Endüstriyel alanlarda sürekli bir kalite artışı ve hassasiyet gerektiren işler vardır. Bu işler genellikle havacılık ve uzay sanayisi gibi çok daha pahalı ve önemli işlerin olduğu yerlerdir. Günümüzde kompleks parçaları imal etmek için birçok yöntem var ama bunlar hem daha fazla işçilik hem de zaman gerektirmekte ayrıca ortaya çıkan sonuç için hassasiyet kavramı da tartışılmakta. Fakat tüm bu sorunlar için yeni geliştirilen bir yöntem olan katmanlı imalat yada eklemeli imalat İngilizce orijinal adıyla addictive manufacturing, tüm bu sorunları ortadan kaldırıyor gibi gözükmekte… Bu yazımızda sizlere katmanlı imalat nedir, ne şekil olmakta, avantajları nelerdir gibi birçok açıdan konuyu anlatmaya çalışacağız. O zaman hiç vakit kaybetmeden konuya giriş yapalım…
Katmanlı İmalat Nedir?
Katmanlı imalat (additive manufacturing), günümüzde giderek yaygınlaşan, ürün tasarımından üretimine kadar birçok alanda kullanılan bir teknolojidir. Bu teknolojinin temel prensibi, katman katman malzeme ekleyerek 3D nesnelerin üretilmesidir, bir nevi 3D yazıcılar gibi fakat tek fark burada plastik malzeme yerine metalin kullanılıyor olması.
Ürün tasarımında, katmanlı imalat teknolojisi sayesinde tasarımcılar daha kapsamlı, daha karmaşık ve daha hızlı prototip üretebilirler. Özellikle otomotiv, havacılık ve savunma sanayi gibi sektörlerde, ürünlerin daha hızlı ve daha ucuz bir şekilde prototipinin yapılması oldukça önemlidir. Katmanlı imalat bu ihtiyacı karşılamak için ideal bir teknolojidir.
Katmanlı imalatın bir diğer avantajı da, üretim sırasında malzeme israfının minimize edilmesidir. Geleneksel imalat yöntemlerinde, fazla malzemeler atık olarak ortaya çıkarken, katmanlı imalatta ise sadece gerekli olan malzeme kullanılır ve geriye hiçbir atık kalmaz. Bu sayede hem çevresel açıdan daha dost bir üretim yapılabilir hem de maliyetler düşürülebilir.
Katmanlı imalatın en çok kullanıldığı sektörlerden biri de sağlık sektörüdür. Özellikle dental implantlar, protezler, kulaklık gibi kişiye özel ürünlerin üretiminde katmanlı imalatın kullanımı oldukça yaygındır. Bu sayede, hasta rahatlığı için özel olarak tasarlanmış ve üretilmiş ürünlerin kullanımı mümkün hale gelmektedir.
Ayrıca, uzay araştırmalarında da katmanlı imalattan yararlanılmaktadır. Uzay araştırmalarında, herhangi bir parçanın Dünya’dan gönderilmesi oldukça maliyetlidir. Bu nedenle, uzay aracı parçalarının üretimi ve geliştirilmesinde katmanlı imalat teknolojisi kullanılabilir. Böylece, uzay araştırmalarında kullanılan parçalar daha hızlı ve daha ucuz bir şekilde üretilebilir.
Ancak, katmanlı imalatın bazı dezavantajları da bulunmaktadır. Özellikle, büyük boyutlu nesnelerin üretimi oldukça zaman alabilir. Ayrıca, bazı malzemelerin katmanlı imalatta kullanımı henüz mümkün olmayabilir. Bunun yanı sıra, katmanlı imalat ürünleri, geleneksel üretim yöntemlerine göre daha az dayanıklı olabilir.
Katmanlı imalat teknolojisinin geleceği ise oldukça parlak görünüyor. Özellikle, yeni malzemelerin keşfi ve katmanlı imalatın hızını artıran yeni teknolojilerin geliştirilmesi sayesinde, katmanlı imalatın kullanım alanı daha da genişleyecektir. Ayrıca, bugünlerde 3D yazıcılar evlere kadar gelmiş durumda ve birçok kişi hobileri için bile bu teknolojiyi kullanabiliyor.
Katmanlı imalat teknolojisi günümüzde birçok sektörde yaygın şekilde kullanılmaktadır. Özellikle tasarım ve prototip üretimi, sağlık sektörü, uzay araştırmaları ve otomotiv, havacılık gibi sektörlerde sıklıkla kullanılan bu teknoloji, atık malzeme oluşumunu en aza indirmesi ve çevreye dost bir yöntem olması nedeniyle oldukça önemlidir. Ancak, bazı dezavantajlarına rağmen, gelecekte katmanlı imalatın kullanım alanının daha da genişleyeceği öngörülmektedir.
Özellikle, yeni malzemelerin keşfi ve katmanlı imalat teknolojisinin iyileştirilmesi sayesinde, üretim sürecinin daha hızlı, daha verimli ve daha ekonomik hale getirilmesi mümkün olacaktır. Bu sayede, daha büyük boyutlu nesnelerin üretimi de daha kısa sürede gerçekleştirilebilecektir.
Ayrıca, katmanlı imalatın kullanım alanlarından biri de eğitim sektörüdür. Özellikle, mühendislik, tasarım ve mimarlık gibi alanlarda, öğrencilerin katmanlı imalat teknolojisini öğrenip uygulaması oldukça önemlidir. Bu sayede, öğrenciler daha somut ve gerçekçi projeler yapabilirler.
Katmanlı imalat teknolojisi gün geçtikçe daha yaygın hale geliyor ve birçok sektörde fayda sağlıyor. Ürün tasarımından üretimine kadar birçok alanda kullanılabilen bu teknoloji, daha çevre dostu, daha ekonomik ve daha hızlı bir üretim yöntemi sunuyor. Yeni teknolojik gelişmelerle birlikte, katmanlı imalatın kullanım alanının daha da genişleyeceği ve gelecekte daha yaygın hale geleceği öngörülüyor.
Katmanlı İmalat Yöntemleri Nelerdir
Katmanlı imalat teknolojisi, farklı malzemelerin kullanımına uygun olarak çeşitli yöntemlerle uygulanabilir. Örneğin, plastik ve benzeri maddelerden oluşan nesneler Fused Deposition Modeling (FDM), Stereo Lithography (SLA) ve Selective Laser Sintering (SLS) gibi yöntemlerle üretilebilirken, metal parçalar ise Direct Metal Laser Sintering (DMLS) veya Electron Beam Melting (EBM) gibi daha sofistike yöntemlerle üretilmektedir.
Direct Metal Laser Sintering (DMLS), üç boyutlu metal parçaların üretimi için kullanılan bir katmanlı imalat yöntemidir. Bu yöntemde, yüksek yoğunluklu lazerler kullanarak pülverize metal tozları sinterlenerek birbirine bağlanır ve istenen şekil verilir.
DMLS yöntemi, özellikle karmaşık geometrili parçaların üretimi için idealdir ve geleneksel üretim yöntemlerine göre daha hızlı ve verimli bir üretim süreci sunar. Ayrıca, özel tasarım ve prototip üretiminde de kullanılabilir.
Bu teknolojide, üretilecek parça bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı ile tasarlanır ve bu tasarım DMLS cihazına yüklenir. Daha sonra, lazer ısısı kontrollü bir şekilde toz malzeme üzerinde hareket ettirilir ve katmanlar halinde toz malzemeleri birleştirilerek nesne oluşturulur. Bu işlem sayesinde, hassas geometrilerin yanı sıra delikler, kanallar ve iç boşluklar gibi farklı niteliklerdeki parçalar da üretilebilir.
DMLS yöntemi genellikle titanyum, alüminyum veya paslanmaz çelik gibi yüksek dayanım gerektiren metaller için kullanılır. Bu yöntemin avantajları arasında, zaman ve maliyet tasarrufu, daha hızlı prototip üretimi, tamamen özelleştirilmiş parçaların üretimi ve daha az atık üretimi yer almaktadır.
DMLS yöntemi aynı zamanda, geleneksel imalat yöntemlerine göre daha hassas sonuçlar elde ettiği için havacılık, uzay endüstrisi, tıbbi cihazlar ve otomotiv gibi sektörlerde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Electron Beam Melting (EBM), yüksek yoğunluklu elektron ışınları kullanarak üç boyutlu metal parçaların üretimi için kullanılan bir katmanlı imalat teknolojisidir. Bu yöntem, özellikle tamamen özelleştirilmiş ve karmaşık geometrili parçaların üretiminde oldukça etkilidir.
EBM yönteminde, üretilecek parça bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı ile tasarlanır ve bu tasarım EBM cihazına yüklenir. Daha sonra, yüksek yoğunluklu elektron ışınları malzemeyi eriterek istenen şekilleri oluşturur. Parça, genellikle metal tozlarının sinterlenmesiyle üretilir ve her katman, önceki tabakalar üzerine eklenerek istenen kalınlığa ulaşılır.
EBM prosesi, yüksek hassasiyet dereceleri ve ince detay yapılandırması sağlayarak, üretim sürecinde hız ve doğruluk avantajları sunar. Ayrıca, geleneksel üretim yöntemlerine göre daha az atık üretir ve prototip üretimi için de idealdir.
EBM yöntemi, titanyum, nikel bazlı alaşımlar ve kobalt-krom gibi yüksek dayanıklılık gerektiren malzemelerin üretimi için kullanılır. Bu yöntemin avantajları arasında daha az işlem adımı, daha hızlı prototip üretimi, daha az malzeme kaybı ve daha hassas geometrilerin üretimi yer almaktadır.
EBM yöntemi, özellikle havacılık, savunma, tıbbi cihazlar ve uzay endüstrisi gibi yüksek teknolojili sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, başlangıç maliyeti diğer geleneksel üretim yöntemlerine göre daha yüksek olabilir ve üretim sürecindeki malzeme özellikleri ve sınırlamalar da dikkate alınması gerekmektedir.
Dünyada Katmanlı İmalat Makinesi Üreticileri
Katmanlı imalat teknolojisi giderek yaygınlaştıkça, dünya genelinde birçok ülke ve şirket bu alanda katmanlı imalat makinesi üretmektedir. İşte bazı örnekler:
- ABD: Stratasys, 3D Systems, Markforged, HP
- Stratasys: Endüstriyel ve masaüstü 3D yazıcılarının yanı sıra farklı malzemeler için özel tasarlanmış yazıcılar sunar.
- 3D Systems: Katmanlı imalat için geniş bir yazıcı yelpazesi sunar ve ayrıca metal tozlarından parçaların üretimi için Direct Metal Printing (DMP) adlı bir teknoloji de geliştirmiştir.
- Markforged: Çeşitli endüstriler için özel olarak tasarlanmış 3D yazıcılar sunar ve karbon fiber takviyeli plastikleri kullanarak dayanıklı parçaların üretimi için benzersiz bir teknoloji sağlar.
- HP: Masaüstü 3D yazıcılarından endüstriyel boyutlu yazıcılara kadar çeşitli seçenekler sunar.
- Almanya: EOS, Concept Laser (GE Additive), SLM Solutions
- EOS: Metal, polimer ve seramikler için endüstriyel büyüklükte 3D yazıcılar sunar.
- Concept Laser: GE Additive tarafından satın alınan şirket, özellikle metal tozlarından parçaların üretimi için geliştirilen LaserCUSING adlı bir teknoloji sunar.
- SLM Solutions: Metal tozlarından parçaların üretimi için endüstriyel boyutlu 3D yazıcılar sunar.
- İsrail: XJet
- XJet: Seramik ve metal malzemelerin üretimi için NanoParticle Jetting (NPJ) adında bir teknoloji sunar.
- Çin: UnionTech, Farsoon
- UnionTech: Polimer malzemeler için masaüstü 3D yazıcılar sunar.
- Farsoon: Endüstriyel büyüklükte metal ve polimer 3D yazıcılar sunar.
- Japonya: Optomec, Matsuura Machinery
- Optomec: Elektronik bileşenlerin üretimi ve tamirinde kullanılan aerosol jet 3D yazıcıları sunar.
- Matsuura Machinery: Endüstriyel boyutlu metal 3D yazıcılar sunar.
- Güney Kore: Sindoh, Carima
- Sindoh: Masaüstü boyutlu FDM (Fused Deposition Modeling) teknolojisi ile çalışan 3D yazıcılar sunar.
- Carima: Stereolitografi (SLA) tekniği ile çalışan endüstriyel boyutlu 3D yazıcılar sunar.
- Birleşik Krallık: Renishaw, Xaar
- Renishaw: Endüstriyel büyüklükte metal parça üretimi için DMLS (Direct Metal Laser Sintering) yöntemiyle çalışan 3D yazıcılar sunar.
- Xaar: Seramik malzemelerin üretimi için endüstriyel boyutlu 3D yazıcılar sunar.
- Kanada: AON3D, Creaform
- AON3D: Polimer malzemelerin üretimi için endüstriyel boyutlu 3D yazıcılar sunar.
- Creaform: Taşınabilir ve endüstriyel boyutlu 3D tarama sistemleri sunar.
Bu şirketlerin yanı sıra, İtalya, Fransa, İspanya, İsviçre, Singapur, Avustralya ve diğer ülkeler de katmanlı imalat teknolojisi alanında faaliyet gösteren birçok şirkete ev sahipliği yapmaktadır.
Türkiye’de de katmanlı imalat teknolojisi giderek yaygınlaşmakta ve birkaç şirket bu alanda üretim yapmaktadır. İşte bazı örnekler:
- 3Dörtgen: Türkiye’nin ilk 3D yazıcı üreticisi olan 3Dörtgen, polimer malzemeler için masaüstü boyutlu 3D yazıcılar sunar.
- Aycan: Endüstriyel büyüklükte metal parça üretimi için DMLS (Direct Metal Laser Sintering) yöntemiyle çalışan 3D yazıcılar sunar.
- Ermaksan: Endüstriyel büyüklükte metal parça üretimi için DMLS (Direct Metal Laser Sintering) yöntemiyle çalışan 3D yazıcılara sahiptir.
- Formlabs Turkey: Masaüstü boyutlu stereolitografi (SLA) teknolojisi ile çalışan 3D yazıcılar sunar.
Bu şirketler farklı özelliklere ve teknolojilere sahip olsa da, hepsi de Türk müşterilerine yüksek kaliteli ve yenilikçi çözümler sunmayı amaçlamaktadır. Ayrıca, Türkiye’deki diğer 3D baskı hizmet sağlayıcıları da, müşterilerine prototip üretimi, seri üretim veya kişiselleştirilmiş parça üretimi gibi hizmetler sunmaktadır.