3Eksen Köprülü Frezeden, 3D Yazıcı Olur mu ?


3D yazıcı yapma sevdası elektronik sebepleden yarıda kalınca bizde kendimizden birşeyler yapmaya çalıştık 🙂
Makine II projesi olarak da Makine I’in devamı olarak ” Hızlı Prototipleme Teknolojilerinin Tıp Sektöründeki Yeri” adlı projeyi aldık ve tıp alanında bu yöntemle inanılmaz tedavilerin yapıldığını öğrendik. Bu çok uzun ve detaylı bir sadece kısa bir örnek vereyim. Çene kemiği kırılan bir insana özel yöntemlerle tasarlanmış ve üretilmiş bir protez imalatı bu yöntemle gayet mümkün.
Peki biz ne yaptık yine bu projeye makine mühendisliği anlamında. Projeyi aldığım hocam, daha önceli yıllarda proje olarak 3 eksen bir freze yapmış. Bende hocam bu frezeden 3D yazıcı yapalım, ben bir mekanizma tasarlayım deyince kabul ette sağolsun. Amacım, 3 eksen köprülü bir frezeye uygun bir mekanizma tasarlayarak 3D yazıcı yapmaktır. Bu da şöyle mümkün.

Bir başka hızlı prototipleme yöntemi olan. FDM ( Harç Yığma ) Tekniğine dayalı bir mekanizma olacak. Sıvı hale getirilen plastik malzeme, katman katman 3D modeli yazdıracak ve model ortaya çıkacak. Mekanizma şöyle çalışıyor; bir hazne içerisinde bu yöntem için özel olarak kullanılan plastik malzeme eritiliyor ve bir tapa yardımıyla uç kısımdan dışarı itiliyor. Bu esnada bilgisayar taradından belirlenen koordinatlarda hareket eden freze başlığı hareket ettiriyor ve katmanlar yazdırılmış oluyor.

Bu başlık sadece belirtilen frezeye uygun olarak tasarlanmıştır.

Solidworks 3D Model  _ Hareket etüdü bölmünde Play’a tıklayarak yay simülasyonunu izleyebilirsiniz…

Bu slayt gösterisi için JavaScript gerekir.

Reklamlar

Solidworks Model – 3D Yazıcı


Dediğim gibi 3. sınıf 2. dönemde makine I projesi olarka almıştım. Çizimde hatalar, proje anlatımında yanlışlıklar olabilir. Kontol etmedim yayınlarken. Kusuruma bakmayın lütfen. Sonuçta bunları inceleyenlerin birçoğu da makine mühendisi arkadaşlar olacak. Solidwork’te iyi değildim o zamanlar bazı eksikler var montaj dosyasında. Yine de merak eden ve Solidworkste kendini geliştirmek isteyen arkadaşlar için tüm partlarıyla beraber paylaşıyorum.

Bu slayt gösterisi için JavaScript gerekir.

Solidworks –  3D Model

Tasarım hazırlıkları – 3D Yazıcı


Proje olarak 3D yazıcı tasarımının alınmasından sonra hemen konu hakkında detaylı bir araştırma yaptım. Bu konuda türkçe kaynak bulmak çok zor. Türkiye’de yeni gelişen bir sektör konumunda. Bu nedenle araştırma ve kaynak bulmak zor. Yabancı sitelerde de genelde kişisel bloglarda paylaşılan kişisel projeler vardı. Tabi youtube videolarını da unutmamak lazım. Bu youtube inanılmaz bir video kütüphane, yeterki aramayı doğru yapın …

Araştırma yaparken Brezilya’lı birinin bloguna rastladım. ( http://homemade3dprinter.blogspot.com/ ) Burada, ev ve ofislerde kullanılan klasik mürekkep püskürtleli bir yazıcının 3 boyutlu bir yazıcıya dönüştürülmesinden bajsediyordu. Yazı çok ilgimi çekti gerçekten de Lexmark Z12 model bir mürekkep püskürtmeli yazıcıdan 3 boyutlu bir yazıcı yapılmıştı. Bunu bende yapmalıyım dedim kendi kendime ve projeyi incelemeye başladım.

Yazıcının çalışma prensibi kısaca şöyle; Hızlı Prototipleme Yöntemleri adlı yazımda çeşitli hızlı prototipleme teknolojilerinden bahsetmiştim. Orada SLS ( Toz Bağlama ) tekniğinden de bahsediyorduk. Toz bağlama tekniğinde çok küçük partiküller halinde bulunan plastik toz, yüzeye ince bir katman oluşturacak şekilde serilir, bu yüzeye lazer ışınlarının belirlenen koordinatlarda ilerlemesi sağlanarak, toz katmanı üzerine lazer ışınları gönderilir. Lazer ışınlarının değdiği noktalardaki plastik toz zerrecikleri lazerin etkisile eriyerek birbirine yapıştırılır. 3D modelin bir katmanı böylece oluşturulmuş olur. Daha sonra aynı yüzeyin üzerine tekrar aynı kalınlıkta plastik toz serilir, lazer belirlenen koordinatlarda hareket ederek plastik zerreleri birleştirir. 3D modeli oluşturan tüm katmanlar tek tek işlenerek model tamamlanır. Daha sonra toz içerisinden model çıkartılır. ( Buraya kadar anlatılanları tam olarak anlamak için ilk önce Hızlı Prototipleme Teknolojileri yazısını okumanızı tavsiye ederim.)

O blogda da bu yöntem klasik bir yazıcıya şu şekilde uygulanmış;
Plastik toz yerine, alçı tozu kullanılmış. Alçı taneciklerini de birbirine yapıştırmak için lazer yerine yazıcı kartuşunun içindeki mürekkep haznesine özel bir yapıştırıcı doldurulmuş. Geriye kalan temel yazdırma prensibi aynı. Alçı tozu ince bir katman halinde yüzeye serilmiş ve yazıcıda yazdırma işlemi başlatılmış. Yazıcı modeli oluşturan bir katmanı yazı yazar gibi yazarak alçı tozu üzerine yapıştırıcı püskürterek tanecikleri birbirine yapışmasını sağlamış. Biraz kafa karıştırıcı ama bu videoyu izleyerek çok daha iyi anlayabilirsiniz.  ( HM3DP )

Evet şimdi sıra geldi detaylara    …

Hızlı Prototipleme Teknolojileri


Proje tezinde bu konuları biraz daha detaylı anlatmıştık. Burada kısa bir bilgi paylaşımı yapalım. ______________________________________________________________________________________________

1- Harç Yığma – Püskürterek ( Polyjet )
Polyjet, hassas, detaylı ve üstün yüzey kalitesine sahip prototiplerin çok hızlı üretimine olanak tanıyan bir tekniktir. Bu teknoloji ile üretilen prototiplerin oldukça geniş bir uygulama alanı vardır. Tekniğin en önemli 16 mikron kalınlığında katmanlarla çalışılabilmesidir. Bu özellik diğer yöntemlere göre en hassas ölçülerin ve yüzey kalitesinin elde edilmesine olanak tanımaktadır. Tekniğin bir başka avantajı ise sunulan malzeme spektrumudur. Fullcure, vero ve tango serisindeki malzemeler, yarı şeffaf, esnek, mukavim, fonksiyonel prototip ihtiyaçlarına cevap verebilmektedirler. Bu yöntem ile üretilen prototipler kolaylıkla post-proseslere girebilir, yüzey iyileştirme (zımpara, macun, boya vb.) işlemleri görebilir ve yapıştırılabilirler.

Polyjet Uygulama Yöntemi

Bu teknikte oda sıcaklığında sıvı halde bulunan fotopolimer hammadde sekiz adet enjeksiyon kafası üzerindeki binlerce memeden püskürtülerek katmanların oluşması sağlanır ( plastik enjeksiyon makinalarındakine benzer bir yöntemle). Püskürtülen hammadde UltraViyole lambalar vasıtasıyla aynı anda dondurularak katılaştırılır. 16 mikron kalınlığındaki katmanlar bu şekilde teker teker oluşturularak prototip elde edilir.
Model havada asılı duramayacağı için boşluklar destek malzemesiyle aynı enjeksiyon yöntemi kullanılarak doldurulur. Bu destek malzemesi daha sonra suda çözdürülür ve fiziksel model elde edilir.

Bu teknolojide kullanılan malzemeler bu yönteme özgü fotopolimer reçinelerdir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri birbirlerinden farklılıklar gösterir ve ihtiyacınıza göre malzeme seçenekleri mevcuttur. Polyjet yöntemi ile üretilen bir prototip. Polyjet ile üretilen parçayı  tesviye etmeye gerek yok yüzeyler gayet temiz ve parlak çıkıyor.

2- Toz bağlama – Isıtarak  ( SLS )

Selective Lazer Sintering (SLS) teknolojisi ile prototip üretimidir. Selective Lazer Sintering teknolojisi, fonksiyonel testlere yönelik prototip üretimlerinden küçük serilerde parça üretimine kadar ürün geliştirme çemberinin her aşamasında kullanılabilmektedir.

SLS’ de Kullanılan Malzemeler

 

Plastik

  • PA 12 güzel – tasarım kalitesi tamamen işlevsel bileşenleri için ince poliamid. Mekanik ve termal kararlılık yüksek derecede.
  • PA 12 ince GF – ince, poliamid yüksek yoğunluklu dolu cam. Özellikle düz yüzeyli parçalar için, boyutsal doğruluk ve mükemmel mekanik özellikleri en yüksek derecesi. kitle bitirme ve siyah infiltrasyon için de.
  • Alumide – alüminyum dolu ince poliamid. Zaten test sırasında stres ve çok bileşenli, fonksiyonel bileşen montajlar için maruz kalmış bileşenler için.kitle bitirme ve siyah infiltrasyon için de.
  • Somos 201 – benzeri özellikleri kauçuk bir elastomerik plastik. Için esnek, siyah infiltrasyon dahil bükülebilir bileşenleri,
  • DuraForm EX – uzama at rüptürü yüksek olan bir çok ince, kompleks yapı birimleri poliamid siyah. Bu darbeye plastik polipropilen ve ABS azim vardı ve uygun hızla da trowalized prosedürleri üretim içindir.

Madenler

  • DirectMetal – bronz esaslı metal tozu. metal parçaların üretimi, karmaşık geometriler ve yüksek yüzey kalitesi ya da enjeksiyon kalıplı prototipleri ile fonksiyonel prototip örneğin için.
  • DirectSteel – çelik tabanlı metalik toz. çok dayanıklı enjeksiyon kalıp üretimi ve sınırlı-run enjeksiyon kalıpları için bile için.

Kum

  • Döküm kum – çok ince özel kum tedavi edildi.  İçin doğrudan, kalıp ve temiz yüzeyler ile çekirdek araçsız üretim, hatta karmaşık geometrileri ile.

Poliamid malzemesi ile yüksek mekanik ve ısıl dirence sahip fonksiyonel prototipler üretilir. Ayrıca, Poliamid tozunun cam partikülleri ile karıştırılması ile elde edilen malzeme (PA-GF) ile üretilen prototiplerin ısıl dayanımı arttırılabilmektedir. Özellikle yüksek ısıl dayanım gerektiren fonksiyonellik testlerinde bu malzeme kullanılmaktadır. Bu teknoloji ile üretilebilen bir diğer malzeme olan alumide ise, AL görünümlü, yüksek mekanik özelliklere sahip parça imalatında kullanılmaktadır.

SLS Uygulama Yöntemi

 

Selective Laser Sintering (SLS) teknolojisi, PoliAmid malzemeden katmanlar halinde üretim yapılan bir işlemdir. Yüzeye serilen toz malzeme CO2 lazer ışını ile birleştirilerek katmanlar halinde parça üretimi yapılır.
SLS teknolojisi de parçanın katman katman oluşturulduğu bir tekniktir. PoliAmid malzeme yaklaşık 50 µm çapındaki partiküllerden oluşan toz (pudra) halindedir. Bir katman kalınlığı kadar malzeme üretim haznesine serilince CO2 lazer ışını yüzeyi tarar ve üretilecek prototipin bu katmana karşılık gelen kısmını ihtiva edecek olan toz (pudra) partiküllerini birleştirir. Bu işlem sırasında tozun sıcaklık derecesi, malzemenin ergime noktasının üstüne çıkar ve partiküller ergiyerek birleşir. Bu işleme “sinterleme” adı verilir.

3 – Harç Yığma – Sıvayarak (FDM)

 FDM bir hızlı prototipleme teknolojisi olup termoplastik malzemelerden yüksek kalitede ürünler elde edilmesine olanak tanıyan bir yöntemdir.

FDM sisteminde prototipler mühendislik termoplastikleri olan ABS, ABSİ, Polikarbonat ve ABS malzemenin bileşeni olan PC/ABS, Policarbonat, PC-ISO ve Polifenilsulfondan üretilmektedir, son ürünlerin önemli bir kısmında da bu malzemeler kullanıldığı için, FDM sisteminde üretilen prototipler son ürünlerin özelliklerini oldukça iyi simüle edebilmekteyiz.

FDM Uygulama Yöntemi

Katı halde bulunan hammadde ısıtılarak sıvı hale getirilir. Sıvı haldeki hammadde ince uçlu bir memeden püskürtülür ve yüzeye ince bir tabaka halinde sıvanarak katmanların oluşması sağlanır. Püskürtülen hammadde daha sonra katılaşır ve cihazdan çıkarılır.  Polyjet teknolojisindeki gibi destek malzemeleri ile kurulan yapı daha sonra destek malzemelerinden ayrıştırıldıktan sonra fiziksel model elde edilir.Bu teknolojide ABS (acrylonitrile butadiene styrene) ve PC (polycarbonate) malzemeler kullanılarak prototip inşa edilir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri ürünlerde kullanılan malzemelerle aynıdır.

İşlem Aşamaları :

 

• BDT dosyası IGES tarafsız formatı kullanılarak makinaya aktarılır,

• Dosya NURBS tabanlı StrataSlice yazılımına getirilir,

• Burada düzenlemeler yapılabilir veya istenilen yüzey uyumu sağlanır,

• İstenilen tabaka kalınlıklarında dilimleme seçilir,

• Çıkış NC kodları(Belirli noktaların koordinatlarını içeren bir format) olarak alınır,

• 3D Modeler sistemi parçayı oluşturur.
Fused Deposition Modelling (FDM) prosesinde üç boyutlu nesneler doğrudan üç boyutlu CAD verisinden üretilirler. Sıcaklık kontrollü bir kafa vasıtası ile termoplastik malzeme katman katman makine üretim tablasına serilir.

FDM prosesi bir STL model dosyasının sistem yazılımına import edilmesi ile başlar. Bu model konumlandırılır ve matematiksel olarak 0,13mm ile 0,35 mm arasında değişen kalınlıklardaki katmanlar halinde dilimlenir. Parçanın pozisyonu ve geometrisine göre, gereken yerler için destek yapıları oluşturulur. Bu önizlemeden sonra ve kafanın izleyeceği yolların çıkarılması ile veri FDM makinesine gönderilir.

FDM Uygulama Alanları

 

FDM teknolojisi havacılık, otomotiv, dayanıklı tüketim malları, elektronik, oyuncak gibi çeşitli sektörlerde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Şimdilerde ise medikal modelleme, biyomedikal araştırmalar, plastik cerrahi, ortodonti ve mimari modellerde de bu teknoloji kullanılmaya başlanmıştır.

FDM ‘nin Avantajları

 

+ Hızlı ve ucuz maliyetli model üretimi.
+ Kararlı, yüksek kalitede prototipler oluşturabilme.
+ Fonksiyonel testlerde kullanılabilen prototipler
+ Form ve uygunluk testlerinde kullanılabilen prototipler
+ Zararlı olabilecek kimyasal malzeme, lazer ve sıvı polimer havuzu kullanılmaması.
+ İşlem sırasında ve sonrasında malzeme fazlalığı kalmaması, temizleme gereksinimi olmaması.
+ 600x500x600mm ölçülerine kadar dayanıklı parça üretim imkanı

4- Işıkla Kür – Tarayarak ( SLA )

             SLA (Stereolithography), plastik prototip üretimde yaygın olarak kullanılan hızlı prototipoleme tekniklerinden biridir. Stereolithography teknolojisiyle, epoksi reçine malzemelerden üretilen parçalar yüksek hassasiyet değerlerine sahiptir ve aynı zamanda neme karşı oldukça dayanıklıdırlar. Yüksek yüzey kalitesi ve hassasiyet değerleri bu teknolojiyi özellikle görsel uygulamalar için uygun kılmaktadır. Stereolithography tekniği ile üretilen prototiplere zımpara ve boya gibi ardıl işlemler kolaylıkla uygulanabilir. Ayrıca bu teknikle üretilen prototipler döküm teknolojilerinde kullanılmak üzere master model olarak kullanılabilmektedirler.

SLA Uygulama Yöntemi

Oda sıcaklığında sıvı halde bulunan fotopolimer hammadde küp şeklindeki inşa alanının içerisini doldurmuş durumdadır. Bu sıvı kütlesinin üzerine bir lazer kaynağından elde edilen ışık gönderilir. Işık kaynağı tabandan başlayarak yukarıya doğru malzemeyi tarayarak istenilen bölgelerin kürleşmesi sağlanarak prototip üretilir. Katılaşan parça daha sonra bu sıvının içerisinden çıkarılır ve henüz tam katılaşmamış olduğu için ikincil bir işleme tabi tutularak UltraViyole ışını altında katılaşması sağlanır. Bu teknolojide kullanılan malzemeler bu yönteme özgü fotopolimer malzemelerdir. İhtiyaca göre değişik özelliklerde malzeme elde etmek mümkündür. Olumsuz tarafta, sıvı malzemelerle çalışan dağınık ve parçalar genellikle sonrası ayrı bir fırında operasyon tedavi tamamlama ve tedavi cihazları gibi istikrar için gerekli olabilir.
Prototipleme Yöntemlerinin Pratik Karşılaştırılma Tablosu


Beraber hazırladığımız bu proje için arkadaşım Sinem Vildan Akannaç ‘a çok teşekkür ederim …

Kaynaklar:

[1]http:// www.kocaeli.abigem.org

[2]http:// www.plus90.com

 [3]http:// www.fkm-sintertechnik.de

 [4] http://www.3dprototype.com

[5] http://www.3dsystems.com

[6] http://www.mk-technology.c, Erişim tarihi;

[7] http:// www.dpt-fast.com

[8] http:// www.aytasarim.com

Hızlı Prototipleme Nedir ?


Hızlı Prototipleme

Hızlı prototipleme, bilgisayarda hazırlanan üç boyutlu CAD çizimlerinden direk olarak elle tutulur fiziksel modeller elde etmemizi sağlayan teknolojidir.  Hızlı prototipleme cihazları vasıtasıyla bilgisayarda çizimi yapılmış her türlü ürünün birebir modelini saatler içerisinde elde etme imkânı doğmuştur.  Hızlı prototipleme cihazları kendi içerisinde farklılıklar göstermekle beraber prensipleri aynıdır.  Bu yöntemde fiziksel modeller tabandan başlayarak katman katman yüzeylerin üst üste eklenmesiyle oluşturulur

Hızlı Prototiplemenin Amaçları

Hızlı prototipleme teknolojileri ürün geliştirme süreçlerinde yaşanan problemlere çözümler getirmektedir.  Bilgisayarda çizilen tasarımların seri üretime geçmeden önce prototiplerinin hazırlanması ve bu prototiplerin çeşitli testlerden geçmesi gerekmektedir.  Bu süreç geleneksel yöntemlerle yapıldığında günler hatta haftalarca sürebilir.  Hızlı prototipleme ile bu süreç saatler içerisinde gerçekleştirilir ve elde edilen prototipler hem görsel hem de fonksiyonel açıdan test edilebilirler.  Olası tasarım değişikliklerine bu prototipler üzerinden karar verilerek gerekli değişiklikler süratle uygulanır.

Hızlı Prototipleme ile Üretilen Parçalar

Bilgisayar çizimi olan herşeyi bu yöntem ile üretebilirsiniz. Parçaların hacmi, et kalınlığı veya formu bir sınırlama oluşturmaz. Malzeme konusunda ihtiyacınıza göre değişik malzemelerden değişik renklerde üretim yapmak mümkündür. Esnek veya rijid, şeffaf veya mat parçalar üretebilirsiniz. Parçalar istenildiğinde kolayca boyanabilir ve birebir ürün üzerinde de kullanılabilirler. Kesilebilir, zımparalanabilir ve birbirlerine yapıştırılabilirler. Isıya dayanımları değişken malzemelerden ihtiyacınıza uygun olanı seçebilirsiniz.

Hızlı Prototipleme ile Üretilen Parçaların Yararları

* Ürünün görsel kontrolü yapılır ve olası form hatalarını gözlemlenebilir.

* Birden fazla komponent içeren ürünlerin birbirlerine geçme detayları ve     parçaların uyumu kontrol edilebilir.

* Mekanizmaların çalışabilirliği test edilebilir.

* Çok parçalı bir montaj parçası tek seferde üretilip çalıştırılabilir.

* Prototip modelleri kalıp yapımında master model olarak kullanılabilir.

* Prototip modelleri hassas döküm işlemi için kullanılabilir.

3D Yazıcı Tasarımı


Hayal etmesi  bile güzel…

Makine bir projesi olarak aldığım; hızlı protipleme yöntemlerinde kullanılan 3D yazıcılar, ilk olarak okulumuzda Yrd. Dç. Ali Oral’ın düzenlediği mühendislik günlerinde karşıma çıkmıştı. Masanın üzerinde duran eğlenceli bir o kadar da karmaşık şeyleri görünce merak ettim ve standa doğru gittim. Plastik bir malzemeden yapılmış,  iç içe geçmiş birsürü dişlilerden oluşan birşey vardı. Dişlilerin birini çevirince hepsi birden dönüyordu. Ben daha ” Bu nasıl olur yaa, adamlar bunu nasıl yapmışlar? ” demeden tek parça halinde üretildiğini duyunca birden şaşırdım, kısaca beynim durdu.
( O zamanlar 2. sınıftaydım 🙂
Bu sağdaki resimdeki de tek parça halinde üretilmiş bir ürün. Okulda gördüğüm değil ama çok benziyor.
Bunun, nasıl tek parça halinde üretilebileceğini hayal edebiliyor musunuz?

O etkinlikten sonra Makine I projesinde sınıf arkadaşım Sinem’in Ali Hocadan hızlı prototipleme teknolojilerinin araştırılması ve 3D Yazıcı Tasarımı diye birşey aldığını duyunca hemen Sinem’le görüştüm ve projeye ortak oldum. Sinemle beraber Hızlı Prototipleme sistemlerinin araştırılması ve 3D Yazıcı Tasarımı adlı projeye beraber almış olduk.
Burada Makine I ve II ‘ de tasarladığım iki farklı makineyi size tanıtacağım. Hem bu teknik hakkında araştırma yapan arkadaşlar açısından kaynak olacağı düşüncesindeyim.
Bu nedenle önce ” Hızlı prototipleme nedir? ” den başlayalım.