öneriyor (Vikipedi, Fused filament fabrication). Sıcak meme ve ısıtılan tabla yanık riski taşıdığı için çocukların yazıcıya yalnız başına dokunmaması da önemli.

3D baskı bir ürünü nasıl tanırsın?

• Yüzeyde yakından bakınca görülen ince yatay çizgiler (katmanlar).
• Aynı modelin farklı renklerde, küçük doku farklarıyla gelmesi.
• Karmaşık, ayrıntılı şekiller ve hareketli eklemli figürler.

Atölyemizde ürettiğimiz eklemli dinozor iskeletleri, karanlıkta parlayan iskelet anahtarlık ya da deniz kabuğu biçimli takı düzenleyici bu tür ürünlere örnek. Ürünlerimizi figür ve oyuncak kategorisinde görebilirsin.