3B yazıcı: Kendin tasarla kendin bastır

Bilim kurgu filmlerinden fırlamış gibi görünen 3 boyutlu yazıcılar son dönemin en moda teknolojik oyuncakları. Artık yazıcılar sadece yazı ya da resim değil, resimlerinizi koyabileceğiniz çerçeveleri de "yazabiliyor". 3B yazıcılar nedir, nasıl çalışır? Hepsi ve daha fazlasını yazımızda bulabilirsiniz. Hatta, bir 3B yazıcıyı test etme imkanı da bulduk ve bu testimizi de yazı içerisinde sizlerle paylaşacağız...

Belki de matbaanın icadından itibaren yaşadığı en büyük değişim diyebiliriz 3B yazıcılar için. Yüksek teknolojili endüstri ve araştırma ürünlerinden sanat eserlerine, ev aletlerine hatta potansiyel silahlara kadar her çeşit objeyi 3B yazıcılarda basmak mümkün. Peki, nedir bu 3B yazıcı teknolojisi ve nasıl çalışır? Hiç vakit kaybetmeden başlayalım...

3B Yazıcılar: Nedir? Nasıl çalışır?

3B yazıcılar piyasayı ele geçirmeye başladı bile. Önceleri sadece yüksek bütçeli tasarım laboratuvarlarının sahip olabildiği 3B yazıcılara artık bu işe meraklı herkes sahip olabiliyor. 3B yazıcıların fiyatları son dönemlerde iyice düştü; üstelik yardımcı yazılımlar ile objeleri tasarlamak artık çok daha kolay.

Endüstriyel ve ticari 3B yazıcılar birkaç yıldan beri, prototiplerin hızlı üretimi (hızlı prototipleme) ve bağımsız parçaların, küçük objelerin üretimi (hızlı üretim) için kullanılıyordu. Lazer sinterleme / eritme ya da stereolitografi yöntemlerini kullanan bu yazıcılar, mikrometre kalınlığındaki metal ya da seramik tozu katmanlarını birleştirerek veya lazer ışınları ile sıvı plastiği serleştirerek objeleri meydana getiriyorlar. Tabi bu teknikleri kullanan yazıcıların fiyatlarının 180.000 euro civarından başlaması, son kullanıcının bu yazıcılara ulaşmasını imkansız kılıyor.

Ev kullanıcıları için 3B yazıcılar

Evde kullanım için daha çekici olan yöntem ise FDM (Fused Deposition Modeling) tekniği. Plastik şerit, tıpkı silikon tabancasındaki gibi, eritici kafaya itiliyor ve gaz halinde püsküren plastik madde anında katılaşarak katmanları oluşturuyor. Her katman, platformun adım adım aşağı inmesiyle oluşuyor. Endüstriyel makinalarla kıyaslandığında DFM teknolojisi kullanan yazıcıların hiçbir şansı yok. Fakat yine de minimum 100 mikron (0.1 mm) inceliğinde katmanlar oluşturabiliyorlar. Üstelik fiyatları da son kullanıcının nispeten erişebileceği seviyede...

Son zamanlarda internette 3B yazıcılar için paylaşılan model sayıları da giderek artıyor. Gerek ücretli gerekse ücretsiz yüzbinlerce modelin yer aldığı model veritabanları her geçen gün gelişmeye ve içerik olarak zenginleşmeye devam ediyor. Ülkemiz için pek geçerli olmasa da, yurt dışında çeşit çeşit, değişik kalitede ve fiyatta 3B yazıcılar bulmak mümkün. Özellikle Çin menşeili yazıcılar, 300 euro gibi uygun fiyatlarıyla dikkat çekiyor. Amerikan orijinli yarı profesyonel makinalar daha yüksek kalite ve fiyatlara sahipler.

"Mürekkep" ve "Kartuş"

3B yazıcılar da normal yazıcılar gibi sarf malzemelerine ihtiyaç duyuyorlar, fakat bu seferki mürekkepler daha farklı. 3B yazıcılar sarf malzemesi olarak genellikle termoplastik PLA (polilaktid, laktik asitin polyesteri) ya da ABS (Akrilonitril-bütadien-stiren) kullanıyor.

PLA (Poliaktid, Laktik asit polyesteri)

PLA malzemesinin kullanımı daha rahat, çünkü kuruma sırasında fazla çekmiyor ve oluşan objenin boyunun daha isabetli olmasını sağlıyor. Fakat, PLA yapısal olarak daha dayanıksız ve 60oC sıcaklıkta yumuşamaya başlıyor. Yani sıcak bir yaz günü telefonunuzu arabada unutursanız, cep telefonunuzun kırılan arka kapağı yerine evde yaptığınız PLA arka kapak arabanızın konsolunda bir Dali eseri gibi gözükebilir. Ama bunun gibi ekstrem durumların her zaman gerçekleşmeyeceği de su götürmez bir gerçek. PLA'nın bir diğer avantajı ise doğaya zarar vermeden ayrışabilir olması.

ABS (Akrilonitril-bütadien-stiren)

LEGO tuğlalarının da malzemesi olan ABS, yapısal olarak daha kararlı ve ancak 100 oC üzerindeki sıcaklıklarda yumuşamaya başlıyor. Kullanımı daha zor, çünkü kururken daha çok hacim kaybediyor. Alt katmanların soğuyup tüm çalışma alanını bozmaması için ısıtılmış bir levhaya daha büyük yapı taşlarıyla çalışmak gerekiyor. Materyalin boyutunun ne ölçüde değişeceği güçlükle tahmin edildiği için, üretilen objenin yapısında da bozulmalar meydana gelebiliyor.

Pratikte en iyi yöntem, obje yazılmaya başladıktan sonra boyutunu ölçmek ve ona göre yeniden boyutlandırarak bastırmak. Her iki sarf malzemesi 1 kg'lık rulolar halinde satılıyor ve kilosu yurtdışında yaklaşık 30 euro'ya ülkemizde ise 60 euro'ya mal oluyor.

TEST: Makerbot Replicator 2

Test etme imkanı bulduğumuz Replicator 2, sunduğu üretim kalitesiyle pazardaki pek çok 3B yazıcıyı geride bırakıyor. Ayrıca hatırlatmakta fayda var; evde kullanılan 3B yazıcılar henüz nokta vuruşlu yazıcılar kadar gelişmiş durumda. Üretilen objeler kaba ve üretim kalitesi bakımından orta seviyede. Ancak buna rağmen, onları kullanmak yine de çok eğlenceli.

Yurtdışında 2,345 euro, ülkemizde ise, biraz çabayla yaklaşık 7.300 TL'ye alıcı bulan Makerbot Replicator 2, oldukça kararlı bir 3B yazıcı ve tasarımcılara hayallerindekileri canlandırma olanağı sunuyor. Yazma sırasında çalışma alanını renklendiren LED ışık, cihazın gösterişli karakterini ön plana çıkarıyor. Yarattığı gürültü ve kokuya yazımızın ileriki kısımlarında değineceğiz.

Replicator 2 ile birlikte ilk günlerde güttüğü "açık kaynaklı donanım" felsefesini de terk ediyor MakerBot firması. Aynı şekilde tasarım programı MakerWare de açık kaynak olmaktan çıkıyor ve ürün demonte halde değil tamamen birleştirilmiş ve kutudan çıktığı gibi kullanılabilir halde son kullanıcıya sunuluyor.

Donanım

Şasesi çelik ve gövdesi sert plastikten oluşan Replicator 2'nin püskürtücü ucu ve platform ayakları sert çelikten üretilmiş. Yağlamalı destek ayakları sağlam ve herhangi bir oynamaya sebep olmuyor. Replicator 2'nin obje yazabileceği bölgenin boyutu ise 28.5 x 15.3 x 15.5 cm (U x G x Y). Çalışma alanına kolay erişimi sağlamak için gövdeye 3 ayrı yüzünde delikler açılmış. Platform, destek ayaklarına iki noktadan bağlanıyor, böylece iki elle çıkarmak çok daha kolaylaşıyor. Özellikle de yazılan objenin, altındaki platformdan sökülebilmesi için güç hatta spatula kullanmak gerekiyor.

Replicator 2'nin sarf malzemesi PLA plastiği ve gövdenin arkasına rulo olarak takılıyor; plastik bir boru içerisinde püskürtücü uca kadar geliyor. Püskürtücü uç iki yatay eksende hareket ediyor ve platform her katmanda bir adım aşağı iniyor. Minimum katman kalınlığı sadece 0.1 mm, bu aynı zamanda kendi sınıfının da rekoru.

Yazıcıyı, sağ ön kısma yerleştirilmiş olan ufak bir Arduino devre kartı kontrol ediyor. Yazılacak dosya USB ya da SD Kart üzerinden cihaza aktarılabiliyor. Tıpkı ilk nesil nokta vuruşlu yazıcılarda olduğu gibi, servomotorlar kısa, mekanik sesler çıkarıyorlar ve eriyen plastik çok farklı bir koku yayıyor. Saatlerce süren yazma süresi de göz önüne alındığında en mantıklısı, yazıcıyı başka bir odaya almak ve Ethernet kablosu ile bilgisayara bağlamak.

Test sonuçları: Üretim kalitesi

Replicator 2 düşük, orta ve üst olmak üzere üç kalite seviyesinde, minimum 0.1 mm katman kalınlığında baskı yapabiliyor. Aynı zamanda duvar kalınlıkları da bu incelikte olabiliyor. Biz de üç farklı kalitede üç farklı obje bastırdık. İlki "Dive" adındaki sanal gerçeklik gözlüğü, ikincisi Thingverse.com'un "Yeni-Yıl-Düdüğü" ve son olarak da 23 mm kenar kalınlığı ve 3 mm inceliğe sahip olan bir oniki yüzlü.

En yüksek kalitede ve en yüksek basınç seviyesinde üretilen objelerin bile katman kalınlıkları ancak tatmin edici düzeyde. Dikey duvarlarda katmanlaşma açıkça görülüyor ve hissediliyor. Yeni-Yıl-Düdüğü iyi bir yapıya sahip fakat çapakları var ve yeniden işlenmesi gerekiyor. Oniki yüzlünün aşağı eğimli kenarları ilginç şekilde 0.2 mm katman kalınlığında çalışırken, 0.1 mm katman kalınlığına göre daha az yıpranmış bir görüntüye sahip oldu. Oniki yüzlü gibi, göreceli ufak objelerin en iyi kalitede üretimi 2 saat kadar sürdü. Daha büyük olan "Dive" gözlüğünün düşük kalitede üretimi 3 saat 40 dakika sürdü, hatta aynı obje yüksek kalitede tam iki katı sürede tamamlandı. Yine de düşük ve yüksek kaliteli objeler arasındaki fark çok azdı.

İşin yazılım kısmı

Yazdırma işlemine geçmeden önce 3B tasarımın bir program tarafından katmanlar halinde hesaplanması gerekiyor. MakerBot'un sitesinde bulunan MakerWare Beta uygulaması bu iş için biçilmiş kaftan. Popüler 3B CAD formatları olan .STL ve .OBJ gibi dosyaları okuyabiliyor ve .THING uzantısıyla projeleri kaydediyor.

MakerWare, Replicator'ın baskı bölgesini sanal olarak canlandırabiliyor. Ayrıca programa birkaç tane 3B obje yüklemek ve bunları yerleştirmek, döndürmek, boyutlandırmak mümkün, fakat daha fazlasını yapamıyor. Gerekli olduğunda, yazılım otomatik olarak düğüm noktaları ekliyor. Tasarım tamamlandıktan sonra menüdeki "Makeit" seçeneğinden katman kalınlığı, duvar kalınlığı ve boşlukları doldurma açısı gibi çeşitli baskı parametrelerini ve püskürtücü sıcaklığını, püskürtme hızını belirlemek mümkün. Bu değerler karıştırılarak farklı baskı profilleri kaydetmek de mümkün.

Baskı katmanlarının hesaplanması özellikle de bu ayarlar ile bağlantılı. Dive gözlüğü için düşük kalitedeki baskı dosyasının hazırlanması 5 dakika sürerken, yüksek kalitede bu süre bir buçuk saate çıkıyor. Çalışma platformu ile püskürtücü ucunun da çok dikkatlice hizalanması gerekiyor. Platformun ince ayarını yapan vidaların, platform ile püskürtücü arasında bir kağıdın değerek fakat rahatça hareket edebileceği kadar sıkılıp gevşetilmesi gerekiyor. Küçük, dört sıralı bir siyah-yeşil LCD ekran, Replicator 2'nin menüsünü ve eğlenceli durum mesajlarını gösteriyor. Menüler arasında geçiş için ufak yön tuşları kullanılıyor.

Bir bakışta MakerBot Replicator 2