3 boyutlu yazıcılar nasıl çalışıyor?

3 boyutlu yazıcılar, son birkaç senedir yükselişteler. Lulzbot Mini gibi birçok 3 boyutlu yazıcı, geçtiğimiz senelerde son kullanıcıya sunuldular. Şaşırtıcı olansa, tüketici seviyesindeki çoğu 3 boyutlu yazıcının aslında çok basit makineler olmaları.

Temel bir 3 boyutlu yazıcı, aslında düşük maliyetli 8-bit mikrodenetim teknolojisinden oluşan, yani 20 senedir piyasada olan bir teknolojiyi kullanan sabit bir robottan fazlası değil.

Arduino'nun beyni

İtalyan mühendislik öğretim görevlileri, 2005'te, Raspberry Pi ortaya çıkmadan çok daha önce, kullanımı kolay, uygun fiyatlı bir bilgisayar kartı üretmek istediler. Bu bilgisayar, motor, sensör, ışık ve anahtar gibi gerçek hayattaki bileşenleri bir araya getirip kullanmayı kolaylaştıracaktı. Bu fikir, "Arduino" adıyla gerçeğe dönüştü.

PC'nizin, tabletinizin ve telefonunuzun işlem gücünü sağlayan "mikroişlemcileri" mutlaka duymuşsunuzdur. Ancak mikrodenetleyici, ayrı bir şeydir. Mikroişlemci, bellek, depolama ve dış dünyayla iletişimi yönetmek için birçok ek bileşene ihtiyaç duyarken, mikrodenetleyiciler bu bileşenleri kendi içerisinde barındırırlar.

Dahası bu çipler, "analogtan dijitale dönüştürme" adı verilen bir teknoloji sayesinde dış dünyayı dinleyebilirler. Bu tür çipler, drone'larda ve birçok "gömülü" sistemde kullanılmaktadır. Tüketici seviyesi 3 boyutlu yazıcıların çoğunda Arduino Mega-class mikrodenetleyici kullanılır. Arduino Mega kart klonlarının eBay'de uygun sayılabilecek fiyatlardan satıldığını görebilirsiniz.

Hot-end

3 boyutlu yazıcının ince ucuna "hot-end" adı verilir. Mekanizma içerisinde plastik ipliği istenen hızda iten bir motor ve ipi yumuşak, erimiş bir maddeye dönüştüren ısıtıcı bulunur. Genellikle pirinçten üretilen uç, ipliğin küçük bir ısıtıcı yoluyla ısıtıldığı bir hazneye sahiptir. Buradaki sıcaklık, 250 santigrat dereceye kadar ulaşabilir.

Stepper motorları

3 boyutlu yazdırmanın can alıcı noktası, hot-end püskürtücüsünü doğru zamanda, doğru yerde konumlandırmaktan geçer. Böylece erimiş plastik yoluyla 3 boyutlu nesneye yeni bir katman eklenir.

Manevra işi, "stepper motoru" adı verilen özel bir motor yardımıyla gerçekleştirilir. Sıradan motorlar, elektrik uygulandığında dönen çok basit araçlardır. Stepper motorları ise tamamen farklıdır. Birden fazla mıknatıstan faydalanan stepper motorları, çok isabetli bir biçimde dönebilir (her devir için 200 adıma kadar).

Sektörde en yaygın olarak kullanılan stepper motorları, NEMA (National Electrical Manufacturers Association) motorları olarak tanınır. Bu motorların standartlaştırılmış fiziksel boyutları, onlarla çalışmayı kolaylaştırır.

Bir 3 boyutlu yazıcı için en az dört stepper motoruna ihtiyacınız olacaktır - üçü, üç eksende hareket için ve biri, ipin akışını kontrol etmek için. Bununla birlikte çoğu yazıcı, dikey eksen için iki motor kullandığı için toplamda dört motor kullanır.

RAMPS

Ancak Arduino Mega, NEMA-17 stepper motorunu kendi başına çalıştıracak elektriksel güce sahip değildir. Bu yüzden genellikle motorlara ihtiyaç duydukları gücü sağlayacak stepper motoru çipleriyle kullanılırlar.

3 boyutlu yazıcı topluluğu, bu sürücü çiplerini oluşturan özel bir kart oluşturdular. RAMPS (RepRap Arduino Mega Pololu Shield) adı verilen bu çip, farklı 3 boyutlu yazıcı tasarımlarının gücünü sağlayabiliyor.

Firmware

Tüketici sınıfı 3 boyutlu yazıcılar, PC'nize (veya telefonunuza) USB üzerinden bağlanıyorlar. Bu yüzden aslında 3 boyutlu yazıcılar, birer USB çevrebirim cihazı. Ancak yazıcının donanımının iş görebilmesi için, Arduino Mega mikrodenetleyicisinin özel bir firmware ile donatılması gerekir. Bu firmware, PC'den hareket bilgilerini ve plastik ipliğin akış bilgilerini alacak ve yazıcının ilgili bileşenlerine iletecektir. En popüler firmware'lerden biri olan Marlin, Arduino Mega'ya çok fazla uğraşmadan yüklenebilir.

Yazılım

PC tarafında 3 boyutlu tasarımları fiziksel nesnelere dönüştüren bir yazılıma ihtiyacınız var. Repetier-Host gibi yazılımlar, Thingiverse'ten indirebildiğiniz stereolitografi (STL) dosyalarını alıp, onları Arduino Mega board'un anlayacağı parçalara bölüyor.

Ücretsiz bir yazılım olan Repetier-Host, Windows, Mac OS X ve Linux için sunuluyor. Google Play'de bulabileceğiniz GCodePrintr ile direkt olarak akıllı telefonunuzdan da çıktı alabilirsiniz. Alternatifler arasında yine Windows, Mac OS X ve Linux'ta çalışan MatterControl Host ve Ultimaker'in geliştirdiği Cura var.

3 boyutlu yazdırmadaki yenilikler

Devletler, 3 boyutlu yazıcı, robotlar gibi teknolojileri geleceğin ekonomisinin önemli bir parçası olarak görüyorlar. Yine de 3 boyutlu baskının ortalama kullanıcıyı yeni bir yazıcı alacak kadar etkilemediğini söylemek mümkün.

Ancak 3 boyutlu baskı, sadece son birkaç ay içerisinde havacılıktan sağlığa farklı alanlarda, önemli sıçramalar kaydetti.

3 boyutlu baskıyla üretilen uçak motoru

3 boyutlu baskı, ülkelerin ilgisini her geçen gün daha çok çekiyor. Mart ayının sonlarında Monash Üniversitesi, CSIRO ve Deakin Üniversitesi'nin ilk 3 boyutlu baskıyla üretilen uçak motorunu göstermesinin ardından Avustralya, kendisini 3 boyutlu baskıda yeniliğin merkezi olarak duyurmuştu. Monash Üniversitesi takımı, uçağın motorunu sökerek her parçasını 3 boyutlu olarak taramış ve 3 boyutlu baskı yoluyla motordan iki adet daha elde etmişlerdi. Bunun ardından Monash, yeni bir şirket kurdu ve teknolojiyi ticarileştirmeye başladı.

Kemik baskısı

Avustralya'nın iyi yaptığı tek şey, uçak motoru basmak değil. Sydney Üniversitesi'nin Mühendislik Fakültesi, ciddi kafa sarsıntısı geçiren hastalarda 3 boyutlu olarak yazdırılmış kemik implantları denemeye başladı ve bunda hatırı sayılır başarı elde etti.

Bu yöntemle elde edilen kemikler, yalnızca daha ucuza gelmekle kalmıyor, aynı zamanda daha hızlı üretilebiliyorlar ve daha güçlü, daha güvenliler.

Çok hızlı 3 boyutlu yazdırma

Tüketicilerin 3 boyutlu yazdırmaya yeteri kadar ilgi göstermemesinin muhtemel nedenlerinden bir tanesi, tüketici seviyesi FDM (fused deposition modelling) teknolojisinin yavaşlığı. Ancak son birkaç ayda stereolitografi (SLA) 3 boyutlu yazdırma teknolojisinde bazı gelişmeler yaşandı.

Kaliforniya merkezli Carbon3D, CLIP adı verilen, baskı hızını şu anki SLA'ya göre 25 - 100 kat hızlandıran yeni bir teknoloji geliştirdi. Carbon3D, bu hıza ticari kalitede baskıyla ulaşabildiğinden, prototip oluşturmada yeni fırsatlar ortaya çıkarabilir.

Hesaplı 3 boyutlu yazıcılar

"Neden 3 boyutlu yazıcıya ihtiyaç duyayım" diye kendi kendinize soruyor olabilirsiniz, ancak yakında okul, iş veya farklı bir neden için kendinizi bu yazıcıları kullanırken bulursanız şaşırmayın.

Tüketicilere yönelik en son modellerden bir tanesi olan X3D Machines'e ait Genesis serisi, bu ay (Eylül) ortaya çıkacak. Kickstarter'da erken davrananların 199 dolara satın alabildiği Genesis Uno, şu an 1.000 dolara satılan yazıcıların önüne geçecek gibi görünüyor.

Kickstarter'dan çıkan bir başka yazıcı olan Tiko ise şu an 179 dolar fiyata sahip. Tek parça çerçeve ve kapalı tasarıma sahip cihaz, PLA, ABS ve naylon gibi birçok teli destekliyor. Yazıcı, şu an itibariyle 1,2 milyon fon toplamayı başarmış görünüyor.

Kickstarter'da 1,6 milyon dolardan fazla destek toplayan Flux, delta stili 3 boyutlu yazıcıyla dahili 3 boyutlu tarayıcıyı ve lazer gravür işlevini bir araya getiriyor. İlk davrananlar, yazıcıyı gönderim ücretleri dahil 599 dolara satın alabildiler.