Bir ürünün hızlı ve dayanıklı prototipi nasıl üretilir?
Güncelleme Tarihi:
Oluşturulma Tarihi: Temmuz 13, 2005 21:33
Bir mal üretilmeden önce, tasarımcılar prototip denilen üç boyutlu benzerini yaparlar. Bu prototip denenir, kullanılır, düzeltilir ve belki yeniden üretilir. Prototip sanayi, yeni teknolojiler sayesinde hızlı bir gelişme içinde.
Üreticiler, yeni bir malı üretmeden önce tasarımını üç boyutlu görmek, dış görüntüsündeki göze çirkin görünen kısımları düzeltmek, parçaların bütün ile uyumunu kontrol etmek, kalıplara ince-ayar çekmek için modelini veya prototipini yaparlar.
Yıllardır çizimlere bakılarak prototip üretmek, hem pahalı hem de yavaş bir süreç gerektiriyordu. Ancak son yıllarda kullanılmaya başlanan çeşitli hızlı-prototip yaratma teknikleri, haftalarca süren bu süreci günlere veya saatlere indirdi.
Hangi maddeler
Otomotiv, tüketim malları ve tıbbi cihaz üreticileri bu teknikleri en fazla kullanan sektörlerdir. Bu arada hizmet sağlayıcıları da müşterileri için model yaratırken sık sık prototip üretmek zorunda kalırlar.
Prototipler genel olarak bir dizi ince reçine katmanlarından, çubuk plastikten veya toz halinde çeşitli malzemelerden yararlanarak üretilir. Stereolitografi ilk süreçtir ve bugün en fazla kullanılan tekniktir.
Kaliforniya, Palo Alto’daki Stereolithography.com şirketinin kurucusu Ron Barranco, "Bugüne dek 30 farklı yöntem denendi, ancak 5 veya 6’sı başarılı oldu" diyor.
Alternatiflerin içinde, birbirine kaynamış tortul modelleme ve 3-D (üç boyutlunun kısaltılmışı) yazıcılar sayılabilir. Bu yöntemler yardımıyla parçalar ucuz ve hızlı bir şekilde üretilebilse de stereolitografi kadar hassas ve dayanıklı olmuyor.
Hızla gelişme var
Nesne boyutu tipik olarak X, Y ve Z eksenleri üzerinde 60 cm’den küçüktür, ancak daha büyük makineler yavaş yavaş ortaya çıkıyor. Bazıları, kalıp ve makine ile işleme gibi gereksinimleri ortadan kaldırarak ticari malları doğrudan üretebiliyor.
Ancak bu ürünlerin bir çoğu geleneksel üretim teknikleriyle elde edilen mekanik, ısıl ve düşük maliyet özelliklerine erişmekte güçlük çekiyor.
Colorado, Fort Collins’teki Wohlers Associates isimli prototip danışmanlığı veren şirketin kurucusu Terry Wohlers, bu yazıyı aldığımız Scientific American dergisindeki demecinde, "Üretim maliyeti yüksek ise hacim küçük ve nesnenin şekli karmaşıktır" diyor.
Sözgelimi kulak içine yerleştirilen işitme cihazları bu şekilde üretilir, çünkü her parçanın müşterinin kulak kanalının şekline göre özel olarak üretilmesi gerekir.
Hızlı-prototip piyasası çok hızlı gelişiyor. Bu gelişmeyi olumlu karşılayanlar, bir sonraki aşamanın daha sert malzemenin daha hassas bir şekilde işlendiği hızlı üretimin olacağını umut ediyorlar.
BUNLARI BİLİYOR MUSUNUZ?
Seçici lazer yapıştırma olarak bilinen teknik giderek daha fazla kullanılıyor. Bu teknikte bir lazer, ısıya duyarlı naylon veya metal tozunu yapıştırarak tabakaları oluşturur. Naylon veya metal tozu platformun üzerine 3 boyutlu baskı yöntemindeki benzer şekilde yayılır. Bu süreç, işitme cihazları gibi her müşteri için özel üretilen ürünler için kullanılır.
Hızlı prototip üretme tekniği ile bir süre sonra insanlar, evlerinin mutfağı veya arabaları için gerekli olan parçaları üretebilecekler. Bunun için hizmet sunucularının internet üzerinden gönderecekleri tasarım verilerinden yararlanacaklar. Wohlers Associates’ten Terry Wohlers’e göre bu senaryo gerçekçi değil, çünkü insanlar Wal-Mart’a gidip ihtiyaçları olan parçaları çok ucuza alabilirler. Wohlers, bu tekniğin en fazla çocuklara yarayacağını düşünüyor: "Sözgelimi bir bilgisayar oyunu olan SimCity 3 boyutlu verilerden yararlanır. Böylece 3-D yazıcı tüm unsurları yaratabilir. 10 yıl içinde yazıcı fiyatları 300 dolara kadar düşünce çocukların yapabileceği okul projelerini bir düşünün."
Stereolithography.com şirketinden Ron Barranco, kaliteyi yükseltmek ve maliyeti düşürmek için gaz lazerlerden katı-hal lazerlerine geçmek gerektiğini düşünüyor. Barranco’ya göre gaz lazerleri çok hassas değil ve çok çabuk aşınıyor.
A) STEREOLİTOGRAFİ:Bir yazılım, söz konusu nesneye ait tasarım verilerini bir dizi, ince kesitler haline dönüştürür. Işığa duyarlı sıvı polimer dolu bir kabın içindeki delikli bir platform, yüzeye yükselir. Sıvı, platformun üzerinde baloncuklar oluşturur. Bu arada bir bıçak, platformu sıyırıp geçince ince bir tabaka oluşur. Bir ayna ile yönlendirilen morötesi lazer ışını, ilk kesitin üzerinden geçerek, kaplamanın hassas bölümlerini katı hale dönüştürür. Platform biraz alçalır ve bıçak katılaşmış alanın biraz üzerindeki sıvıyı düzgün hale getirir. Lazer birincinin üzerindeki ikinci tabakayı sertleştirir ve yapı oluşuncaya kadar bu böyle devam edip gider. Gerekirse destek için sütunlar ilave edilir ve daha sonra bunlar kaldırılır.
B) BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM: Bir yazılım, tasarımcının ham, katı modelleme verilerini şifrelemek için nesneyi bir dizi üçgen şeklinde tanımlar. Bir stereolitografi makinesi daha sonra, modeli fabrikasyon tabakaları şeklinde yeniden tanımlar.
C) BİRBİRİNE KAYNAMIŞ TORTUL MODELLEME: Termoplastik filamanlar ısıtılır ve sıvı haline dönüştürülür. Bir tel çekme kafası, platformun üzerine malzemeyi ince boncuklar şeklinde bırakarak, nesnenin ilk tabakasının hatlarını çizer. Bu aşama pastanın üzerini süslemeye benzer. Platformun soğuk olmasına özen gösterilir. Böylece plastik hızla donar. Platform alçaldıktan sonra ikinci tabaka çekilir ve bu böyle devam eder.
D) 3 BOYUTLU BASKI: Bir bıçak, kompozit, seramik veya model tozunu ince bir tabaka halinde platformun üzerine yayar. Bir baskı kafası, inkjet yazıcılarda olduğu gibi, bağlayıcı bir sıvı püskürtür. Bağlayıcı sıvı, nesnenin ilk tabakasını oluşturmak için tozu sertleştirir. Platform alçalır, daha fazla toz yayılır, bağlayıcı madde ikinci tabakayı oluşturur ve bu böyle devam eder. Fazla toz daha sonra üflenerek uçurulur. Dayanıklılığı artırmak için son parçalara mum veya reçine sürülebilir.
Yıllardır çizimlere bakılarak prototip üretmek, hem pahalı hem de yavaş bir süreç gerektiriyordu. Ancak son yıllarda kullanılmaya başlanan çeşitli hızlı-prototip yaratma teknikleri, haftalarca süren bu süreci günlere veya saatlere indirdi.
Hangi maddeler
Otomotiv, tüketim malları ve tıbbi cihaz üreticileri bu teknikleri en fazla kullanan sektörlerdir. Bu arada hizmet sağlayıcıları da müşterileri için model yaratırken sık sık prototip üretmek zorunda kalırlar.
Prototipler genel olarak bir dizi ince reçine katmanlarından, çubuk plastikten veya toz halinde çeşitli malzemelerden yararlanarak üretilir. Stereolitografi ilk süreçtir ve bugün en fazla kullanılan tekniktir.
Kaliforniya, Palo Alto’daki Stereolithography.com şirketinin kurucusu Ron Barranco, "Bugüne dek 30 farklı yöntem denendi, ancak 5 veya 6’sı başarılı oldu" diyor.
Alternatiflerin içinde, birbirine kaynamış tortul modelleme ve 3-D (üç boyutlunun kısaltılmışı) yazıcılar sayılabilir. Bu yöntemler yardımıyla parçalar ucuz ve hızlı bir şekilde üretilebilse de stereolitografi kadar hassas ve dayanıklı olmuyor.
Hızla gelişme var
Nesne boyutu tipik olarak X, Y ve Z eksenleri üzerinde 60 cm’den küçüktür, ancak daha büyük makineler yavaş yavaş ortaya çıkıyor. Bazıları, kalıp ve makine ile işleme gibi gereksinimleri ortadan kaldırarak ticari malları doğrudan üretebiliyor.
Ancak bu ürünlerin bir çoğu geleneksel üretim teknikleriyle elde edilen mekanik, ısıl ve düşük maliyet özelliklerine erişmekte güçlük çekiyor.
Colorado, Fort Collins’teki Wohlers Associates isimli prototip danışmanlığı veren şirketin kurucusu Terry Wohlers, bu yazıyı aldığımız Scientific American dergisindeki demecinde, "Üretim maliyeti yüksek ise hacim küçük ve nesnenin şekli karmaşıktır" diyor.
Sözgelimi kulak içine yerleştirilen işitme cihazları bu şekilde üretilir, çünkü her parçanın müşterinin kulak kanalının şekline göre özel olarak üretilmesi gerekir.
Hızlı-prototip piyasası çok hızlı gelişiyor. Bu gelişmeyi olumlu karşılayanlar, bir sonraki aşamanın daha sert malzemenin daha hassas bir şekilde işlendiği hızlı üretimin olacağını umut ediyorlar.
BUNLARI BİLİYOR MUSUNUZ?
Seçici lazer yapıştırma olarak bilinen teknik giderek daha fazla kullanılıyor. Bu teknikte bir lazer, ısıya duyarlı naylon veya metal tozunu yapıştırarak tabakaları oluşturur. Naylon veya metal tozu platformun üzerine 3 boyutlu baskı yöntemindeki benzer şekilde yayılır. Bu süreç, işitme cihazları gibi her müşteri için özel üretilen ürünler için kullanılır.
Hızlı prototip üretme tekniği ile bir süre sonra insanlar, evlerinin mutfağı veya arabaları için gerekli olan parçaları üretebilecekler. Bunun için hizmet sunucularının internet üzerinden gönderecekleri tasarım verilerinden yararlanacaklar. Wohlers Associates’ten Terry Wohlers’e göre bu senaryo gerçekçi değil, çünkü insanlar Wal-Mart’a gidip ihtiyaçları olan parçaları çok ucuza alabilirler. Wohlers, bu tekniğin en fazla çocuklara yarayacağını düşünüyor: "Sözgelimi bir bilgisayar oyunu olan SimCity 3 boyutlu verilerden yararlanır. Böylece 3-D yazıcı tüm unsurları yaratabilir. 10 yıl içinde yazıcı fiyatları 300 dolara kadar düşünce çocukların yapabileceği okul projelerini bir düşünün."
Stereolithography.com şirketinden Ron Barranco, kaliteyi yükseltmek ve maliyeti düşürmek için gaz lazerlerden katı-hal lazerlerine geçmek gerektiğini düşünüyor. Barranco’ya göre gaz lazerleri çok hassas değil ve çok çabuk aşınıyor.
A) STEREOLİTOGRAFİ:Bir yazılım, söz konusu nesneye ait tasarım verilerini bir dizi, ince kesitler haline dönüştürür. Işığa duyarlı sıvı polimer dolu bir kabın içindeki delikli bir platform, yüzeye yükselir. Sıvı, platformun üzerinde baloncuklar oluşturur. Bu arada bir bıçak, platformu sıyırıp geçince ince bir tabaka oluşur. Bir ayna ile yönlendirilen morötesi lazer ışını, ilk kesitin üzerinden geçerek, kaplamanın hassas bölümlerini katı hale dönüştürür. Platform biraz alçalır ve bıçak katılaşmış alanın biraz üzerindeki sıvıyı düzgün hale getirir. Lazer birincinin üzerindeki ikinci tabakayı sertleştirir ve yapı oluşuncaya kadar bu böyle devam edip gider. Gerekirse destek için sütunlar ilave edilir ve daha sonra bunlar kaldırılır.
B) BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM: Bir yazılım, tasarımcının ham, katı modelleme verilerini şifrelemek için nesneyi bir dizi üçgen şeklinde tanımlar. Bir stereolitografi makinesi daha sonra, modeli fabrikasyon tabakaları şeklinde yeniden tanımlar.
C) BİRBİRİNE KAYNAMIŞ TORTUL MODELLEME: Termoplastik filamanlar ısıtılır ve sıvı haline dönüştürülür. Bir tel çekme kafası, platformun üzerine malzemeyi ince boncuklar şeklinde bırakarak, nesnenin ilk tabakasının hatlarını çizer. Bu aşama pastanın üzerini süslemeye benzer. Platformun soğuk olmasına özen gösterilir. Böylece plastik hızla donar. Platform alçaldıktan sonra ikinci tabaka çekilir ve bu böyle devam eder.
D) 3 BOYUTLU BASKI: Bir bıçak, kompozit, seramik veya model tozunu ince bir tabaka halinde platformun üzerine yayar. Bir baskı kafası, inkjet yazıcılarda olduğu gibi, bağlayıcı bir sıvı püskürtür. Bağlayıcı sıvı, nesnenin ilk tabakasını oluşturmak için tozu sertleştirir. Platform alçalır, daha fazla toz yayılır, bağlayıcı madde ikinci tabakayı oluşturur ve bu böyle devam eder. Fazla toz daha sonra üflenerek uçurulur. Dayanıklılığı artırmak için son parçalara mum veya reçine sürülebilir.