GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ DERS: MEM5401 İLERİ MALZEMELER KONU: 3D YAZICI TEKNOLOJİSİ (POLİMER) 2021 – 2022 GÜZ YARIYILI Ders Sorumlusu : Doç. Dr. HANİFİ ÇİNİCİ Hazırlayan : 218337210 - HÜSEYİN ÇİT İÇİNDEKİLER 1. GİRİŞ 2. 3D YAZICILARIN KULLANILDIĞI SEKTÖRLER 3. 3D YAZICILAR VE KULLANILAN POLİMERLER 4. POWDER BED FUSION (TOZ FÜZYONU) 4.1. SLS (Selective Lazer Sintering) 4.2. MJF (Multi Jet Fusion) 5. VAT PHOTOPOLYMERISATION ( TANK FOTOPOLİMERİZASYONU) 5.1. SLA (Stereolithography) 5.2. DLP (Digital Light Processing) 6. MATERIAL EXTRUSION ( MALZEME EKSTRÜZYONU 7. MATERIAL JETTING (MALZEME PÜSKÜRTME) 7.1. Polyjet 8. BINDER JETTING (BAĞLAYICI PÜSKÜRTME) 6.1. FDM/FFF (Fused Deposition Modeling) 8.1. 3DP ( 3D Printer) 9. KAYNAKÇA 1. GİRİŞ Eklemeli imalat, modern üretim teknolojilerinden bir tanesidir. 3D şekil datalarını kullanarak malzemenin üst üste katman katman eklenmesiyle, kompleks şekle sahip modellerin hızlı bir biçimde üretimine olanak sağlayan bir üretim yöntemidir. Bu yöntem ile Hazır model CAD ile tasarımı yapılmış model Tersine mühendislik Bilgisayarlı tomografi gibi farklı metodlarla hazırlanmış modellerin 3D yazıcı ile üretimi yapılabilmekte. [1] 3D Yazıcı ile üretime kadar olan aşamalar [2] ; 2. 3D YAZICILARIN KULLANILDIĞI SEKTÖRLER Hobi Oyuncak Havacılık Savunma Medikal ve Dental Otomotiv Mücevherat Eğitim Ayakkabı 3. 3D YAZICILAR VE KULLANILAN POLİMERLER ASTM (American Society for Testing and Materials) ‘ ye göre 3D Yazıcı türleri ve kullanılan polimerler sınıflandırılmıştır [3] . 4. POWDER BED FUSION (TOZ FÜZYONU) 4.1. SLS (Selective Laser Sintering) Önceden belirli bir ön ısıtma yapılan ince toz parçalar, bir platform üzerinde biriktirilir ve daha sonra, genellikle bir CO2 lazer ışını olan yüksek güçlü bir ısıtma kaynağı seçici olarak parçacıkların kısmi erimesini ve yoğunlaşmasını sağlar. Bu işlemler her katmanda tekrar edilir [4] . Büyük oranda PA11 ve PA12 kullanılıyor olunmasının yanı sıra; PP,PE gibi termoplastikler, TPU gibi termoplastik elastomerler , PEK ve PEEK gibi yüksek performanslı polimerler ve bunların yanına PC ve PMMA gibi amorf yapılı polimerlerde kullanılmakta [5] . 4.1. MJF (Multi Jet Fusion) Üretim prensibi SLS ile neredeyse tamamen aynıdır. MJF‘ de sinterleme için enerji kaynağı olarak lazer yerine kızılötesi ışınları kullanılmaktadır. Bu yöntem için kullanılan en yaygın ham maddeler PA11 ve PA12 polimerleridir. 5. VAT PHOTOPOLYMERISATION ( TANK FOTOPOLİMERİZASYONU) Tank fotopolimerizasyonu, reçineyi bir polimer tankında kürleme için ultraviole (UV) ışık kaynağı kullanan genel bir polimerizasyon sınıfıdır [6]. 5.1. SLA (Stereolithography) İçerisi fotopolimerik sıvı reçine dolu bir havuza ultraviyole ışınlar yollanarak reçine kürleştirilir ve istenilen şeklin katı olarak oluşmasını sağlar. Bu katılaşma işlemi ise katman katman gerçekleştirilir. Ultraviyole ışınlar bir katmanın katılaşmasını tamamladıktan sonra platform bir katman kalınlığında konumunu değiştirerek, yeni katmanı katılaşması tamamlanan katmanın üzerine inşa eder. Bu döngü parça oluşturulana kadar sürer. Hammadde olarak akrilik ve epoksi esaslı fotopolimerik sıvı reçineler kullanılır [7]. 5.2. DLP (Digital Light Processing) Dijital ışık işleme (DLP) yönteminde, SLA yöntemindeki gibi fotopolimer malzemelerin UV ışınlarına maruz bırakılmaları sonucu tepkimeye girerek kürleşmesi özelliği kullanılmaktadır. SLA yönteminden farklı olarak kürleşme işleminde lazer ışını yerine dijital ışık projektörü kullanılmaktadır [8]. 6. MATERIAL EXTRUSION ( MALZEME EKSTRÜZYONU 6.1. FDM/FFF (Fused Deposition Modeling) Genellikle bir çarka sarılmış termoplastik filamentten beslenen ısıtıcı kafanın, nozül yardımı ile malzemeyi ergimiş ipsi bir hale getirip alt tablaya biriktirme işlemidir [9]. Bu yöntemde ABS en çok kullanılan polimer olmakla birlikte PLA, PC, PEEK, ULTEM (PEI) ve elyaf katkılı malzemelerde yaygın olarak kullanılmakta [10-12]. 3D Yazıcı ile üretim yöntemleri arasında FDM/FFF tekniği en yaygın kullanılan ve ucuz yöntemdir. 7. MATERIAL JETTING (MALZEME PÜSKÜRTME) 7.1. Polyjet Polyjet teknolojisinde katmanları oluşturmak için püskürtme kafaları kullanılmaktadır. İşlem boyunca, reçine fotopolimerik model ve destek malzemeleri bu mikro çaplı delikli kafalardan püskürtülür. Püskürtülen malzemeler, bir merdane yardımıyla düzleştirildikten hemen sonra UV ışını ile kürlenir. 2 boyutlu kesit alanı UV ışınıyla kürlendikten sonra tabla, katman kalınlığı kadar (16 μm’a kadar) alçalır. Bu döngüsel işlem adımları, parça tamamlanana kadar devam eder. SLA ve DLP yöntemlerinde olduğu gibi akrilik ve epoxy fotopolimerik reçineler kullanılır [13]. 8. BINDER JETTING (BAĞLAYICI PÜSKÜRTME) 8.1. 3DP (3D Printing) Platform üzerine toz malzeme bir katman kalınlığında olacak şekilde silindir yardımıyla serilir. Bir katman kalınlığındaki toz malzeme üzerine sıvı bağlayıcı, malzeme püskürten bir yazıcı kafa mikro deliklerinden (yaklaşık 80 μm çapta) ilgili kesit alanın şeklini alacak şekilde püskürtülür. Tarama birbirini paralel takip eden hatlar şeklinde olur. Toz malzeme üzerine püskürtülen yapıştırıcı sayesinde toz malzemeler birbirlerine yapışırlar [13]. Bu yöntem daha çok seramik ve metallerin üretimi için kullanılmakla birlikte nadir olarak PMMA ve polimer kompozitler kullanılmakta [4]. 9. KAYNAKÇA [[1] M. Aydin, B. Güler ve K. Çetinkaya, “Dikey ekstrüzyon (filament) sistemi tasarim ve prototip imalati”, International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, c. 2, sayı 1, ss. 1-10,, Elektrik-Elektronik Mühendisliği. [2] İnternet : Edward M. Petrie, Generalized Steps of 3D Printing Process. URL : https://omnexus.specialchem.com/selection-guide/3d-printing-and-additivemanufacturing-polymers-and-processes, Erişim Tarihi: 14.11.2021 [3] ASTM International (2015) ISO/ASTM52900-15, standard terminology for additive manufacturing—general principles— terminology [4] Gibson I, Shi D (1997) Material properties and fabrication parameters in selective laser sintering process. Rapid Prototyp J 3(4):129–136. [5] Chatham CA, Long TE, Williams CB (2019) A review of the process physics and material screening methods for polymer powder bed fusion additive manufacturing. Prog Polym Sci 93:68–95. [6] Kaplan H. Stereolithography – a marriage of technologies. Photon Spectra 1990; 24:74. [7] Hull, C. (1990). U.S. Patent No. 4929402. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office [8] Lansard, M. (2019). Categories of 3D Printing Technologies. URL : https://www.aniwaa.com/3d-printing-technologies/ Erişim Tarihi: 13.11.2021 [9] Bellini A, Shor L, Guceri S I. New developments in fused deposition modeling of ceramics. Rapid Prototyping Journal, 2005, 11(4): 214–220 [10]. Chia, H.N.; Wu, B.M. Recent advances in 3D printing of biomaterials. J. Biol. Eng. 2015, 9, 1–14. [CrossRef] [PubMed] [11]. Arif, M.F.; Kumar, S.; Varadarajan, K.M.; Cantwell,W.J. Performance of biocompatible PEEK processed by fused deposition additive manufacturing. Mater. Des. 2018, 146, 249–259. [CrossRef] [12] Bagsik, A.; Schoppner, V. Mechanical properties of fused deposition modeling parts manufactured with ULTEM * 9085. ANTEC. 2011, 2, 1294–1298. [13] Ermurat, M. (2002). Hızlı Prototip Ve Üretim Teknolojilerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Mühendislik Ve Fen Bilimleri Enstitüsü Tasarım Ve İmalat Mühendisliği Anabilim Dalı, Gebze, 16-32. TEŞEKKÜR EDERİM.