3D baskı; tüketici ürünleri için özel bileşenlerden, 3D baskılı diş ürünlerine ve hayat kurtarabilecek kemik ve tıbbi implantlara kadar çok çeşitli alanlarda ürün tasarımında ve üretiminde devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Bununla birlikte, süreç aynı zamanda büyük miktarda pahalı ve sürdürülemez atık yaratır ve uzun zaman alır, bu da 3 boyutlu baskının geniş ölçekte uygulanmasını zorlaştırır.
Bir 3D yazıcı; özel nesneler, özellikle de alışılmadık şekilli ürünler ürettiği her seferinde, yazıcı; katman katman oluştururken, şekil bütünlüğünü korumaya yardımcı olarak nesneyi dengeleyen destek baskılı stantlar basması gerekir. Bununla birlikte; bu destekler baskıdan sonra manuel olarak çıkarılmalıdır. Bu da elle son işlem gerektirir ve şekil yanlışlıklarına veya yüzey pürüzlülüğüne neden olabilir. Desteklerin yapıldığı malzemeler çoğu zaman yeniden kullanılamaz ve bu nedenle atılırlar ve 3 boyutlu basılı atık malzeme sorununa katkıda bulunurlar.
USC Viterbi’nin Daniel J.Epstein Endüstri ve Sistem Mühendisliği Bölümü’ndeki araştırmacılar ilk kez, bu maliyetli desteklere sahip 3 boyutlu yazıcılara olan ihtiyacı azaltmak, maliyet etkinliğini ve sürdürülebilirliği büyük ölçüde iyileştirmek için düşük maliyetli, yeniden kullanılabilir bir destek yöntemi oluşturdu.
Fused Deposition Modeling (FDM) tekniğini kullanan geleneksel 3D baskı; doğrudan statik bir metal yüzeye katman katman yazdırır. Yeni prototip bunun yerine; basılı destekleri değiştirmek için hareketli metal pimlerden yapılmış programlanabilir, dinamik olarak kontrol edilen bir yüzey kullanıyor. Yazıcı ürünü aşamalı olarak oluştururken pimler yükseliyor.
Araştımacı Chen: “Yeni prototibin test edilmesinin, nesneleri basmak için kullanılan malzemelerde yaklaşık % 35 tasarruf sağladığını gösterdi. Doku veya organ oluşturmak için biyomalzemeler kullanarak 3 boyutlu baskı yapan biyomedikal doktorlarla çalışıyorum. Kullandıkları malzemelerin çoğu çok pahalı … (Her biri 500 ila 1000 dolar arasında değişen küçük şişelerden bahsediyoruz.) Standart FDM yazıcılar için malzeme maliyeti kilogram başına 50 ABD doları gibi bir şey, ancak biyo-baskı için daha çok gram başına 50 ABD doları… Yani bu destekleri yazdırmak için kullanılacak malzemeden % 30 tasarruf edebilirsek, bu çok büyük bir maliyetle biyomedikal amaçlı 3 boyutlu baskı için tasarruf sağlayacaktır.
Ayrıca malzeme israfının çevresel ve maliyet etkilerine ek olarak, desteklerin kullanıldığı geleneksel 3 boyutlu baskı süreçleri de çok zaman alıcı…
3 boyutlu baskı yaparken, zamanın yarısında ihtiyacınız olan parçaları oluştururken, diğer yarısında da destekleri oluşturuyorsunuz. Dolayısıyla bu sistemle, ayrıca destek oluşturmuyoruz. Bu nedenle baskı süresi açısından yaklaşık % 40 tasarruf sağlıyoruz.
Geçmişte geliştirilen benzer prototipler; mekanik desteklerin her birini yükseltmek için ayrı motorlara dayanıyor, bunun da satın alınması çok daha pahalı olan ve dolayısıyla 3 boyutlu yazıcılar için uygun maliyetli olmayan yüksek enerji yoğun ürünlerle sonuçlanıyor.
Yani 100 hareketli pininiz varsa ve her motorun maliyeti 10 $ civarındaysa, 100 farklı motoru kontrol etmek için 25 kontrol panosuna ek olarak her şey 1.000 $ ‘dır. Her şey 10.000 $’ dan çok daha pahalıya mal olur.”
Araştırma ekibinin yeni prototipi; her bir desteğini bir platformu hareket ettiren tek bir motordan işleterek çalışır. Platform aynı zamanda metal pim gruplarını yükselterek uygun maliyetli bir çözüm haline getirir. Ürün tasarımına bağlı olarak, programın yazılımı; kullanıcıya platformun tabanına bir dizi metal boru eklemesi gerektiğini söyleyecektir. Bu tüplerin konumu, daha sonra hangi pimlerin 3D baskılı ürünü en iyi şekilde desteklemek için tanımlanan yüksekliklere yükseleceğini belirlerken, aynı zamanda basılı desteklerden en az miktarda israfı yaratır. İşlem sonunda ürüne zarar vermeden pimler kolayca çıkarılabilir.
Araştırmacı Chen; sistemin otomotiv, havacılık ve yat endüstrileri gibi büyük ölçekli üretime de kolayca uyarlanabileceğini söyledi.
Chen: “İnsanlar halihazırda büyük boyutlu araba ve gemi gövdelerinin yanı sıra mobilya gibi tüketici ürünleri için FDM yazıcılar yapıyorlar. Tahmin edebileceğiniz gibi, inşa süreleri gerçekten uzun… (tam bir günden bahsediyoruz.) Öyleyse, bunun yarısını kurtarabilirseniz, üretim süreniz yarım güne düşebilir. Yaklaşımımızı kullanmak, bu tür 3D baskı için birçok fayda sağlayabilir.”
