Kendi kendini kopyalayan yazıcılar, bilgisayar çizimlerinden nesneler mi oluşturuyor? Bilim kurgu değil, üretimde devrim yaratacak bir gerçeklik
Düşünmeseniz de 1986 çok önemli bir yıldı. Londra Menkul Kıymetler Borsası'nın kuralsızlaştırılması, para hakkındaki düşüncelerimizi değiştirdi; Çernobil, nükleer enerji hakkındaki düşüncelerimizi değiştirdi; Top Gun, film müzikleri hakkındaki düşüncelerimizi değiştirdi ve dikkatli olanlar için, Chuck Hull adındaki Amerikalı bir beyefendi, üretim hakkındaki düşüncelerimizi değiştirdi.
O yıl 11 Mart'ta (Roma'nın geleneksel kuruluşundan bu yana muhtemelen bir milyon gün sonra), Hull'a 4, 575, 330 numaralı ABD patenti verildi: "Stereolitografi ile Üç Boyutlu Nesnelerin Üretimi için Cihaz". Ve böylece 3D yazıcı doğdu.
3D baskı şirketi 3T RPD'nin satış müdürü Phil Kilburn, 'Her şeyi başlatan adam Chuck Hull'du. O sırada Xerox için çalışıyordu ve üç boyutlu sağlam bir model oluşturmak için mürekkepleri üst üste koyma fikrini buldu. Bu süreci aldı ve ilk 3D baskı şirketi olan 3D Systems'i kurdu.'
Başlangıçta
Hull'ın orijinal 3D yazıcısı, ultraviyole ışınlarına maruz kaldığında katılaşan bir sıvı fotopolimer teknesinin yüzeyine iki boyutlu bir şekil çizmek için bir ultraviyole ışık kullandı. Bu süreç, bir 3B nesne oluşturmak için 2B katmanlar oluşturarak tekrar tekrar gerçekleşir. 3D yazıcılarda kullanılan süreçler ve malzemeler o zamandan bu yana çok yol kat etmiş olsa da temeller aynı.
'Kullandığımız makineler artık lazer kullanıyor,' diyor 3T RPD'nin BT yöneticisi Martyn Harris. “İşlem son derece zekice, ancak temel biçiminde çok basit: biraz toz alın ve eritin. Bu nedenle makinelerimizde, yazıcı bölmesinde erime noktasının hemen altına kadar ısıtılan örneğin naylon gibi bir toz malzeme yatağınız vardır. Lazerler daha sonra toz üzerinde üretmek istediğiniz bileşenin iki boyutlu kesitlerini izleyerek her seferinde 2 boyutlu bir katmanı eritir. Bir katman izlendikten sonra, yazıcının yatağı, diyelim ki 120 mikron [0.12mm] aşağı iner, ardından bir yeniden kaplama kolu, üstüne başka bir toz malzeme tabakası yayar ve işlem, lazerlerin izlemesiyle yeniden başlar. sonraki katmandan çıkın.'
Bu işlem, yüksek sıcaklıklarda toz parçacıklarındaki atomların birbirine difüze olduğu ve katı bir parça haline geldiği 'sinterleme' yöntemine dayanır. Ancak bir lazeri sadece bir plastiğe yöneltmek ve kullanışlı bir nesnenin ortaya çıkmasını beklemek yeterli değildir.
'İlk yaptığınız şey, yapmak istediğiniz şeyin bir 3D CAD [bilgisayar destekli tasarım] modelini yapmak,' diyor Harris. Ardından, ısmarlama yazılımı kullanarak modelleri, yazıcı yatağının boyutunu yansıtan sanal bir 3B alana yerleştirirsiniz. Buradan, tüm dosyalarınızı STL'ye (stereolitografi veya üçgenlenmiş dosyalar) kaydedersiniz ve dosyaları hazır hale getirdiğinizde, temel olarak hepsini, oluşturduğunuz kalınlık ne olursa olsun dilimlersiniz. Tüm bu dilimlenmiş dosyalar yazıcıyı kontrol eden bilgisayara gönderilir ve ardından sadece go'ya basılması yeterlidir ve yazıcı bunu yazdıracaktır. İronik olarak, bu yazıcıların birçok parçası buradaki diğer yazıcılarda basılıyor, bu yüzden kendi kendini tekrar ediyor.'
Harris, son 13 yıldır 3T RPD ile ilgileniyor ve son olarak, plastik Garmin bağlantılarından titanyum zincir yakalayıcılara kadar ürünlerini 3T RPD'nin yazıcılarını kullanarak üreten bir bisiklet bileşeni şirketi olan Race Ware'ı kurdu.
'Bu işe girdim çünkü bir SRM işletiyorum ve bir çift Easton TT çubuğum var,' diyor Harris. 'Bir bar montajı aramaya gittiğimde, bulabildiğim tek şey korkunç bir adaptör kitiydi, bu yüzden kendim yapacağımı düşündüm. Kendim için bir tane yaparsam, başka birinin de isteyip istemediğini göreceğimi düşündüm, bu yüzden bir TT forumuna gittim ve etrafa sordum. Jason Swann adındaki bu adam bir Garmin istediğini söyledi ve bir CAD tasarımcısıydı, bu yüzden tasarımı bana verdi. İlk yinelemeden şu anda sattığımız sürüme geçmemiz yalnızca üç veya dört ayımızı aldı.'
Harris'in belirttiği gibi, 3D üretimle gelen en önemli gelişmelerden biri, ürünlerin üretilebildiği ve geliştirilebildiği hız ve kolaylıktır. Çizim tahtasından bitmiş ürüne kadar genel süreç, daha geleneksel yöntemlerle karşılaştırıldığında son derece hızlıdır - ancak oluşturma süreleri, yazdırılan ürünlerin karmaşıklığına ve sayısına bağlı olarak birkaç saatten yaklaşık bir haftaya kadar sürebilir.
Harris, 'Enjeksiyon kalıplama gibi diğer üretim süreçlerinden farklı olarak, 3D baskıda takım yok,' diyor Harris. 'Tek yapmam gereken CAD modelini oluşturmak, birkaç test çalışması yapmak, birkaç ince ayar yapmak ve sonra memnun kaldığımda yazdırmaya başlamak. İnsanlar kafalarını etrafında toplamakta zorlanıyorlar. Teslim süresinin ne olduğunu soruyorlar ve ben “İki ya da üç hafta” diye cevap verebilirim, oysa birisinin “Gelecek yılın dördüncü çeyreğine kadar hazır olur” demesine alışmışlar.'
Hızlı prototipleme
Elbette 3T RPD ve Race Ware yalnız değil; Şu anda 3D baskının avantajlarından yararlanan ve sınırları daha da zorlamak isteyen başka üreticiler ve endüstriler var. Audi, I, Robot filminde görünen RSQ konsept otomobilini yaratmak için 3D baskı robotlarını kullandı; Sauber gibi Formula 1 takımları arabalarında 3D baskılı fren kanalları kullanıyor ve son olarak Hollandalı mimarlık firması Dus Architects tüm evi 3D olarak basma planlarını duyurdu. Öyleyse, tüm bunlar mümkünse (evin "KarmerMaker" adlı altı metre yüksekliğindeki bir yazıcıda parçalar halinde inşa edileceği iddia ediliyor), bisikletlerin kendileri için ne gibi etkileri olabilir? Bildiğini sanan bir adam, Ridley bisikletlerinde araştırma ve geliştirme başkanı Dirk Van den Berk.
'Son iki veya üç yıldır, Noah Fast çatalının freni gibi küçük prototip bileşenleri basıyoruz,' diyor Van den Berk. "Ancak bu yıl [2013] ilk kez Dean TT bisikletimizin yeni versiyonunun geliştirilmesinin bir parçası olarak tam bir çerçeve bastık. Sürülecek veya stres testine tabi tutulacak kadar güçlü değil, ancak rüzgar tünelinde aero testi ve her şeyin uygun olduğunu görmek için gerçek bileşenlerle oluşturabileceğimiz montaj testi için harika.'
Race Ware'da olduğu gibi, hızlı prototipleme olarak bilinen bu özel 3D baskı türü, Ridley'nin değişiklikleri hızlı ve ucuza yapmasına olanak tanır. Dekan tünelde test etmek için tüp şekilleriyle başladı. Sonra tam çerçeveler yaptık. Bunları test ediyoruz, değerlendiriyoruz ve geri dönüp küçük değişiklikler yapıyoruz. Harika olan şey bu – küçük değişiklikler çok hızlı yapılabilir. Tek yapmanız gereken bir düğmeye basmak ve yazıcının yazdırmayı durdurmasını beklemek.
'Önceden bir çerçeve oluşturmak için bilgisayarları ve yazılımları kullanırdınız, ta ki yeşil ışık yaktığınız ve çerçeve üreticilerinin kalıpları kesmeye başladığı noktaya kadar. 3D baskı ucuz bir teknoloji olmasa da, kesinlikle bir kalıp açıp çerçevede yanlış bir şeyler görüp baştan başlamaktan daha ucuzdur, ' diye ekliyor Van de Berk.
Öyleyse, 3T RPD gibi şirketler metal üzerine baskı yapabiliyorsa ve Ridley gibi üreticiler zaten tüm prototip bisiklet çerçevelerini basıyorsa, neden ikisini bir araya getirip binilebilir bisikletleri basmaya başlamıyoruz?
'Tam bir kadro için, sürüş sırasında çerçevenin yüklenme şekli nedeniyle oldukça zordur,' diye açıklıyor Van den Berk. 'Her türlü stres ve zorlanma ile başa çıkabilmesi gereken karmaşık bir yapı. Karbon ile, bir çerçeveyi belirli bir yönde güçlü veya sert yapan şey, katmanları oluşturma şeklinizdir. Yazdırma ileözelliklerini kontrol etmek çok daha zor
malzeme ve çerçeve üretimini zorlaştıran şey budur. Ancak, işler kesinlikle bu yönde ilerliyor.'
Ölçek ekonomileri
Kanal üzerinden Bristol'de, 3D baskılı çerçevelerin gerçekliğinin en azından kısmen daha da yakınlaştığı bir şirket var.
Charge Bikes, üretimde basılan ilk ürünleri oluşturmak için EADS (European Aeronautic Defence and Space Company) ile birlikte çalışıyor. Ti6Al4V titanyumdan üretilen parçalar, Charge'ın dondurucu çapraz bisikletlerine kaynaklanmak üzere Tayvan'a gönderilmeden önce EADS tesisinde yazdırılıyor. Bununla birlikte, EN testleri ve Charge profesyonel binicisi Chris Metcalfe altında geçen zorlu sekiz ay, bırakılanların CNC'deki kuzenleri kadar başarılı olduğunu gösterse de, onlar ve parçası oldukları süreç sınırsız değildir.
Charge'dan Neil Cousins, 'Şu anda yazdırılan kesintiler, standart Dondurucu çerçevesinin maliyetine %20 ekleniyor, çünkü kısmen her yapı, yazıcının boyutu nedeniyle yalnızca maksimum 50 kesinti üretebiliyor. Ayrıca, piyasada bulunan yazıcıların sayısıyla (şu anda Birleşik Krallık'ta yalnızca üç şirkette daha var) ve bunları kullanmak için gereken uzmanlık ve becerilerle sınırlıyız.’
Cousins, gelecekte bu tür parçaları üretme maliyetinin makine boyutları ve sayıları arttıkça düşmemesi için hiçbir neden olmadığına işaret ediyor, ancak şimdilik teknolojinin nereye gittiği konusunda gerçekçi: her zaman parça planları yapıyor ve burada yeni bir endüstriyel tasarımcı tuttum. Unutulmaması gereken bir şey var ki, birçok parça o kadar pahalı olacak ki, distribütörlerimizin raflarında yıllarca duracak bir şey yapmamaya dikkat etmeliyiz. Bununla birlikte, bisiklet endüstrisindeki birçok büyük oyuncu, teknoloji hakkında daha fazla bilgi almak için bizimle ve EADS ile temasa geçti ve kısa vadede, hub'lar, makineler gibi bileşenlerin yapımında 3D baskının kullanıldığını kolayca görebiliyorum. ve kasetler.'
Race Ware'den Martyn Harris, titanyum gövde yapmak için aerodinamik gurusu Simon Smart ile işbirliği yaparak bir adım önde olabilir. Bitmiş, satılabilir bir ürün olmaktan çok uzak olsa da (Harris, mevcut versiyonun kendisine 5.000 sterline mal olduğunu tahmin ediyor, bu yüzden birini değiştirmek biraz zor olabilir), sadece 3D baskının şu anda hangi seviyede olduğunu ve aynı zamanda ne olduğunu kanıtlamaya hizmet ediyor. Race Ware ve Charge gibi şirketlerin gitmek istediği yerlere gitmek gerekecek.
'3D baskının geleceğinin anahtarı, süreci anlamaktır' diyor 3T RPD'den Phil Kilburn. “İnsanları teknolojiye inandırmak, neleri yapıp neleri yapamayacakları konusunda insanları eğitmek için bizim açımızdan çok fazla misyonerlik çalışması gerekiyor. Süreci ancak bir kez anladıktan sonra bundan yararlanabilirsiniz. Henüz tam olarak oraya ulaşmadı, ancak ulaştığında 3D baskı patlayacak.'
İyi baskı: 3D baskı gerçekte nasıl çalışır
- Plastik yapının yanı sıra 3T RPD, Race Ware tarafından görevlendirilen bu titanyum zincir yakalayıcılar gibi metal parçaları basan bir dizi makineye sahiptir.
- Yazıcı bölmesi 70°C'ye ısıtılır, 1.000°C+'da çalışan tek bir fiber lazer, titanyum tozu yatağındaki iki boyutlu katmanları izlemeden önce.
- Görebildiğiniz parlak beyaz ışık, lazerin noktası değil, toz titanyum eridiğinde yayılan yoğun bir ışıktır.
- Zincir yakalayıcılar 20 mikron katmanlar halinde inşa edilmiştir – her katman çizildikten sonra, yeni bir toz katmanı yayılmadan önce yazıcı yatağı 0,02 mm düşer.
- Metal yazıcı yatakları, plastik yazıcı yataklarından çok daha küçük olma eğilimindedir. Ancak 3T RPD'nin en yeni makineleri şimdiden öncekilerden %50 daha yüksek kapasiteye sahip.
- Yazıcıları büyütmenin en büyük sorunu lazerlere odaklanmaktır. Daha küçük metal yazıcılar tek bir lazer kullanırken, daha geniş alanlı plastik yazıcılar iki lazer kullanmalıdır.
- Titanyumda üç zincir yakalayıcının basılması yaklaşık dört saat sürer. Yazıcı yatağına 50 adede kadar sıkıştırılabilir, ancak yapım süresi yaklaşık 12 saate çıkacaktır.
- İnşaat bittiğinde, parçalar neredeyse bir kum yığınından taş almak gibi çıkarılabilir. Kalan tozun çoğu geri dönüştürülür ve bir sonraki yapıya geri konulur.
