Stereolitografi—21. Yüzyılda geçerliliğini koruma
30 yaşına girmek, bir düşünme zamanı davet ediyor. 1988“de stereolitografinin (SL) ilk uygulanabilir 3D yazıcı teknolojisi olarak ticarileşmesinden bu yana eklemeli üretim manzarası dramatik bir şekilde değişti. Aslında, ”3D yazıcı“ ve ”eklemeli üretim” terimleri son yıllarda popüler dilde yer buldu.
Eklemeli üretimin kapsamı son yıllarda dramatik bir şekilde değişti. Termoset ve termoplastik malzemeleri, ayrıca metal içeren teknolojiler çoğaldı. 2017 Wohlers Raporu, geniş bir teknoloji yelpazesinde 96 farklı AM ekipman tedarikçisini listelemektedir. Ekipman, yazılım ve malzeme alanındaki ilerlemeler, SL'nin ilk günlerinden bu yana önemli olmuştur; bu, artan bilgisayar gücü ve 3D CAD kurulu tabanındaki büyüme ile eş zamanlıdır. Erken teknoloji tedarik tabanındaki rekabet, patentlerin süresinin dolması ve yeni oyuncuların uluslararası pazara girmesiyle artmıştır. Peki, bu genç teknolojik büyükbabayı neler bekliyor?
Stereolitografi (SL), tüm eklemeli üretim süreçleri gibi, 3D bilgisayar modellerini fiziksel bir şekle dönüştürmek için bir yol sağlar. Malzeme performans özellikleri, uygulama yeteneklerini şekillendirmek için 3D yazıcı metodolojisi ile birleşir. Bugün, 355 nm lazer tabanlı SL teknolojisinin doğasında bulunan özellikler, genişleyen malzeme yeteneklerini kullanarak, en yaygın kullanılan ve en yüksek faydaya sahip AM süreçlerinden birine olgunlaşmayı kolaylaştırmaktadır. SLA terimi, 3D Systems'in tescilli markasıdır ve bazıları tarafından “Vat Polimerizasyonu” olarak AM süreçleri ASTM grubuna giren çeşitli 3D yazıcı süreçlerini kapsamak için sıkça kullanılmaktadır.”
Bu tartışmada stereolitografi, “endüstriyel SL“ üzerine odaklanacaktır; çünkü orijinal teknoloji evrim geçirmiştir ve diğer tüm vat polimerizasyon süreçlerinden farklıdır:
250 mm (9.5 inç) kareden 800 mm (31.5 inç) kareye kadar platform boyutları.
Ultraviyole lazer (355 nanometre dalga boyu) ışık kaynağı
355 nm UV için özel olarak formüle edilmiş malzemeler, şeffaf, pigmentli ve kompozit sistemler
Yukarıdan görüntüleme (üretim platformu aşağıya doğru hareket eder)
Foto Açıklaması: 355 nm Stereolitografi'nin Çözünürlük ve Hassasiyetini Gösteren Metal Kaplamalı Yüksek Hassasiyetli Örnek Parça
0.2 mm'den daha küçük nominal nokta boyutuna sahip bir UV lazer ile fotopolimeri anında sertleştirmek için bir lazer kullanımı, özellikle sürecin yetenekli olduğu parça boyutları aralığı göz önüne alındığında, herhangi bir AM sürecinin en yüksek hassasiyet ve çözünürlük kombinasyonlarından birini sağlar. Bugünün 355nm SL malzemeleri, şeffaflıktan tipik enjeksiyon kalıplı parçalara benzeyen çeşitli renklere kadar mükemmel boyutsal tutarlılık ve yüzey estetiğine sahip parçalar üretebilir. Bu malzemeler, önceki nesillerde karşılaşılan dayanıklılık ve yaşlanma sorunlarını aşarak, prototipleme, kalıplar ve daha fazlasında işlevsel uygulamalar için geniş bir mekanik özellik yelpazesi ile parça üretimine olanak tanımaktadır.
Foto Açıklaması: Aerosport, uluslararası pazarlara yeni giriş yapan UnionTech™ RS Pro600'de, işlem sonunda çok az bitirme gerektiren yüksek hassasiyetli parçalar üretmektedir.
Termoplastik malzemeleri kullanan Eklemeli Üretim (AM) süreçleri genellikle sağlam mekanik özellikleri ile anılmaktadır. Mevcut nesil SL malzemeleri, diğer AM süreçlerinde yaygın olarak kullanılan birçok termoplastik ile performans aralığını önemli ölçüde örtüşecek şekilde seçilebilirken, SL sürecinin tüm hassasiyet ve estetik avantajlarını korumaktadır.
Stereolitografi, bazen malzeme yeteneklerinin eski bir anlayışına dayanan bir prototipleme süreci olarak sıkça tanımlanmaktadır. 355nm SL ekipmanının özellikleri, en son nesil fotopolimerlerle bir araya geldiğinde, prototipleme yeteneklerini ve nihai kullanımları genişleten uygulamalara olanak tanımaktadır. Büyük ölçekli kitle özelleştirmeden (diş hizalayıcılar), düşük hacimli poliüretan parça üretimine, düşük hacimli enjeksiyon kalıplama için alet yapımına ve metal kaplamalı kompozitlere kadar ikincil şekillendirme işlemleri için kalıplarda önemli fırsatlar şu anda aktif olarak takip edilmektedir. Bu uygulamalar, yeniliğin SL'nin diğer geleneksel süreçlerle entegrasyonu yoluyla nasıl elde edilebileceğinin pratik örnekleridir.
Teknoloji Entegrasyonu ile Yenilik
3D yazıcı süreci genellikle yıkıcı bir teknoloji olarak konumlandırılmaktadır, ancak daha iyi bir şekilde olanak sağlayan bir teknoloji olarak düşünülmelidir.
1990’ların sonlarında, Align Technology'nin kurucuları, dişlerin hizalanmasını düzeltmek için bir dizi tutucu ile farklı bir iş modeli hayal ettiler. Bugün, bu uygulama muhtemelen kitle özelleştirmenin en yüksek hacimli uygulama örneğidir. Bireysel hastaların CAD görüntülerini, son hizalayıcıları termoform etmek için kullanılan kalıplara dönüştürmek, çoğu kişinin yıkıcı bir iş modeli olarak adlandıracağı bir durumu mümkün kıldı.
İkincil termoformlama süreci için SL kalıpları, bu uygulamanın bugünkü baskın teknolojisi olmaya devam etmektedir; bu, bu kitle özelleştirme uygulaması için optimize edilmiş büyük format makinelerde hızlı işleme sürelerine dayanmaktadır.
Yatırım dökümü, bilinen en eski metal şekillendirme süreçlerinden biri, SL sürecini yirmi yıldan fazla bir süredir kullanmaktadır. Kalıbı seramikle kaplayan ve ardından sıvı metallerin boş formda dökülmesi için kalıbı tamamen yakarak bir dökümhane sürecinde kullanılmak üzere boş, pürüzsüz duvarlı kalıplar üretme yeteneği. Kalıplanmış mum kalıpları çoğu yüksek hacimli uygulamalarda baskınken, SL, daha düşük hacimli döküm için alet maliyetlerini ortadan kaldırmakla kalmaz, aynı zamanda kalıplanmış bir kalıp sürecinde kolayca elde edilemeyen boyutlar ve parça özelliklerini de kolaylaştırır. Bu uygulama için en son nesil SL fotopolimerleri mükemmel boyutsal tutarlılığa sahiptir ve 355nm fotopolimerlerde yaygın olarak bulunan ağır metaller içermez. Bu kombinasyon, doğru kalıplar ve döküm hatalarına neden olabilecek minimum kül ile birlikte yanma sonrası sağlamaktadır.
Foto Açıklaması: Somos® Element ile Üretilen Yatırım Kalıp Deseni
Yatırım döküm için kullanılan benzer boş parça metodolojileri, büyük parçalara uygulanabilir ve özel mekanik özelliklere sahip “hafif” parçalar oluşturur ve ağırlığı azaltır (daha az malzeme maliyeti). Belçika merkezli küresel AM yazılım şirketi Materialise, hafif yapıları boşaltma ve güçlendirme için birden fazla yazılım seçeneği geliştirmiştir. Bu gelişme, maliyet etkin bir şekilde satış noktası sergileri, mimari modeller ve diğer sanat uygulamaları üretimini kolaylaştırmıştır.
Tam yoğunlukta yüksek hassasiyetli kalıplar üretme yeteneği, ayrıca poliüretan kalıplama, RTV veya silikon kalıplama olarak bilinen başka bir iyi bilinen kalıplama sürecini de kolaylaştırır. Dikkatli bir ikincil bitirme işleminden sonra, desen, poliüretan dökümü için iki parçalı bir kalıp haline gelen bir silikon kauçuk kabuğuna gömülür. Poliüretan malzemeler, enjeksiyon kalıplı termoplastiklerden elde edilen performans seviyeleriyle tutarlı özellikler elde etmek için formüle edilebilir. Silikon alet, birden fazla prototip veya düşük hacim üretimi gerektiğinde düşük hacim serileri için kullanılabilir. Birçok hizmet bürosu, hem tedarik zincirlerini kısaltan hem de düşük hacim tasarımı yaşlandıkça yinelemeli iyileştirmelere olanak tanıyan düzenli düşük hacim parça üretim yeteneklerini desteklemek için özel metodolojiler geliştirmiştir.
Enjeksiyon kalıplama aletlerinin yaratılması, SL'nin en erken günlerinden beri bir gelişim ilgi alanı olmuştur. Prototip ve köprü parçaları için bu potansiyel olarak yüksek hacimli uygulamaya yönelik ana engeller, 3D yazıcıdan üretilen aletin dayanıklılığı ve sıcaklık direnci, alet ömrünün öngörülebilirliği (dayanıklılık) ve cam dolgu sistemleri de dahil olmak üzere geniş bir enjeksiyon kalıplama malzemeleri yelpazesi ile uyumluluğu içermektedir (aşınma direnci). Ayrıca, yumuşak metal (tipik olarak alüminyum) aletlerin yüksek hızlı CNC işlenmesi, kısa teslim süreleri ve öngörülebilir alet ömrü potansiyeli sunan paralel bir teknolojidir. Sadece son 2 yılda, SL parça üretim doğruluğu, malzeme yeteneği (ağır silika dolgu fotopolimerler) ve SL alet yapım uzmanlığını enjeksiyon kalıplama bilgisi ile birleştiren iş modellerinin birleşimi, SL aletlerinin kullanımını artırmıştır. SL 3D baskı ve enjeksiyon kalıplamanın başarılı entegratörleri genellikle hedefin enjeksiyon kalıplı bir prototip olduğunu kabul eder. İçinde CNC işleme operasyonu bulunmayan enjeksiyon kalıplayıcılar, gerçek son kullanım için belirlenmiş termoplastiklerde prototip üretimi için kalıp setlerini kolayca yazdırabilir. Bu, hizmet sağlayıcıları enjeksiyon kalıplama alet bilgisi ile donatmaya yönelik erken çabaları işaret eden bir bayrak geçiş metodolojisi ile ortaya çıkabilecek zorlukları önler.
Foto Açıklaması: RePliForm'dan Dr. Sean Wise (solda) ve meslektaşı Rick Dunlap, 2017 AMUG (Katkılı Üretim Kullanıcıları Grubu) konferansında bakır kaplı dalga kılavuzu ve nikel kaplı esnek ağ dahil olmak üzere yeni elektro kaplanmış stereolitografi parçalarını tutuyor.
Yatırım dökümünde olduğu gibi, fiziksel veya mekanik özellikleri iyileştirmek için bir alt tabaka malzemesinin elektro kaplanması iyi bilinmektedir. RePliForm, Inc'den Dr. Sean Wise, 2000 yılından bu yana bakır ve yapısal nikel kullanarak 3D yazıcı parçaları için elektro kaplama tekniklerini aktif olarak optimize etmiştir. Tüm 3D yazıcı malzemeleri, dayanıklılığı, aşınma direncini, EMI/RFI korumasını, alev alabilirlik direncini ve estetiği iyileştirmek için elektro kaplanabilir. Fotopolimer bazlı yazıcılar; ancak, temel parça hazırlığı ile kolayca kaplanan pürüzsüz, gözeneksiz yüzeyler sunar. 355 üretim SL makineleri ve en son teknoloji malzemeler, parça boyutu ve alt tabaka seçenekleri açısından en geniş yelpazeyi sağlamak için bir araya gelir. Enjeksiyon kalıplama aletleri için kullanılan aynı yüksek dolgu silika fotopolimerleri, mekanik özellikleri dökme nikel ile yaklaşan bir Nikel/bakır/SL kompoziti için son derece ince (0.010 ila 0.040 inç) alt tabakalar oluşturabilir. Bu mekanik performans seviyesi, polimer AM ile doğrudan AM metal arasındaki boşlukta önemli bir fırsat köprüsü yaratır. Mekanik özelliklerin yanı sıra, SL'nin tasarım esnekliği ile bir bakır kaplama, maliyet etkin bir dalga kılavuzu veya “anten konfigürasyonu” oluşturabilir. Yapısal nikelin yenilenebilir bir aşınma yüzeyi oluşturduğu başka parçalar da şu anda üretim aşamasındadır.
Foto Açıklaması: Stereolitografi süreci, kısa üretimler için alet oluşturmak amacıyla başarıyla kullanılmaktadır.
30 yaşına girmek değişiklikler getiriyor. Ekipman, malzemeler ve yazılım dahil 355 nm SL; yalnızca prototipleme için değil, aynı zamanda son kullanım üretim süreçlerinde de en yaygın kullanılan 3D baskı teknolojilerinden biri haline gelmiştir. Mevcut gelişmelerin ve geniş bir doğrudan ve dolaylı üretim teknikleri yelpazesinde kullanımının yanı sıra, yeni prototipleme yeteneklerinin gelişimi uzun bir yaşam için umut veriyor.
