Gelecek Vadeden 3D Baskı Yöntemi Geliştirildi

Araştırmacılar, fotopolimerizasyon yoluyla, cisimlerin geometrilerini hacimsel olarak sentezleyebilen Bilgisayarlı Eksenel Litografi (CAL) yöntemini geliştirdi. İki yıldır geliştirilmekte olan CAL yöntemi, 3D baskıda önemli bir gelişme olup bu yöntemin potansiyel olarak da yaygın bir etkiye sahip olması bekleniyor. Farklı yaklaşımlarla birden fazla alanda kullanılması beklenen yöntemi daha yakından inceleyelim.

A- A+

14.02.2019 tarihli yazı 7958 kez okunmuştur.

3D 3D Baskı CAL Yöntemi 3D Yazıcı Bilgisayar Destekli Tasarım Reçine Teknoloji

Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL) ve Berkeley’deki California Üniversitesi (UC Berkeley)’nden bilim adamlarının geliştirdiği yüksek hızlı 3D baskı yöntemi, Science dergisinin 31 Ocak sayısında açıklandı. Makale yazarları, CAL yönteminin geleneksel baskı yöntemlerine göre avantajları olduğunu belirtti. CAL ile önceden var olan katı bileşenlerin etrafına 3D yapıların basılması mümkün. CAL, daha büyük baskı hacimlerine ölçeklendirilebilir. Ayrıca mevcut 3D baskı tekniklerinden daha hızlı olması da bir diğer avantajıdır.

Bir projektör, üç boyutlu bir videoyu ışığa duyarlı reçine bulunan kaba ışınlar. Kap birkaç dakika dönerken, video oynatılır. Daha sonra sıvı boşaltılır ve 3D nesne oluşturulur. Geliştirilen 3D baskı yönteminde bilgisayarlı tomografiden esinlenildi, çünkü iletilen enerji kalıplarının tümör gibi bir nesnenin geometrisini ortaya çıkarmak için analiz edilmesi gerekiyor. Bu yöntemde, şurup benzeri bir reçineyi aydınlatmak için yansıtılmış fotonlar kullanılıyor. Reçine kabı, dinamik olarak gelişen bir ışık düzeniyle döner ve ışığa duyarlı malzemenin hacmini aydınlatarak, üç boyutlu bir nesne içindeki tüm noktaların aynı anda basılmasını sağlar.

Araştırmacılar, birden fazla lazer ışını yerine bir projektör kullanarak, 1440 farklı iz düşümünü 3D alanda derece başına dört ışın döndürerek reçineyi parlatabileceklerini gösterdiler. Bu sürecin kontrol edilmesi lazer bazlı hacimsel yöntemlerden daha kolay. Ayrıca bu yöntem, eğri ve pürüzsüz yüzeyler oluşturma gibi daha geniş geometrik esneklik sağlar.

►İlginizi Çekebilir: Atık Kağıtlardan Nesne Üreten 3D Yazıcı Geliştirildi

2016 yılında, LLNL’deki hacimsel proje üzerinde çalışan UC Berkeley profesörü Hayden Taylor ile yüksek lisans öğrencisi Brett Kelly, geometrik özgürlüğü genişletmek ve daha karmaşık nesneleri basabilmek için alternatif bir yöntem gerektiğine karar verdiler. Bilgisayarlı tomografiden üç boyutlu görüntüleri modellemek için sayısal olarak bir çözüm buldular.

Taylor, “Hacimsel çok parçalı baskılar hızlı bir şekilde baskı yapabilir, ancak en önemli sorunu basit geometrisidir. CAL, ışığa duyarlı malzemeye göre dönmeye başlar; bu da onun geometrik olarak daha yetenekli olmasını sağlayan özelliğidir. İsteğe bağlı olarak dönme derecesi artırılabilir. Tomografik görüntülemeye uyarlayabileceğimizi ve herhangi bir simetriye sahip olmayan nesneleri bile oluşturabileceğimizi düşündük.” dedi.

Bu süreç bilgisayar destekli tasarım (CAD) ile başlar. CAD ile ürün tasarımında bilgisayar yazılımları kullanılır. İzdüşümü her açıdan hesaplanır ve araştırmacılar, tasarım değişimleri ve kontrol sistemlerini değerlendirmek için optimizasyon algoritması oluştururlar. Reçine kabının dönüşüne göre ayarlanmış bir hızda oynatılabilen bir dizi görüntü ile nesne oluşturulur. Birkaç dakika içerisinde 3D yapısı belirir. Araştırmacılar ışınlamayı durdurur, sertleşmemiş sıvı boşaltılır ve sadece basılan ürün kalır.

►İlginizi Çekebilir: 100 Kat Daha Hızlı Çalışabilecek 3D Yazıcı Geliştirildi

Bu çalışmada, ışığın reçine ile nasıl etkileşime girdiği araştırıldı. Sadece pozitif değerlere sahip bir 2D görüntü dizisi oluşturmak için sınırlı optimizasyon kullanan “filtrelenmiş geri iz düşüm” algoritmasının değiştirilmiş bir versiyonu uygulandı. Bu algoritma, reçineyi düzgün bir şekilde katılaştırır ve istenen nesneyi oluşturmak için ışık dozajını doğru dağıtacak olan matematiksel sistemi oluşturur. Bhattacharya, yansıtılan görüntülerin ne olacağını belirlemek için en başından hesaplama yapılması gerektiğini söyledi.

Şekilleri ve yoğunlukları doğru bir şekilde elde etmek için karışık hesaplamalar gerektirmesi ve az ışığa maruz kalındığında sıvı halde kalan bir malzemenin formüle edilmesi araştırmacıların karşılaştığı zorluklardır.

3D baskı reçinesi, ışığa duyarlı moleküler ve çözünmüş oksijenle karıştırılmış sıvı polimerlerden oluşur. Işık, oksijeni tüketen ışığa duyarlı bileşeni aktive eder. Sadece tüm oksijenin kullanıldığı 3D bölgelerde polimerler, reçineyi sıvıdan katıya dönüştüren ‘çapraz bağları’ oluşturur. Kullanılmayan reçine de oksijen atmosferinde ısıtılarak geri dönüştürülebilir.

Bu çalışmada, parçaların çoğunu üreten Hossein Heidari, yumuşak malzemelerdeki son derece hassas mikro yapıları da basabileceklerini söyledi. Bu, doku mühendislerinin ve biyolojik baskı topluluğunun uzun süredir karşılaştığı fabrikasyon kısıtlamalarının çoğunu ortadan kaldırabilir. UC Berkeley ekibi, LLNL’nin Laboratuvar Yönlendirmeli Araştırma ve Geliştirme (LDRD) projesinde, yumuşak malzemeler ve doku mühendisliği gibi yaşam bilimleri ile ilgili uygulamaları araştırıyorlar.

Diğer ışık tabanlı tekniklerde dahil olmak üzere çoğu 3D yazıcı, nesneleri katman katman oluşturur. Bu, esnek nesne oluşturmaya engel olur. Çünkü baskı işlemi sırasında malzemeler bükülüp deforme olabilir. Kelly, artık herhangi bir nesneyi tasarım dosyasından alıp, malzemelerin üst üste eklenmesiyle oluşturulan katmanlı üretim yerine bir bütün olarak oluşturulabileceğini söyledi. Araştırmacılar, 3D yazıcıyı test etmek için özelleştirilmiş bir çene kemiği modeli ve Rodin’in düşünen adam heykeli gibi birçok nesne oluşturdular.

Standart bir projektör ve kullanıma hazır kimyasallar ile baskı yapabilen CAL, çok ışınlı hacimsel yaklaşımdan daha ucuzdur. Esnekliği, geniş malzeme yelpazesi ve kullanım kolaylığı CAL yöntemini, bilim adamlarının ulusal güvenlik, uzay, optik, havacılık, tıp, dişçilik, otomotiv ve dayanıklı tüketim malları alanındaki uygulamalar için umut verici bir teknoloji haline getirmektedir. Araştırmacılar, daha büyük hacimlerde yapılar üretme konusunda çalışmalarının devam edeceğini söyledi.