3D Baskı Modelleme – Örnek Uygulama Alanlarımız

Eklemeli Üretim, tasarıma dayalı üretimi gerçeğe dönüştürür. Yenilikçi EOS teknolojisi, tasarımcılara mümkün olan en fazla özgürlüğü sağlayarak aşırı karmaşık yapıların üretilmesine olanak verir.

Karmaşık geometriler, genellikle alttan kesim veya oyuk alanlar olan üç boyutlu yapılardır. Bunlar, örneğin organik yapılar olabilir. Pek çok karmaşık geometri, freze, torna veya döküm gibi geleneksel teknolojiler kullanılarak sadece sınırlı bir başarıyla üretilebilir ya da aşırı maliyetli olabilir.

Eklemeli Üretimin avantajları burada ortaya çıkar: 3D CAD programıyla oluşturulması mümkün olan her biçim, yenilikçi lazer sinterleme teknolojisi kullanılarak da üretilebilir. Oyuk yapıların üretilmesi söz konusu olduğunda dahi hiçbir sınırlama yoktur. Bunu mümkün kılan şey, malzemenin sadece amaçlanan noktalara uygulanmasıdır.

Eklemeli Üretim, geliştiricilere mümkün olan en fazla konstrüksiyon özgürlüğünü sağlamayı garanti eder. Maliyetle ilgili neredeyse tek faktör, bileşenin dış geometrisinin toplam ebadıdır. Diğer yandan, karmaşıklığın üretim maliyetleriyle hemen hemen hiç ilgisi yoktur. Daha az malzeme sarfiyatı sayesinde maliyetlerin genellikle gerçekten düşürülmesi mümkündür. Bir bileşenin karmaşıklığı artık üretim süreciyle değil, gereken işlev ve ürün tasarımı ile belirlenir. Genel olarak: Bir bileşenin geometrisi ne kadar karmaşıksa, Eklemeli Üretim o kadar değerli olabilir.

Tıp sektöründeki uygulama alanlarından biri de, karmaşık yüzey yapısı sayesinde osseointegrasyonu, yani kemik dokusuyla kemik implantının yüzeyinin birleşmesini destekleyen sağlam yapay asetabular kapların üretilmesidir. Asetabular kap, özel WITHIN yazılımının yardımıyla tasarlanır. EOS’un Eklemeli Üretim teknolojisinin yardımıyla bileşen, titanyum malzemeden her bir hastanın ihtiyaçlarına uygun olarak yapılabilir. Geleneksel üretim yöntemleri kullanılarak son derece karmaşık olan yüzey yapısının üretilmesi neredeyse imkânsızdır.

Sonuçları ortadadır: Asetabular kap; optimum sağlamlığı sağlayan sabit kısımlardan ve osseointegrasyonu iyileştirmek için kasten gözenekli bırakılan elemanlardan oluşur. Her iki bölüm de tek bir üretim adımında üretilir. Farklı boyutlardaki pek çok gözenek, implantı sabitlemeye yardımcı olur: Daha büyük gözenekler basıncı aktarma avantajına sahipken, daha küçük gözenekler ilk sabitlemeye yardımcı olur. Eklemeli Üretimin bir diğer özelliği: yapı, yüzey pürüzlülüğü ve gözenek boyutu her hasta için bireysel olarak ayarlanabilir.

Şek. Osseointegrasyonu iyileştirecek kafes yapılarına sahip kalça implantı. EOSINT M 280 kullanılarak tek adımda yapılan Eklemeli Üretim (Kaynak: Autodesk Within Medical)

Biyonik yapılar ile geleneksel üretim süreçleri mutlak sınırlarına dayanmıştır. Diğer yandan Eklemeli Üretim, biyonik teknoloji için ideal olan maksimum konstrüksiyon özgürlüğünü sunar. Biyonik alanında, teknik problemleri çözmek için doğada bulunan çözümler kullanılır. Evrimsel süreçler ile çok çeşitli biyolojik yapılar ortaya çıkmıştır: Şu anda bildiğimiz kadarıyla bir milyondan fazla hayvan türü ve 500.000 farklı bitki türü vardır. Bu biyolojik sistemler çoğunlukla çevrelerine mükemmel uyum sağlayan biçim ve yapılara sahiptir ve minimum malzeme ve enerji kullanılarak gelişmiştir. Disiplinler arası biyonik araştırmalarının amacı, doğal şablonları teknik uygulamalara uyarlayarak bu devasa potansiyelden yararlanmaktır.

Fakat şöyle bir problem vardır: Şimdiye kadar geleneksel üretim süreçlerini kullanarak çok karmaşık yapı ve şekillerin üretilmesi imkânsız olmasa da çok zor olmuştur. Bu zorluk ilk defa Eklemeli Üretim (AM) ile aşılmıştır: Bu yöntemin geliştiricilere neredeyse sınırsız konstrüksiyon özgürlüğü sunmasının yanı sıra, aletsiz üretimle zamandan ve maliyetten tasarruf edilir. Çığır açan bu teknoloji, örneğin tıbbın ergonomi alanında veya havacılığın aerodinamik alanında özgün yeniliklerin yapılmasına izin verir.

Bu konudaki spesifik örneklerden biri, nesneleri nazik, esnek fakat güçlü bir şekilde kaldırdıktan sonra tekrar aşağı yerleştirebilen bir biyonik tutucunun üretilmesidir. Biçimi ve işlevi doğaya uygundur. EOS’un FORMIGA P 110 ve 100 sistemi, Festo otomasyon uzmanlarının ihtiyaç duydukları parçaları küçük bir parti halinde hızlı ve uygun maliyetli olarak üretmelerine imkân vermiştir.

Sonuçları ortadadır: Üstün konstrüksiyon özgürlüğü sayesinde üretim süreci oldukça esnektir ve tasarıma uyarlanabilir. Üretim sırasında işlevlerin doğrudan bileşene entegre edilmesi, Festo’nun gereken parça sayısını ve montaj emeklerini önemli ölçüde azaltmasını sağlamıştır. Sonuçta elde edilen tutucu hafif ve dayanıklıdır. Fiyatı da uygundur: Üretim sürecinde alet kullanımı gerekmediği için, Festo zamandan ve maliyetten tasarruf etmeyi başarmıştır.

Şek. Biyonik Taşıma Yardımcısı: Nesneleri nazik ve esnek bir şekilde güvenle kaldırıp indirebilen bir tutucu. (Kaynak: Festo AG & Co.KG).

Seri ürüne giden hızlı yol – EOS’un 3D Baskı Modelleme ve Eklemeli Üretimi, kullanıcıları ilk tasarım fikrinden hiçbir sapma olmadan bitmiş prototipe ulaştırır.

Eklemeli Üretimin (AM) en önemli avantajlarından biri, tasarımdan Hızlı Prototiplemeye (HP) geçmenin çok kolay olmasıdır; üretim doğrudan dijital 3D verilere göre gerçekleşir. Kullanıcıların seriye yakın testleri uygulamasına ve sonuçlara dayanarak prototipleri optimize etmesine imkân verir.

EÜ sırasında, tüm bileşenler sanal modeller esas alınarak üretilir. Bu sayede sanal stres testlerini yapmak da kolaylaşır. Diğer yandan doğrudan üretim, bitmiş ürünle özdeş malzeme özelliklerine sahip prototiplerin hızlı bir şekilde üretilmesine olanak verir. Bu konstrüksiyon sürecinin avantajı, bileşen işlevinin istenilen zamanda sanal veya gerçek ortamda kontrol edilebilmesidir. Ürün geliştirme aşamasında kolayca değişiklikler yapılabilir ve geleneksel yöntemlerle üretilen ürünlerle karşılaştırıldığında, bu değişiklikler minimum ekstra maliyetle uygulanabilir.

Stuttgart Üniversitesi Formula yarış takımı, yarış arabaları için güvenilir bir direksiyon mili üretirken, yenilikçi EOS teknolojisinin avantajlarından yararlanmıştır. Nihai ürün çok kısa bir zaman içerisinde geliştirilmiş, optimize edilmiş ve üretilmiş olup %35 ağırlık tasarrufu ve %20 daha fazla sertlik sağlayan mükemmel bir tasarıma sahiptir. Yarış pistinde oldukça güvenilir olduğu kanıtlanmıştır. Yarış takımı açısından EOS teknolojisi kesinlikle kendini amorti etmiştir: 2012 sezonunda arabaları yenilememiş Hockenheimring pistinde tam bir zafer kazanmıştır.

Eklemeli Üretim, hem tekli ürünler hem de parti ürünler için uygun maliyetli üretime imkân verir. Parçanın karmaşıklığının, üretim süresi ve maliyetler üzerinde neredeyse hiç etkisi yoktur.

Freze, torna veya döküm gibi geleneksel üretim süreçleri kullanıldığında, üretim maliyetleri ile parçanın karmaşıklığı arasında yakın bir ilişki vardır. Sebebi şudur: Genellikle karmaşık aletlerin veya karmaşık özel çözümlerin üretilmesi gerekir. Bu şekilde özel olarak üretilen parçalar pek çok endüstride kullanılır. Acil üretim ile ilişkili devamlı bir zaman baskısı olduğu için, tedarikçiler açısından her zaman bir risk faktörü teşkil ederler.

Eklemeli Üretim (AM), bu problemlere yönelik kapsamlı bir çözümdür: Lazer sinterleme süreci alet gerektirmediği için küçük serilerde, hatta tek bir birim kadar küçük partilerde bile karmaşık parçaların hızlı, hassas ve uygun maliyetli olarak üretilmesine imkân verir. EÜ’de maliyetlerle alakalı tek faktör dış geometridir. Diğer yandan parçanın karmaşıklığının, üretim süresi ve maliyetler üzerinde neredeyse hiç etkisi yoktur. Karmaşık hafif yapılar genellikle ağırlığı azaltıp malzeme maliyetlerinden tasarruf sağlayabilir.

EOS’un EÜ teknolojisi 3D Baskı Modelleme, yay veya mafsallı bağlantıların üretim süreci sırasında parçalara entegre edilebilmesi için geniş kapsamlı işlev entegrasyonuna olanak verir. Böylece, bir ürünü oluşturan parça sayısının önemli ölçüde azaltılması mümkün olur. Montaj maliyetlerinin önemli ölçüde azalmasının yanı sıra, örneğin ERP sistemlerindeki idare işleri de azalır. Parçaların yeni üretim tekniği doğrultusunda yapısal revizyondan geçirilmesi veya hemen yeniden düzenlenmesi, Eklemeli Üretimin ekonomik potansiyelinin mümkün olan en geniş ölçüde kullanılabilmesi anlamına gelir.

Bardak tutucu üretimi için bir enjeksiyon kalıbının yapılması, EOS’ta EÜ’nün avantajlarını göstermektedir: üretici Innomia, üretim süresini ve dolayısıyla maliyetleri azaltmak için bu teknolojiyi kullanmıştır. EOS sürecinin etkinliği uygulamada kanıtlanmıştır ve Innomia, daha hızlı ve çok daha uygun maliyetli üretimden avantaj sağlayabilir:

%43 daha kısa soğutma süresi (28,5 saniye yerine 16 saniye)

%31 daha kısa döngü süresi (38,9 saniye yerine 26,5 saniye)

%43 daha kısa enjeksiyon kalıbı üretim süresi (23 gün yerine 13 gün)

Daima yüksek işlevsellik

Şek. Bardak Tutucu üretimi için bir enjeksiyon kalıbının yapılması, EOS’ta EÜ’nün avantajlarını göstermektedir: üretici Innomia, üretim süresini ve dolayısıyla maliyetleri azaltmak için bu teknolojiyi kullanmıştır (Kaynak: Innomia, EOS).

Daha az montaj bileşeni, daha az lojistik çaba ve daha fazla esneklik: EOS’un Eklemeli Üretim teknolojisi, 3D Baskı modelleme seri üretim sırasında işlevleri parçalar halinde entegre etmeyi mümkün kılar.

İşlev entegrasyonu, mümkün oldukça az parçaya mümkün oldukça çok teknik işlevin uygulanması anlamına gelir. Eklemeli Üretim, bu gereksinime yönelik net bir avantaj sunar: EOS’un lazer sinterleme teknolojisi, yaylar, mafsallı bağlantılar veya pnömatik aktüatörler gibi işlevsel bileşenler dahil olmak üzere gereken tüm parçaların genellikle tek bir adımda üretilmesine olanak verir. Bu da, başka bir yöntemde ihtiyaç duyulan çok sayıda montaj adımının gereksiz hale gelmesi anlamına gelir. Böylece hem para tasarrufu sağlanır hem de üretim hataları olasılığı minimuma iner.

Bunu gösteren bir örnek de şu şekildedir: Santrifüj üreticisi Hettich, Eklemeli Üretim ile seri üretiminin maliyet etkinliğini önemli ölçüde iyileştirmeyi başarmıştır. Santrifüjler, bileşenlerine ayırmak için döndürülen karışımlara uygulanan santrifüj kuvvetini kullanır. Kan örneklerinin hazırlanması veya kan tahlilinin yapılması, tipik uygulama alanlarını teşkil eder. Geleneksel yöntemle üretildiğinde, bir yıkama rotoru tek tek monte edilmesi gereken 32 ayrı parçadan oluşur. Özellikle paslanmaz çelik enjeksiyon borularının dikkatli bir şekilde çapaklarının alınması gerektiğinden ötürü, bu işlem için karmaşık araçlar ve zaman alan montaj süreçleri gerekir.

Yeni bir çözüm arayışına giren Hettich, bu çözümü EOS’un Eklemeli Üretim teknolojisinde bu çözümü bulmuştur. Bu sayede üreticinin yıkama rotorunu yeniden yapılandırması ve üretim sırasında çok sayıda işlevin bileşenlere entegre edilebileceği bir şekilde optimize etmesi mümkün olmuştur. Sonuçları ortadadır:

• Yeni rotor 32 yerine 3 montaj parçasından oluşmakta olup bunlardan ikisi, Eklemeli Üretim kullanılarak Hettich tarafından üretilmektedir.
• Daha iyi ürün işlevselliği
• Aletlere gerek yok
• Pahalı çapak alma işlemi yok
• Çok daha hızlı montaj ve daha düşük lojistik maliyetleri

Kapların aletler olmadan üretilebilmesi ve işlevlerin entegre edilebilmesi sayesinde, Hettich üretim maliyetlerini azaltmayı başarmıştır. Ayrıca, şirketin şu anda ekstra bir çaba sarf etmeden küçük partiler halinde üretim yapabilmesine, mesela bölgesel ayarlamalar yapmasına da imkân verir.

Üretken imalat, interaktif olarak birlikte çalışabilen iç içe geçmiş yapılar üretmeyi mümkün kılar. Mafsallı bağlantılar, bitiştirilmiş bağlantılar, stabilize yaylar veya makas eylemli mekanizmalar otomasyon ve üretim teknolojisinde kullanılabilir. Bu sektörde nesnelerin toplanması, taşınması ve saklanması için ve benzer görevlerin gerçekleştirilebilmesi için genellikle özelleştirilmiş ve karmaşık cihazlar gerekir. Fakat geleneksel konstrüksiyon yöntemleri, Eklemeli Üretime pek uygun değildir. Yeni geliştirilen tek parça konstrüksiyonlar, gereken hareket kabiliyetini sağlar ve Eklemeli Üretim için optimize edilmiştir. Eklemeli üretimle oluşturulan entegre işlevli yapıların başarılı olarak üretilebileceği diğer alanlar; spor ekipmanlarını, tıbbi teknolojiyi, ortez ve protez üretimini, diğer bir deyişle ürünlerin insan bedenine uyarlanması gereken tüm alanları içerir.

EOS’un Eklemeli Üretimi, geleneksel üretim süreçleri kullanılarak üretilemeyecek çok sağlam ve hafif yapıların oluşturulup üretilmesini sağlar.

Ürünlerde, sadece işlevini yerine getirmeleri için mutlaka bulunması gereken kadar kaynak kullanılmalıdır. Ham madde sarfiyatının ve buna bağlı olarak kaynak fiyatlarının dünya çapında büyük artışlar göstermeye devam etmesi nedeniyle, ürün geliştirme ve üretim ile alakalı bu gereksinim giderek daha çok önem kazanmaktadır.

EOS’un Eklemeli Üretim teknolojisi, her türden detaylı ve karmaşık hafif yapıları inşa etmek için kullanılabilir. Geliştiricilere maksimum konstrüksiyon özgürlüğü sunar. Konstrüksiyon sürecinin erken aşamalarında pek çok bileşenden fazlalık malzemenin alınması mümkündür. Geleneksel üretim yöntemleri kullanıldığında bu fazlalık malzemenin ortaya çıkması kaçınılmazdır. Eklemeli Üretimde, malzeme sadece işlevsel nedenlerden ötürü gerektiği yerlere uygulanır. Böylece, son derece hafif ama oldukça sağlam bileşenler elde edilir. Kullanıcılar bu sayede konstrüksiyon ve tasarım işlerinde daha büyük bir manevra alanı kazanır.

Elektrikli bir yarış arabasına ait batarya yuvasının konstrüksiyonu, Eklemeli Üretimin avantajlarını gösterir: Global Formula Yarış Takımının öğrencileri çok kısa bir süre içerisinde yarış arabaları için bu parçayı tasarlamış ve PA12 malzemeyle bunu üretmek için Eklemeli Üretimi kullanmıştır. Üretimi tamamlanan bileşen hafif, kompakt ve güvenlidir. Büyük konstrüksiyon özgürlüğü sayesinde öğrencilerin soğutma kanalları ve kablo oluklarını doğrudan kutunun içerisine entegre ederek malzeme ve ağırlıktan da tasarruf etmeleri mümkün olmuştur.

EOS’un Eklemeli Üretiminde alet kullanımı gerekmez. Özelleştirilmiş, parti boyutuna uygun seri üretim yapmaya izin verir.

Geleneksel üretim süreçlerinin aksine, EOS’un Eklemeli Üretiminde (AM) alet veya kalıplara gerek yoktur. Bu da, yenilikçi teknolojinin parti boyutlarından bağımsız olduğu anlamına gelir. Ürünler dijital olarak isteğe uyarlanabilir ve küçük miktarlarda, hatta tek seferlik tasarımlar olarak uygun maliyetli bir şekilde üretilebilir.

İngiliz şirketi Digital Forming, bu kabiliyetlerden yararlanmaktadır: İki veya daha fazla kullanıcının ürünleri tasarlarken birlikte çalışacağı çevrimiçi bir platform geliştirmiştir. Kullanıcılardan biri, ürünün hangi parametreler içerisinde değiştirilebileceğini tanımlayan baş tasarımcı olarak hareket eder. Yazılım, nihai ürünlerin yapısal bütünlüğü ve işlevselliğinin korunmasını sağlar.

Diğer yandan bu platform, ürünleri birlikte tasarlamak için kullanılabilir. Tasarıma odaklı şirketler de ürün serilerini kişiye özel hale getirebilir ve seri üretim yapmak için EOS’un EÜ sistemlerini kullanabilir. Böylece, özelleştirilmiş tasarım herkes için mümkün kılınır.

EÜ’nün avantajlarına verilebilecek bir diğer örnek, hastaya özel protez diş bileşenlerinin uygun maliyetli olarak üretilmesidir. BEGO USA, her hafta yüzlerce protez diş üretmektedir. Bunu yaparken dijital CAD verilerini esas alır. Diş hekimleri, hastanın oral taramasını açık bir STL dosyası halinde gönderir. BEGO USA verileri kontrol ettikten sonra kronu üretip tam yoğunlukta olan pürüzsüz diş protezini sadece 48 saat sonra teslim eder.

Kron veya köprüyü katmanlar halinde üreten EOS’un lazer sinterleme yöntemi sayesinde bunun yapılması mümkün olur. BEGO USA, üretkenliğini büyük ölçüde artırmayı başarmıştır: Geleneksel kayıp mum tekniği üretimi günde 20 birimle sınırlarken, Doğrudan Metal Lazer Sinterleme (DMLS) sistem ile üretim günde 450 kron ve köprüye yükseltilebilir. Ayrıca, EOS teknolojisi son derece hassastır: Üretilen birimlerin hassasiyeti +/–20 μm’lik bir tolerans içerisindedir. Bu şekilde üretilen protez diş aynı zamanda sağlam, güçlü ve daima yüksek kalitelidir.