IŞIKLA KÜR TEKNOLOJİSİ

HAZIRLAYAN ; FERDİ ÖNEN

IŞIKLA KÜR TEKNOLOJİSİ

Işıkla kür teknolojisinde, foto polimer maddeden oluşturulmuş (ham, kür olmamış)

katman, ışık enerjisi ile istenilen bölgelerde kür edilir. Foto polimer, ışık enerjisine maruz

kaldığında kimyasal reaksiyona uğrayarak mekanik ve kimyasal yapısı değişen bir tür

polimerdir.

Bu tekniği kullanan cihazlarda, daha ucuz olan düşük güçlü ışık kaynakları (lazer)

kullanmak ve/veya daha hızlı bir şekilde katman inşasını bitirmek için genellikle foto

polimere, tam olarak kür olmasına yetecek kadar enerji verilmez ve %100 kür seviyesine

ulaşmak için ise inşa sonrasında ek bir kür işlemi yapılır. "Post-cure" denilen bu işlemde, yarı

kür olmuş parçalar, içinde güçlü (kızılötesi) ışık veren ampuller bulunan bir kabinde yeterli

sürede bekletilir. Tabii ki ek kür uygulaması için foto polimerin yeterince şeffaf olması

gerekir, aksi halde kür işleminin katman inşası sırasında bitirilmesi gerekir.

Işıkla kür teknolojisi, ışığın nasıl yönlendirildiği ve kontrol edildiğine bağlı olarak kendi

arasında tarayarak ve maskeleyerek olmak üzere ikiye ayrılır.

1.1. TARAYARAK IŞIKLA KÜR EDİLMESİ

Bu teknikte, noktasal bir ışık kaynağı ile seçilen bölgeler taranarak kür edilir. Noktasal

ışık elde etmek için çoğunlukla aynalar ile yönlendirilen bir lazer kaynağı kullanılır.

Yalnız camdan yapılmış(suyun hortumdan akışı gibi içinden ışığın geçtiği) esnek ve

ince fiber-optik kablolar ile lazer ışığını yönlendirilen sistemler de vardır. Fiber-optik kablo

kullanan bazı cihazlarda ise ışık kaynağı olarak, pahalı lazer sistemleri yerine bir mercek ile

toplanmış (kızılötesi) ampul ışığı kullanılır.

Aşağıda sıralanan cihaz ve teknolojilerin hepsinde inşa malzemesi olarak kullanılan

ham (kür olmamış) foto polimer oda sıcaklığında sıvı haldedir fakat istisna olarak katı foto

polimer kullanan bir cihaz da vardır. Denken/Solid Jet firması ise macun kıvamında foto

polimer reçine kullanımı konusunda araştırmalar yapmaktadır.

Stereo litografi (STL, SereoLithoraphy) Teknolojisi

Stereolithography (stereolitografi), adından da anlaşılacağı üzere matbaacılıkta

yıllardan beri iki boyutlu baskılar için kullanılan litografi tekniğinin üç boyuta "stereo"

aktarılmış şeklidir. Her ne kadar bu isim öncelikle 3D Systems firması tarafından kullanılsa da,

tescil ettirdiği bir markası olmadığı için rakip firmalar da kendi teknolojilerini aynı isimle

adlandırmışlardır.

Bu teknikte, bir lazer kaynağından elde edilen ışık enerjisi ile sıvı halde bir kapta

birikmiş olan foto polimer yüzeyinin taranmasıyla gerekli kısımlar kür edilerek sertleştirilir.

Bir katman bittikten sonra parçanın bulunduğu platform (elevator) katman kalınlığı kadar

aşağı indirilir ve bir kanat yardımıyla yeni bir kat sıvı foto polimer kaplanır. İnşa bittikten

sonra platform yukarı çekilir ve manüel olarak destek sütunları kopartılır. Çoğunlukla ulaşılan

ilk kür derecesi yeterli olmadığından parça bir süre daha özel bir fırında UV (morötesi) lamba

ışığı altında bekletilerek kür reaksiyonunun tamamlanması sağlanır. Bu teknik İngilizcede

"postcuring" olarak adlandırılır.

Şekil 1:Sistemin çalışma prensibi

Sıvı foto polimeri ışıkla tarayarak kür teknolojisini kullanan birçok firma küçük

farklarla aynı prensibi kullanır. Yalnız Denken Eng/SLP ve Autostrade/ E-DARTS cihazları bu

yöntemin tersi bir yolla parçayı alt tarafından inşa ederler.

1986 yılında Charles Hull tarafından kurulan 3D Systems firması oto inşa teknolojisi

sahasında dünyadaki ilk ticari ürünü çıkaran firmadır (1988). Günümüzde de yaptığı satış

itibariyle bu sektörün yarısına yakınını elinde tutmaktadır. Daha sonraları benzer teknolojiyi

kullanarak üretim yapan birçok firma türemiştir

Solda, Charles Hull tarafından konuyla ilgili alınmış ilk patente ait bir resim

görülmektedir. "Stereolitografi ile üç boyutlu objelerin üretimi" (Apparatus for production of

three-dimensional objects by stereolithography) başlıklı, 11 Mart 1986 tarih ve 4,575,330

numaralı bu ABD patentini almak için Hull, 8 Ağustos 1984'de başvuru yapmıştır. Başvuru

sırasında henüz 3D Systems kurulmamış olduğu için patent sahibi firma olarak UVP, Inc. (San

Gabriel, CA) gözükmektedir.

Sağda, 3D Systems, ilk olarak, şimdi üretimden kaldırılmış olan SLA 190 modelini

piyasaya çıkarmıştı. SLA, "StereoLithography Apparatus" yani "stereolitografi cihazı"

anlamına gelmektedir. Diğer modeller, piyasaya çıkma sırasına göre aşağıdaki tabloda

sıralanmıştır:

Model En büyük inşa hacmi (X,Y,Z mm)

SLA 190 190 x 190 x 190

SLA 250 254 x 254 x 254

SLA 500 508 x 508 x 603

SLA 350 350 x 350 x 400

SLA 3500 350 x 350 x 400

SLA 5000 508 x 508 x 584

SLA 7000 508 x 508 x 600

Viper si2 250 x 250 x 250

Viper Pro 1500 x 750 x 500

Kırmızı renkli gösterilen modeller artık (2006 itibariyle) üretilmiyor. 250, 350 ve 500

modelleri için sadece malzeme ve teknik destek veriliyor.

Bazı modeller ve başlıca teknik özellikleri:

Viper Pro SLA system: Ekim 2005'de piyasaya sürülen ve Euromold 2005 Fuarı'nda

ilk defa sergilenen bu model, daha önceki SLA modellerine kıyasla en büyük inşa zarfına

sahiptir (1500 x 750 x 500 mm) ve yüksek kapasiteli üretimler için kesintisiz çalışmak üzere

tasarlanmıştır.

Ayrıca, ilk defa bu sistemde 650 x 350 x 300 mm'den 1500 x 750 x 500 mm'ye kadar

değişen 4 farklı inşa hacimlerine sahip RDM üniteleri bulunmaktadır. İki küçük boy RDM aynı

anda kullanıldığında, birisinde lazer ile tarama yapılırken diğerinde ise son inşa eidlen katman

üzerinde reçine yayma (Zephyr Recoating) işlemi yapılabilir. Bu sayede lazer hiç durmadan

çalışıp parça inşa ederek maksimum zaman verimliliğine ulaşılır.

Lazer: Solid state frequency tripled Nd:YVO4 (354.7 nm dalgaboyu)

Lazer gücü: 2000 mW

Lazer çapı: 0.13 mm - 0,76 mm arası değişken.

Reçine yayma tekniği: Removable blade ZephyrT recoating system

Katman kalınlığı: 0.05mm - 0.15mm

İnşa zarfı: 650 x 350 x 300 mm - 1500 x 750 x 500 mm (4 farklı RDM ünitesi)

Şekil 2:Viper Pro SLA system

Şekil 3:4 farklı RDM ünitesinden biri

Viper si2: Bu cihazın normal ve yüksek çözünürlük olarak iki çalışma modu

vardır.Lazer: Solid state Nd:YVO4 100mW Lazer (354.7 nm dalgaboyu)

Reçine yayma tekniği: ZephyrT recoating system

Katman kalınlığı: 0.05mm

İnşa zarfı: 250 x 250 x 250mm (yüksek çözünürlükte: 125x125x250mm)

Lazer çapı: 0.25mm (yüksek çözünürlükte: 0.075mm)

Viper si2 SLA 7000 SLA 3500

SLA 7000: Solid State frequency tripled Nd:YV04 lazer (800 mW, 354.7 nm

dalgaboyunda) Min. 0.025 mm katman kalınlığı "Zephyr Recoater" ile sağlanmaktadır.

Maksimum 508 x 508 x 600 mm XYZ inşa hacmine sahiptir ve havuza bir seferde 253.6 L foto

polimer yüklenebilir.

SLA 5000: Solid state frequency tripled Nd:YV04 lazer (216 mW gücünde ve 354.7

nm dalgaboyunda) ZephyrT Recoater ile min 0.05mm katman kalınlığı yayılabilir. 508 x 508 x

584 mm XYZ ölçülerinde bir inşa zarfına sahiptir.

SLA 3500: Solid State Nd:YV04 lazer (160 mW gücünde ve 354.7 nm dalgaboyunda)

Zephyr Recoater ile min. .05mm katman kalınlığı yayılabilir. 99.3 L havuz kapasitesine sahip

bu model max. 350 x 350 x 400 mm XYZ inşa zarfına sahiptir.

Zephyr Recoating: 1996'da üretilen SLA 350 den bu yana tüm modellerde "Zephyr"

ticari ismiyle anılan bu sıvı yayma tekniği uygulanmaktadır. Önceki modellerde ise daha yavaş

çalışan sabit bir kanat (doctor blade) kullanılıyordu. Bu teknikte yüzeye fotopolimer yayan

kanat içinde bir miktar fotopolimer sıvı vakum ile yüzeyden yüksek seviyede tutulur. Bu,

önceki modellerde kullanılan normal kanatçığa nazaran daha hızlı ve ince bir sıvı

yayılabilmesini sağlar. Bu sayede kapalı boşluklara sahip kesitlerde aşırı sıvı birikme problemi

de ortadan kalkmıştır.

Resim 1 de lazer bir katmanın katılaştırmasını bitirdiğinde, Zephyr Recoater sıvı

yayma için hazırdır. Sarı renkte gösterilen katılaşmış reçine (inşa helindeki parça), mavi

renkteki ise sıvı haldeki reçinedir.

Resim 2 Yeniden sıvı kaplama öncesi parça bir katman kalınlığı kadar aşağıya indirilir.

Resim 3 Zephyr Recoater hareket ederek parça yüzeyine ince ve düzgün bir şekilde

sıvı reçineyi yayar,

Resim 4 Lazer bir sonraki katmanı katılaştırmaya başlar ve bu arada vakum ile

hazneye yeniden sıvı reçine çekilir.

3D Systems, kendisininkine benzer StereoLithography teknolojisini kullanan bazı rakip

firmalara açtığı patent davalarını kazanarak bu firmaların kapanmasına ve tüm

teknolojilerinin devralınmasına sebep olmuştur:

Quadrax (ABD) Firması'nın 1990 yılında piyasaya çıkan Mark 1000 model cihazı görünür

dalga boyunda lazer ışığı kullanıyordu. Quadrax, Şubat 1992 yılında patent davasını

kaybederek 3D Systems tarafından tüm patent haklarıyla birlikte devralınmıştır.

3D Systems'in Avrupa'daki en büyük rakibi EOS Gmbh, uzun süren patent davaları

sonucunda stereos serisi cihazlarının üretimini durdurmuş ve patent haklarını 3D

Systems'e devretmiştir. Yapılan anlaşmayla, 3D Systems seçmeli sinterleme konusundaki

bazı patent haklarını EOS'a (EOSINT cihazlarında kullanılmak üzere) devretmiştir.

DuPont (ABD), SOMOS ismini verdiği StereoLithography teknolojisini 1995

yılında Aaroflex (ABD) firmasına devretmiştir. Kendi cihazlarıyla bir süre dışarı servis

hizmeti veren Aaroflex, süren patent davalarının sonucunda hiç satış yapamadan 2001

yılında kapanmıştır.

Solda: Yeni geliştirilen bir telefon cihazı gövdesinin bilgisayar görüntüsü

Ortada: Bir önceki veri kullanılarak SLA ile inşa edilmiş prototip.

Sağda: Yeni geliştirilen ince destek yapısı inşa bitiminde (ucu pamuklu bir plastik kürdan

yardımıyla) rahatlıkla kırılabilir.

QuickCast (Çabuk Döküm) ;Ticari ismiyle anılan bir inşa

stilinde imalat sırasında parça içinde boşluklar bırakılır.

İnşa bitiminde boşluklarda kalan sıvı foto polimer açılan

bir delikten dışarı akıtılır. Böylelikle hem daha az malzeme

harcanmış olur, hem de hassas dökümde kullanılmaya

elverişli bir model elde edilmiş olur. Aksi halde içi dolu malzeme fırınlama sırasında eriyip

akacağına şişerek çevresindeki seramik kabuğu kırar. QuickCast inşa stili 3D Systems

tarafından sürekli geliştirilmektedir. Önceleri üçgen ve kare şekiller kullanılmaktayken

2001 yılı itibariyle QuickCast 2,0 versiyonunda bal peteği şeklinde zayıflatılmış bir yapı

kullanılmaktadır (aşağıda, solda). Petek yapısının kolay parçalanabilmesi için altıgenlerin

yan yüzeyleri sadece köşelerinden, zayıf bir şekilde diğer yüzeylere tutturulmuştur. Bu

aynı zamanda sıvı foto polimerin drenajında da kolaylık sağlamaktadır (aşağıda, sağda).

Yukarıda: QuickCast 2.0 zayıflatılmış petek yapısının üst ve izometrik görünüşleri.

SL sistemleri için birçok farklı mekanik, optik ve kimyasal özelliklere sahip fotopolimer

reçineler mevcuttur. 3D Systems, Vantico ile olan işbirliğinin sonlanması ve İsviçre tabanlı

reçine üreticisi RPC firmasını satın almasının ardından 23 Nisan 2002tarihi itibarı ile SLA

sistemleri için foto polimer reçineleri Accura markası altında satışa başlamıştır. Bunun

yanında Vantico ve DSM Somos'un da çeşitli reçineleri mevcuttur. Örneğin, DSM Somos

firmasının geliştirdiği Water Clear markalı foto polimer reçine ile SLA sistemlerinde cam

benzeri şeffaf modeller direkt olarak inşa edilebilmektedir.

OptoForm LLC, DCM

OptoForm LLC, aşağıda gösterilen CMET/TSR-1971 ve D-MEC/SCR802 uygulamalarına

benzer şekilde, SL tekniğinde seramik veya metal tozu karıştırılmış kompozit fotopolimer

reçine kullanabilen oto inşa cihazları üretmek üzere kurulmuştur. Avrupa'da bu konuda

birçok patent sahibi Fransız OptoForm SARL firması Şubat 2001 tarihinde ABD tabanlı 3D

Systems tarafından satın alınmıştır. Ardından, 20-03-2002 tarihinde oto inşa sistem

üreticisi 3D Systems ve malzeme üreticisi DSM Somos ortaklığıyla OptoForm LLC

(Valencia, CA) ismiyle yeni bir firma ABD'nde kurulmuştur. OptoForm LLC, ADM

(Advanced Digital Manufacturing / İleri Sayısal İmalat) ismi verilen bu yeni teknolojinin

imalatı ve pazarlamasıyla ilgilenecektir.

Solda: 2002 sonunda ticari hale getirilmesi hedeflenen ADM tekniklerinden

DCM(Direct Composite Manufacturing / Direkt Kopmpozit İmalat) ile cam elyaf takviyeli

kompozit plastik, seramik ve metal malzemelerden parça ve/veya kalıp inşa

edilebilecektir.

Sağda: Optoform (Fransa) firması tarafından dönen merdaneli yayma mekanizma ve

teknikleri konusunda alınmış WO 00/51809 nolu ve 08.09.2000 tarihli uluslararası

patentten bir resim görülmektedir. %35-60 hacimsel oranında ve 20-50µm boyutlarında

toz içeren kompozit reçinelerin macun gibi koyu kıvamda olması sebebiyle ince

katmanları oluşturabilmek için döner merdaneli katman yayma(recoating) teknikleri

kullanılmakta ve bu işlem, dalgalanma ve yüzey gerilimi problemleri olmadığı için sıvı

fotopolimer reçineye göre daha yüksek hızlarda yapılabilmektedir.

Ayrıca malzemenin koyu kıvamı ve yüksek kaldırma kuvveti sayesinde çok az veya hiç

destek yapısı kullanmadan inşa yapılabilir.

Malzeme kartuşlar halinde cihaza yüklenmekte ve gerektikçe kullanılmaktadır. Bu

sayede sıvı fotopolimer kullanan SL cihazlarında olduğu gibi çok miktarda reçine dolu bir

tekneye (vat) ihtiyaç kalmammakta, inşa edilen katman tekneye daldırılacağına, sadece 2

litrelik bir kartuştan gelen macun yüzeye eklenmektedir.

İnşa edilen seramik veya metal katkılı modeller ek bir sinterleme işlemi sonrası

tam dayanıma ulaşmaktadır. Solda, bu teknikle inşa edilmiş seramik ve metal

(paslanmaz çelik) parçalardan örnekler görülmektedir.

OptoForm LLC, hassas döküm için uygun özelliklere sahip ve/veya düşük

maliyetli modeller inşa edebilmek için köpük partikülleri katkılı fotopolimer

reçineler üzerine de yeni bir patent almıştır.

Quadrax Laser Technologies Inc., (Laser Modeling System)

Quadrax firmasının stereolitografi prensibine göre

çalışan cihazı, birçok benzerinden farklı olarak görünür

dalga boyunda lazer ışığı ile kür olabilen bir sıvı

fotopolimer malzeme kullanıyor ve yine görünür ışık

veren bir lazer kaynağı ile bu malzemeyi katmanlar

halinde kür ediyordu. Bu fotopolimer doğal kırmızı bir renge sahipti (yandaki resime

bakınız). Sistem, 10 Aralık 1991 tarihli ve 5,071,337 numaralı ABD patenti ile

korunuyordu. Solda, Quadrax 1000 modeli cihaz görülmektedir. 2m yüksekliğindeki bu

cihaz, 305x305x305mm (12"x12"x12") ebadında bir inşa zarfına sahipti ve minimum

0.09mm çapında odaklanabilen 5W gücünde bir Argon-Ion lazeri kullanıyordu.

Quadrax, 3D Systems ile aralarındaki patent anlaşmazlığı davasının aleyhlerine

sonuçlanması sonucunda Şubat 1992 tarihinde piyasadan çekilmiş ve tüm patent hakları

3D Systems tarafından devralınmıştır. Quadrax sadece 2 adet sistem satabilmiştir.

AAROFLEX, (Solid Imager)

Bu sistem, orijinal olarak DuPont (ABD) firması tarafından 1989'da geliştirilerek

1995'de Aaroflex'e lisanslanan SOMOS isimli StereoLithography teknolojisini ve

fotopolimer malzemelerini kullanıyordu. Kendi cihazlarıyla bir süre dışarı servis

hizmeti veren Aaroflex, 3D Systems ile aralarında süren patent davalarının sonucunda

hiç satış yapamadan 2001 yılında kapanmıştır.

DuPont, 1991 yılında aynı teknolojiyi Doğu Asya pazarına yönelik olarak Teijin Seiki

Firmasına lisanslamıştı. Şu anda ise bu ürünler CMET tarafından pazarlanmaktadır.

EOS (StereoLithography)

1989'da kurulan ve 1990'da ilk satışını yapan

EOS Gmbh, 3D Systems firmasının Avrupa'daki en

büyük rakibi iken daha sonraları (1997) patent

anlaşmazlığı sebebiyle 3D Systems firması

tarafından açılan davayı kaybederek ışıkla kür

prensibine göre çalışan cihazlarının üretimini

durdurmuştur.

EOS GmbH artık sadece ısıtarak toz bağlama

prensibine bağlı EOSINTcihazlarını üretmektedir.

EOS'un cihazları içerdiği bir 3D lazer geometri

tarayıcı ünitesi ile aynı zamanda "reverse

engineering" (tersten mühendislik) işlerinde de

kullanılabiliyordu. Böylece kür için kullanılan lazer

aynı zamanda 3D sayısallaştırma (3D digitizing)

amacıyla da kullanılarak bir ekonomi sağlanmış oluyordu.

STEREOS farklı bir destek yapısı kullanıyordu: Sadece gerekli

noktalara sütunlar koymak yerine, petek benzeri bir yapının

üzerinde parçayı inşa eder. Petek yapısı ile asıl parça

arasındaki kısımlara denk gelen polimer daha az lazer

enerjisine maruz bırakılarak çürük bir şekilde kür edilir. Bu

sayede destek yapısının asıl parçadan koparılması

kolaylaşmış olur.

F&S GmbH, (StereoLithography)

Fockele & Schwarze firması iki fizikçi olan Dr. Matthias Fockele ve Dr. Dieter Schwarze

tarafından 1990'da kurulmuştur. 1992 yılında kurdukları F&S Stereolithographietechnik

GmbH ise 1994'de ilk ticari ürüne sahip olmuştur.

Solda görülen FS-RealizerSTL modeli otoinşa cihazında, inşa malzemesi olarak,

piyasada diğer cihazlar için üretilmiş olan ve 355 nm dalga boyunda lazer ışını ile kür

olabilen her türlü fotopolimer kullanılabilir.

Cihazın önemli bazı teknik özellikleri şöyle sıralanabilir:

Katı hal lazeri: 150mW @ 355 nm

İnşa zarfı (x,y,z): 500x400x300 *mm+

Cihaz ölçüleri: 800x800x2200 [mm]

Solda, FS-RealizerSTL inşa odasında bir "Star Trek" uzay gemisi modeli ve destek

yapısı, sağda ise hassas döküme uygun olması için 3D Systems / QuickCast benzeri, içi

boşluklu inşa edilmiş bir model görülmekte.

SONY / D-MEC Ltd. (SCS)

Üç farklı Japon firmasının işbirliği ile hayata geçirilen SCS (Solid Creation System)

sisteminin donanım ve yazılımı SONY Corp., DESOLITE markalı, fotopolimer reçinesi ise

Tsukuba City'de bulunan JSR (Japan Synthetic Rubber) Corp. tarafından imal edilmektedir. D-

MEC (Design- Model Engineering Center) Ltd., SONY markası ile piyasaya sunulan bu

cihazların Japonya'daki sistem entegrasyonu, sektörel uygulamaları, pazarlama, satış ve

servisini yürütmektedir. Uluslararası pazarlamayı ise SONY üstlenmiştir.

JSR'nin bir alt firması olarak 28 Şubat 1990'da kurulan D-MEC, aynı yıl ilk ticari ürününü de

piyasaya sunmuştur. D-MEC'in %100'üne sahip olan JSR, Japonya'nın en büyük sentetik

kauçuk üretici firmasıdır ve 1995 yılı itibariyle Dünya'nın en büyük dördüncü (UV curable)

fotopolimer reçine üreticisidir. JSR, JFC (Japan Fine Coatings) ile birlikte ABD Chigago tabanlı

DSM Resins firmasıyla (1995 yılı itibariyle) 14 yıllık ortak girişimle işbiliği yapmışlardır.

1998 yılında bazı patent anlaşmazlıklarının çözümü için SONY, 3D Systems ile karşılıklı lisans

(cross-licensing) anlaşması yapmıştır. Mayıs 2003'de sonuçlanan bir mahkeme kararı ile de

SONY, ürünlerini ABD'nde satma hakkını kazanmıştır. Mayıs 2004 tarihinde ise Sony

ABD'ndeki ilk SCS-9000D sistemini Prototypes Plus isimli bir servis bürosuna satmıştır.

2002 yılı itibariyle D-MEC tarafından sunulan otoinşa cihazları aşağıda gösterilmiştir:

SCS -1000HD 300×300×270mm

SCS-300P 300×300×300mm

SCS-2000 600x600x500mm

SCS-1000HD ; Bu cihaz, 0.05-0.20mm arasında değişebilir odak çapına sahip bir He-

Cd lazer sistemi kullanarak yüksek çözünürlüklü hassas modeller inşa edebilir. Örneğin bir

konnektör prototipindeki 0.2x0.2mm ölçülerinde, yan yana dizilmiş birçok kare delik

üretilebilir.

SCS-300P; Düşük maliyetli ve küçük inşa hacimli bu model katı hal lazeri

kullanmaktadır.

SCS-2000; bir önceki modeli olan ve yüksek satış hacmine sahip JSC 2000 sisteminin

yeni nesil modelidir.

SCS-8000 600×500×500mm

SCS-8000 Duet Scan 600×500×500mm

SCS-9000/9000D 1000×800×500mm

SCS-8000 ; Bu cihaz SCS-2000 modelinden 4 kat hızlıdır. 800mW gücünde 60 kHz'lik

bir katı hal lazeri (semiconductor excitation solid-state laser) kullanır ve 0.05 - 0.4 mm

değişken katman kalınlığında inşa yapabilir.

SCS-8000; Duet Scan Çift ışın tarama yapan bu cihaz SCS-2000'den 16 kat hızlıdır. 2.7

W gücünde, 60 kHz'lik bir katı hal lazere sahiptir (semiconductor excitation solid-state laser)

SCS-9000/9000D SCS 9000; Modeli 0.8W, çift lazere sahip ve SCS-9000D (dual

beam) ise 2.7W gücünde lazere sahiptir. (Bu serinin önceki modeli SCS-3000 ise 1.8W

gücünde bir katı hal lazere sahipti ve bu Dünya'daki en büyük inşa hacmine sahip ilk ticari STL

cihazıydı).

DESOLITE reçine özellikleri ve uygulamaları

JSR, standart fotopolimer reçine cinslerine ek olarak, malzeme özellikleri ABS, polyethylene

(PE), polypropylene (PE) ve kauçuk benzeri olan reçineler ile cam elyafı takviyeli ve yüksek

sıcaklıklara dayanımlı reçineler de üretmektedir.

Standart reçineler ile inşa edilen ve SLA QuickCast benzeri petek şeklinde iç gözeneklere

sahip modeller kullanılarak başarılı hassas döküm uygulamaları da yapılmaktadır.

Aşağıda bazı örnekler verilmiştir:

Solda, ABS benzeri SCR735 ile üreitmiş bir motor bloğu modeli görülmekte.

Ortada, PE muadili SCR8120 ile üretilmiş bir model

Sağda, kauçuk muadili SCR330 ile üretilmiş bir körük modeli görülmekte.

SCR802 ise direkt hızlı kalıp veya yüksek sıcaklığa (250ºC) dayanımlı prototip üretiminde

kullanılan cam elyafı ve/veya %70 boncuk/partikül takviyeli bir reçinedir.

Yukarıda görülen SCR802 ile imal edilmiş kalıplar 100-200 adet ABS parçayı plastik

enjeksiyon makinesinde üretebilecek dayanıma sahiptirler. Sağda görülen maçalı kalıp

SONY/Mavica dijital fotoğraf makinesi prototiplerini basmak için üretilmiştir.

CMET, (SOUP, Soliform)

1988'de kurulan ve 1990'da ticari üretime geçen CMET firması orjinal olarak SOUP

(Solid Object Ultraviolet Printer) sistemlerini geliştirmiştir. Bunlara ek olarak, 1996'da Japon

Teijin Seiki firmasına ait SOLIFORM (Solid Forming System) cihaz ve fotopolimer

malzemelerini de devralmıştır. (DuPont (ABD), 1991 yılında SOMOS ismini verdiği bu

teknolojiyi Doğu Asya pazarına yönelik olarak Teijin Seiki Firmasına lisanslamıştı). 2000

yılından itibaren ise CMET Teijin Seiki tarafından satın alınmıştır. Yani 2000'de itibaren Teijin

Seiki Grubu, CMET üzerinden otoinşa cihazları üretmektedir ve CMET, Teijin Seiki Grubu'ba

ait bir firmadır.

Aşağıda, farklı modeller ve inşa zarfı (x,y,z) ölçüleri görülmektedir.

SOUP 250 250x250x250mm

SOUP 1000 1000x800x500mm

SOUP II 600 GS 600x600x500mm

Örnek bir prototip

CMET, Teijin Seiki'den aldığı teknoloji ile, yüksek inşa hızına erişmek için 2 veya 4 lazer

kaynağı ile donatılmış modelleri de pazara sunmuştur (Multi 500, 1000 Duo).

Aşağıda, farklı modeller ve inşa zarfı (x,y,z) ölçüleri görülmektedir.

SOLIFORM 250B 250x250x250mm

SOLIFORM 500C 500x500x500mm

SOLIFORM Multi 500T 500x500x500mm

SOLIFORM Multi 1000T 1000x500x500mm

Soliform inşa malzemeleri: Aşağıda, soldan sağa,

1. Resim: Soliform sistemi, kullandığı özel bir fotopolimer ile körük ve hortum gibi esnek

modelleri direkt üretebilir.

2. Resim: Kırılgan olmayan, esnek ve yüksek mukavemetli fotopolimer, fonksiyonel

prototipler için direkt kullanılabilir.

3. Resim: Mukavemet takviyesi için seramik tozlarının karıştırıldığı başka bir tip fotopolimer

ile de 50-100 adet plastik basılabilecek enjeksiyon kalıbı direkt inşa edilebilir. Görüldüğü gibi,

toz katkı sebebiyle fotopolimer mat beyaz renklidir.

1. Resim 2. Resim 3. Resim

03-06-2002 tarihinde CMET, Rapid Meister isimli yeni bir serinin üretimine başladığını

duyurmuştur. Rapid Meister serisi SOUP ve SOLIFORM sistemlerinin birleştirilmesi ile

geliştirilmiştir. CMET, Asahi Denka tarafından geliştirilen ABS benzeri yeni bir fotopolimer

reçine modelini de aynı zamanda duyurmuştur.

Bu sistemlerin bazı teknik özellikleri aşağıda verilmiştir:

Rapid Meister 2500F: (Küçük boyutlu ve çok hassas modelleme için)

- İnşa zarfı: 250 x 250 x 250 (mm)

- He-Cd Lazer (40mW)

- İnşa çözünürlüğü: 100 mikrometre

- Minimum katman kalınlığı: 20 mikrometre

- Yeni bir inşa stili ile temiz alt yüzeyler ("Leg-less process")

Rapid Meister 6000: (Standart büyüklükte yüksek hız ve hassasiyette model inşası için)

- İnşa zarfı: 600 x 600 x 500 (mm)

- Yükske güçlü katı hal lazeri (800mW) > yüksek kapasite

- Tek lazerli Rapid Meister 6000 sistemi kolay bir şekilde çift lazerli modele dönüştürülebilir

(Rapid Meister 6000 Duo)

- İnşa çözünürlüğü: 300 mikrometre

Rapid Meister Multi Series (Büyük ölçekli ve yüksek inşa hızlı)

- İnşa zarfı: 1000 x 800 x 500 (mm)

- Çoklu lazer ve tarayıcı

- Paralel tarama

- En hızlı sistem

Teijin Seiki, (SOLIFORM)

DuPont (ABD), 1991 yılında SOMOS ismini verdiği bu teknolojiyi Doğu

Asya pazarına yönelik olarak Teijin Seiki Firmasına lisanslamıştır. 1996'dan

sonra ise Japon CMET firması, Teijin Seiki'ye ait SOLIFORM (Solid Forming

System) cihaz ve fotopolimer malzemelerini devralarak kendi ürün

yelpazesine eklemiştir. 2000 yılından itibaren ise CMET Teijin Seiki tarafından satın alınmıştır.

Yani 2000'de itibaren Teijin Seiki Grubu, CMET üzerinden otoinşa cihazları üretmektedir.

Sağda: Teijin Seiki SOLIFORM cihazı görülmektedir (1996).

Sağda, kullanılan özel bir fotopolimer ile esnek modeller üretebilir. Ayrıca toz

karıştırılmış başka bir tip fotopolimer ile de 50-100 adet plastik basılabilecek

enjeksiyon kalıbı inşa edilebilir.

Denken Engineering, (SLP)

1985'de kurulan Denken, 1993'de ilk ticari ürüne sahip

olmuştur. SLP (Solid Laser Plotter / Katı Lazer Çizicisi)

yöntemi diğer lazerli kür teknolojilerinden çok farklıdır:

Sıvı fotopolimer, tabanı şeffaf olan bir kabın altından

gönderilen lazer ışını ile istenilen noktalarda kür edilir

ve böylece model, katmanlar halinde (tersten) inşa

edilir. Model, inşa süresince, bir platforma yapışık şekilde sıvı polimer havuzuna dalmış

şekildedir, her katman inşa edildikten sonra platform bir katman kalınlığı kadar yukarı

kaldırılır.

İnşa süresince kür edilen katman dışındaki tüm parça havayla temas eder vaziyettedir

(STL sistemlerinde ise parça sürekli sıvı fotopolimer havuzu içindedir.) Eksilen fotopolimer bir

pompa ile havuza eklenir. Lazer ışınındaki istenmeyen kırılmaları önlemek için ışının cam

yüzeye dik gelmesi gerekmektedir, bu sebeple lazer ışını, lineer bir hareket düzeneğine bağlı

yansıtıcı aynalar ile yönlendirilir (Helisys LOM da benzer bir lazer yönlendirme düzeneği

kullanır)

Solda, SLP 4000, Sağda, SLP 6000 modelleri görülmektedir.

Bunun tekniğin avantajları şunlardır;

1- Diğerlerinde gerektiği gibi çok miktarda (pahalı) sıvı fotopolimer hammaddesini bir

seferde inşa havuzuna doldurmak gerekmez.

2- Platform kaldırıldığında sıvı basınçla oluşan aralığa girer, ayrı bir sıvı yayma

kanatçığına veya mekanizmasına gerek kalmaz.

3- Hava kabarcığı oluşma ihtimali ortadan kalkar.

Yalnız, bu yöntemin iki temel problemi vardır:

1- Parçanın her zaman kendi ağırlığını çekebilecek şekilde platforma iyi yapışabilmesi

güçtür.

2- Kür edilen fotopolimer taban camına yapışarak ayrılmayı engelleyebilir.

Denken Engineering, (SolidJet)

Sağda resmi görülen ve Denken'in son ürettiği SolidJet, SJ-200pcihazının

kullandığı teknoloji, diğer bütün ışıkla kür yöntemlerinden önemli bir farkla, sıvı

yerine katı bir fotopolimeri inşa malzemesi olarak kullanır. Aşağıda resmi

verilen proses şöyle işler:

1- Oda sıcaklığında katı durumda olan, henüz kür olmamış fotopolimer, sıcaklıkla eritilerek

katman kalınlığı kadar ince bir halde yayılır.

2- Soğuyan fotopolimer yeniden katılaşarak ham katmanı oluşturur

3- Işık ile, gerekli bölgeler taranarak kür edilir. Kür olmayan katı fotopolimer tabakası, bir

sonraki katman için destek işlevini görür. Işık, bir ampül ile üretilir ve fiber-optik kablo ve bir

yazıcı mekanizması ile yüzey taranır.

4- İnşa platformu bir katman kalınlığı aşağı indirilerek yeni erimiş fotopolimer doldurulur. İlk

dört işlem tekrarlanarak tüm katmanlar oluşturulur.

5- İnşa bitiminin ardından, ayrı bir cihazda sıcaklıkla kür olmamış fotopolimer (destek yapısı)

eritilerek inşa edilmiş (kür olmuş) parçadan ayrıştırılır.

6- Parça kullanıma hazır.

Bu teknoloji Tokyo Üniversitesi'nden Prof. Murakami ve Dr. Kamimura tarafından geliştirilmiş

ve bu özel fotopolimer reçinenin katı halde kür edilmesine Zol-Gel reaksiyonu ismi

konmuştur. İlk kez 1998'de bir Sempozyumda bu prosesin detayları açıklanmıştır.

Autostrade Co. Ltd., (E-DARTS)

Bu teknikte de Denken/SLP örneğinde olduğu gibi parça

alt tarafından inşa edilir: Parça ile Z ekseninde hareket

sağlayan tabla arasında tutucu bir plaka bulunmaktadır.

Bu plaka, inşa sonrasında parçadan koparılarak

ayrılabilen sert köpük gibi bir malzemeden yapılmış bir

sarf malzemesidir. Sağdaki resimde, inşa edilen parça

olarak bir satranç taşı gösterilmiştir. Tabanı şeffaf

malzemeden yapılmış bir tepsi içinde ince bir tabaka

halinde yayılmış (ham) sıvı fotopolimer reçine bulunmaktadır. Tepsinin altında bulunan

doğrusal (X,Y) hareket mekanizması üzerine bağlı, küçük boyutlu bir yarıiletken lazerin ışığıyla

gerekli yerler kür edilir. Her katmanın kür işlemi bittikten sonra tabla bir katman kalınlığı

kadar daha yukarı kaldırılır.

Solda: E-DARTS cihazı ve iç mekanizmaları bir yüz modelinin inşası sonrasında görülmektedir.

(alt kısmından inşası tamamlanan model, yukarıdaki tutucu plakaya yapışmış haldedir).

Ortada: E-DARTS cihazı ile inşa edilmiş yüz modeli.

Sağda: E-DARTS, proses kontrol bilgisayarıyla birlikte.

Bu cihazda kullanılan lazer 30mW gücündedir ve üretim hızını arttırmak için opsiyonel olarak

daha fazla yarıiletken lazer eklenerek toplam 4 adet lazer ile tarama yapılabilir.

200x200x200mm inşa zarfına sahip bu cihaz sadece 1/2L fotopolimer ile çalışmaya

başlayabilir (daha önce bahsedilen STL sistemlerinde ise tüm inşa hacmin baştan

doldurulması gerekirdi. Bu hacimde bir inşa odasında çalışabilmek için ise 8L fotopolimerin

pahalı bir ilk yatırım olarak karşılanması gerekecekti) Cihaza fotopolimer yaklaşık 1L'lik

kartuşlarla eklenebilir.

Sistem 12V ile çalışabilecek şekilde yapılmıştır ve ayrı bir güç kaynağı gerektirmeksizin

kontrol bilgisayarının güç kaynağından beslenebilir.

1998 yılında satışa başlayan AutoStrade, yaklaşık 25.000 USD tutarındaki otoinşa

cihazlarından ilk yıl 18 adet günümüze kadar ise 50'den fazla satmıştır.

MicroTEC GmbH, (RMPD)

RMPD (Rapid Micro Product Development, Hızlı Mikro Ürün Geliştirme) ismi verilmiş ve

microTEC tarafından patentli, 1µm katman kalınlığıyla inşa yapılabilen bu stereolitografi

(micro stereo lithography) tekniğinde seçmeli kür için çok küçük çaplı bir UV lazer kullanılır.

Bu teknlojide inşa sırasında farklı malzemeleri eklemek imkan dahilindedir ve paralel imalat

yapılabildiği için mikro parçaların veya mekanizmaların seri imalatı için uygundur. microTEC

firması elindeki cihazla dışarıya servis vermekte ve özellikle medikal sektöre yönelik projeler

gerekleştirmektedir.

Solda: Çapı 1mm'den küçük inşa edilmiş konik bir parça görülmekte.

Ortada: Bu teknikle bir enjektör iğnesinin içine girebilecek kadar küçük motor ve

mekanizmalar üretilebilir. Katmanlar inşa edilirken gerekli yerlere magnetik partiküller

konulmakta ve böylece elektrik motoru imal edilmektedir. Tel bobinler ve yatak taşları dahil

motora bağlı diğer tüm mekanizmalar da entegre olarak inşa edilmiştir.

Sağda: Mikro denizaltı: Şaft çapı: 10µm; Pervane çapı: 600µm; Gövde çapı: 650µm; Toplam

boy: 4mm. İnşa sırasında mikro mıknatıslar pervaneye entegre bir şekilde üretilmişleridir.

0.65mm çapında ve 4mm boyundaki bu denizaltı, gerekli sensör ve kontrol-haberleşme

sistemleriyle donatıldığında birçok küçük ve dar alanlarda keşif yapmakta kullanılabilir.

Kuşkusuz bunun en büyük pazarı medikal tanı ve teşhis uygulamaları olacaktır. Diğer medikal

uygulamaları şunlar olabilir

Sinir sisteminin tahribatının tesbiti

Gerekli dokulara direkt ilaç taşınması

Tümürlere direkt radyoterapi uygulanması

Böbrek ve safra kesesi taşlarının düşürülmesi veya kırılması

Hastanın sağlık durumunun içerden eş zamanlı olarak ölçümü ve takibi...

Osaka Üniversitesi, (Micro STL)

15 Ağustos 2001 tarihindeki haberde (www.ananova.com/news) belirtildiği üzere, Japon

bilim adamları, 2 adet kızılötesi (UV) lazer ışınının kullanıldığı, stereolitografi teknolojisinin

mikro seviyedeki bir uygulaması ile kırmızı kan hücresinden dahi küçük bir boğa modeli inşa

ettiler. Yukarıda resmi görülen buDünya'nın en küçük stereolitografi modelinin boyu 10,

yüksekliği ise sadece 7 mikrometredir (0.01mm x 0.007mm). Osaka Üniversitesi'nde bu

projeyi gerçekleştiren ekibin yöneticisi Prof. Satoshi Kawata, bu yöntemle insan damarları

içine sığacak kadar küçük, ilaç taşımasında kullanılabilecek medikal cihazların inşasının

mümkün olabileceğini belirtiyor.

1.2 MASKELEYEREK IŞIKLA KÜR EDİLMESİ

Bu teknikte, güçlü bir ışık kaynağı (UV ampül) ve bir ışık maskesi aracılığı ile ham

fotopolimerden oluşan inşa yüzeyinin istenilen noktaları aynı anda kür edilir: Başka bir

değişle, maske, kür olması istenmeyen bölgelerin ışığa maruz kalmasını önler.

Cubital, SGC (Solid Ground Curing)

SGC sisteminde elektrofotografi yöntemi ile cam üzerine toner ile maske oluşturur. Mum

destek malzemesi kullanır.

Scitex Corporation Ltd. firmasında başlayan Ar-Ge çalışmalarının bir sonucu olarak 1987

yılında kurulan Cubital firması, 1991 yılından itibaren 14 farklı ülkeye sistem satışının

ardından 2000 yılında kapanmıştır. Cihazın çok kompleks, bakımı zor ve pahalı olması, 3D

Systems gibi rakiplerinin daha üstün olması buna sebep vermiştir.

Mayıs 2001 tarihinde, Cubital'in 1987'den bu yana aldığı patentlerin tüm haklarıObjet

Geometries Ltd. tarafından devralınmıştır.

SGC (Solid Ground Curing) teknolojisi ile inşa, sırasıyla şu işlemlerin ard arda

tekrarlanmasıyla gerçekleşir:

Yüzeye ince bir tabaka footpolimer püskürtülür,

Bu işlemlere paralel olarak cihazın başka bir kısmında lazer yazıcı teknolojisine benzer

bir yöntemle, cam bir plaka üzerine maske oluşturulur. Işığı bloke etmek amacıyla

siyah fotokopi toneri kullanılır. Her kesit için ayrı bir maske hazırlanır ve kullanılan

toner bir sonraki maskede tekrar kullanılır (çünki normal yazıcılarda veya fotokopi

cihazlarında olduğu gibi toner, sıcak merdane ile eritilmez, toz halinde kalır)

Maske, fotopolimer tabakası üzerine getirilerek yukarıdan güçlü bir ampül ile UV

(morötesi) ışık verilir. Bu esnada maskelenmemiş bütün alanlar kür olur. Işık yeterince

şiddetli olduğundan, STL'de olduğu gibi inşa sonrası ikinci bir kür işlemine gerek

kalmaz.

Sıvı halde kalan fotopolimer, elektrikli süpürge gibi bir vakum kafası ile emilir. Bu sıvı

ana depoya gider ve tekrar kullanılabilir.

Vakum ile temizlenen boşluklara destek malzemesi olarak erimiş mum püskürtülür.

Mumun çabuk sertleşmesi için ise su ile soğutulan metal bir plaka ile mumun üzerine

bastırılır.

Bir sonraki işlem için yüzeyin düzeltilmesi amacıyla tüm yüzey bir freze çakısı ile

traşlanır.

SGC proses animasyonu

Bu teknoloji, eğer çok fazla parça aynı anda inşa edilecekse avantajlıdır, STL teknolojisine

kıyasla yaklaşık 8 kat daha hızlı bir şekilde çıktı verebilir.

Sağda, SGC 5600 model bir otoinşa cihazı

görülmektedir. Bu, dünyadaki otoinşa

cihazlarının içinde en karmaşık olan ve en fazla

hacim kaplayanıdır. Ortadaki yüksek kısım,

morötesi lambanın bulunduğu maske ile kür

etme bölümüdür. Bu cihazın bir alt modeline ise SGC 4600 ismi verilmiştir.

Teknik özellikler:

Solider 4600 Solider 5600

İnşa zarfı (X Y Z mm) 350 x 350 x 350 500 x 350 x 500

Katman kalınlığı (mm) 0.15 0.1 - 0.2

Katman inşa süresi (saniye/katman) 120

(30 katman/saat)

65

(55 katman/saat)

Dikey inşa hızı (mm/saat) 4.5 8.3 - 11

Toplam inşa hızı 500 cm^3/saat 1311mm^3/saat

Çözünürlük 0.1mm X-Y, 0.15mm Z 0.1mm X-Y,

0.15-0.2mm Z

Minimum detay (feature)

büyüklüğü 0.4mm

Sağda, Cubital SGC teknolojisi ile inşa edilmiş, 12 dişliden

oluşan bir mekanizma görülmektedir, dişlilerden herhangi

birisi döndürüldüğünde diğerleri de buna bağlı olarak

dönmektedir. İnşa sırasında şaft ile dişli arasındaki boşluklar

dahil tüm boşluklara mum doldurulur. İnşa sonrasında

mekanizma bulaşık makinesi gibi bir cihazda basınçlı sıcak

suya maruz bırakılır. Böylelikle arada kalan tüm mum yıkanır

ve dişliler dönmeye başlar.

Bu mekanizma Cubital tarafından üretildikten yıllar sonra, suda eriyebilen destek

malzemesini geliştiren Stratasys tarafından da başarıyla üretilmiştir.

Cubital Firmasının (İsrail, ABD) SGC (Solid

Ground Curing) teknolojisi ile inşa edilmiş

(katılaşmış fotopolimer malzemeden yapılmış)

modeller:

Sağdaki model sonradan elle boyanmıştır.

Light Sculpting Inc.

Efrem Fudim tarafından patenti alınmış ve geliştirilen bu teknikte, maske olarak LCD bir

ekran kullanılır. Bir kabda bulunan fotopolimer sıvının üst yüzeyine temas eden bu cam

maske, yukarısında bulunan bir UV ışık kaynağıyla sıvının üst katmanını kür ederek

katılaştırır. Maskenin kür olan katmana

yapışma problemini gidermek için

çalışılmaktadır.

Sağda, Efrem V. Fudim'in (Milwaukee, WI) 2

Mart 1987'de başvurduğu, 21 Haziran

1988'de aldığı 4,752,498 no'lu "Method and

apparatus for production of three-

dimensional objects by photosolidification"

başlıklı ilk patentinden bir çizim görülmekte. Resimde görüleceği gibi maskedeki yoğunluk

değiştirilerek açılı kür yapılması öngörülmüş.

Sağda: Bu cihazın bir sonraki versiyonunda

ise cam maskeye sürülen fotopolimer

havada kür edilir ve sonra yüzeye yapıştırılır.

Bu, bir önceki yüzeyin fazla kür olmasını da

engeller... (light source: kızılötesi ışık

kaynağı, mask: ışık maskesi, contact window:

kontakt penceresi, resin layer: reçine

tabakası, resin apllicator: reçine kaplayıcı fırça, resin layer: reçin tabakası, part: parça,

platform: platform her katman inşası sonrası aşağı çekilir)

1990 öncesinden bu yana, uzun yıllar ticari hale gelebilmesi için çalışılan bu teknoloji

konusundaki aktivite ve firma web sitesi 2000 yılından sonra durmuş gözükmektedir.

EPFL (Micro STL)

İsviçre'nin Lausanne şehrinde bulunan (EPFL) İsviçre Federal Teknoloji Entstitüsü (Swiss

Federal Institute of Technology) bünyesinde geliştirilen ve mikrostereolitografi

(microstereolithography), kısaca Micro STL olarak adlandıran, henüz ticari olmamış bu

teknoloji ile 5-10 mikron hassasiyetle parçalar imal edilebilmektedir. Aşağıdaki iki resimde

sistemin çalışma prensibi ve deneysel düzeneğin fotoğrafı görülmektedir:

LightSource: Işık kaynağı

Shutter: Deklanşör, ışığın istenilen sürede

fotopolimer yüzeyinde tutulmasını sağlar.

Dynamic pattern generator:Dinamik şablon

(maske) üreteci. Her katman inşası için farklı

bir dijital şablon oluşturulur ve bu gelen ışığı

maskeler.

Mirror: Ayna, maskelenmiş ışığın fokus

optiğine yönlendirmesini yapar.

Focusing optics: Fokus optiği, ışığın

fotopolimer yüzeyine odaklanmasını sağlar.

Photoreactor: Işık reaktörü: Işık enerjisi ile,

bir kapta duran sıvı fotopolimer malzemenin

üst katmanı istenilen bölgelerde kür

edilierek sertleştirilir.

Z-stage: Bir sonraki katmanın inşası için

parçayı sıvıya (z ekseninde, yani dikey

doğrultuda) daldıran motorlu mekanizma.

Computer: Bilgisayar, özel geliştirilmiş bir

yazılımla tüm sistemi kontrol eder.

Solda, 8.3 mm boyunda ve 2.4mm çapında bir medikal probun SLA 250 ile üretilmiş

modeli, sağda ise aynı parçanın Mikro STL ile üretildiğinde ulaşılan hassasiyet ve detay

çözünürlüğü açık bir şekilde görülmekte.

Solda, hücre biyolojisi uygulamalarında kullanılan yaklaşık 0.5mm çaplı flüidik (fluidic) boru

bağlantı parçası görülmekte. Sağda, 0.4mm çapında üç

sarmallı bir yay görülmekte.

Sağda, yaklaşık 3 mm boyunda bir elektromekanik tahrik

elemanı gövdesi görülmektedir. Minyatür mekanizmalar

Mikro STL için büyük bir pazar potansiyeli teşkil etmektedir.

2. FOTOPOLİMERLER:

Fotopolimer, ışık enerjisine maruz kaldığında kimyasal reaksiyona uğrayarak mekanik ve

kimyasal yapısı değişen bir tür polimerdir. Fotopolimerler cinslerine göre değişik dalga

boyundaki ışıklarda aktive olurlar. Ayrıca ışığın gücü ve süresine bağlı olarak maruz kaldığı

enerji miktarı kür seviyesini değiştirir. Bu teknolojiyi kullanan otoinşa cihazlarında genellikle

görünmeyen dalga boylarında kızılötesi (Ultra Violet, UV) ışık kaynakları kullanılmasına

rağmen, görünür dalga boyundaki ışık ile aktive olabilen fotopolimer inşa malzemelerini

kullanan modeller de üretilmiştir.

Tarihçe ve kullanım alanları:

Sağda, doğal fotopolimer malzeme ("bitumen of Judea",

Suriye'de çıkan bir tür ince asfalt veya katran) kullanılarak

yapılmış bir fotoğraf plakası üzerine saatlerce düşen bir

götüntüyle elde edilmiş Dünyanın ilk fotoğrafı görülmektedir.

(Nicephore, Fransa / Chalon, 1826)

Nicephore, aynı fotopolimer malzemeyi maatbaacılıkta resim çoğaltmakta da kullandı: bakır

bir plaka üzerine ince bir tabaka Suriye katranı sürüp ardından üzerine yağa batırılarak şeffaf

hale getirilmiş resimli kağıt konularak güneş altında bekletiliyordu. Resmin şeffaf kısımları

ışığı geçirerek ardadaki kaplamanın kür olmasını sağlıyordu. Kür işlemindne sonra plaka

yıkanıyor ve sadece resmin siyah kısımlarında plakanın üzeri katran kaplı kalıyordu. Ardından

bu plaka asit içerisinde bekletiliyor ve kür olmuş Suriye katranı ile korunmayan tüm bölgeler

biraz oyuluyordu. Böylece matbaa presinde kullanılabilecek uzun ömürlü bir baskı plakası

elde edilmiş oluyordu.

Matbaa baskı plakalarının üretiminde fotopolimer kullanımı o günden sonra sürekli artış

göstermiş ama kısa sürede Suriye katranı yerine, ışığa karşı daha hassas ve kür olduktan

sonra çözünmeye karşı daha yüksek dayanımlı olan dikromatlı jelatin (dichromated gelatin)

kullanılmaya başlanmıştır.

1930'lu yıllarda ise gelişen kimyasal sentez teknolojileri yardımıyla dikromatlı jelatinden çok

daha iyi sentetik fotopolimerler geliştirilmiştir; Bunların ilki ise Eastman Kodak Firması'ndan

Louis Minsk'in geliştirdiği poly(vinyl cinnamate) formüllü fotopolimerdir.

Matbaacılıkta bakır plaka kullanımı ise yerini, zaten bilinen bir baskı tekniği olanLitografi

(lithography)'ye bırakmıştır; Bu teknikte, alçı taşından yapılmış ve yüzeyi parlatılmış plakalar

üzerine dikromatlı jelatin sürülür ve çoğaltılması istenen resmin negatifiyle maskelenerek

yüzeye ışık verilir. Işık gelen kısımlar kür olup alçı taşına yapışır, diğer bölgeler ise yıkanarak

temizlenir. Kaplama yıkandıktan sonra plaka üzerine koyu kıvamlı bir mürekep sürüldüğünde

mürekkep sadece fotopolimer kalpamanın olmadığı taş yüzeyine tutunarak baskı sırasında

istenen resmin pozitif olarak kağıda aktarılmasını sağlar... Kısa bir süre sonra ise alçı taşı

plakaların yerine günümüzde hala offset baskıda kullanılan gözenekli alüminyum silindirler

almıştır.

Litografi, fotopolimerlerin matbaacılıkta kullanıldığı tek yöntem değildir; Serigrafi

(serigraphy) tekniğinde ipek veya benzeri şekilde ince dokunmuş bir kumaşa fotopolimer

emdirildikten sonra üzerine çoğaltılacak resmin negatifiyle maskelenerek ışık düşürülür. Kür

işleminden sonra kumaş yıkandığında sadece ışık düşmemiş bölgeler gözenekli kalır, diğer

kısımlar ise mürekkebi geçirmeyecek hale gelir. Daha sonra elde edilen bu "kumaş mürekkep

maskesi" kağıt ile mürekkep kaynağı arasına yerleştirilerek mürekkebin kağıt üzerinde

istenen nokatalara geçmesi sağlanır. Serigrafi tekniği günümüzde küçük kapasiteli baskı

işlerinde hala kullanılmaktadır... Fotopolimer malzemeler matbaacılık haricinde boya,

kaplama ve yapıştırıcı amaçlı da kullanılmaktadırlar.

Işıkla başlatılan polimerizasyon (photoinitiated polymerization) istenilen malzeme

özelliklerine ulaşılmasını da sağlar; Reaksiyona başlayacak reçinedeki monomer ve diğer

kimyasallar ayarlanarak reaksiyon sonrasındaki sertlik, renk, çözünürlük, geçirgenlik,

yapışkanlık gibi özellikler ayarlanabilir. Bu sayfanın sonunda verilen firmaların yaptığı birçok

araştırma sonucunda ise Stereolitografi (stereolithography) isimli otoinşa tekniğinde

kullanılacak ve kür olduktan sonra birçok farklı özelliğe sahip fotopolimer reçineler

geliştirilmiştir. Uzun vadede, kür olduktan sonra günümüzde kullanılan birçok plastiğe muadil

özelliklere sahip olacak fotopolimer reçineler geliştirilebilir.

Fotodegradasyon (photodegradation) ise fotopolimerizasyonun aksi bir şekilde üretilen

plastiklerin güneş ışığı altında zamanla bozulmasının ardında yatan mekanizmadır. İlk

sentetik plastikler güneş ışığına karşı yeterince dayanıklı değiller ve zamanla mukavemetlerini

kaybediyorlardı. Sonraları yapılan birçok araştırmayla kızılötesi ışığa karşı stabilizatör katkılar

(photostabilizers) geliştirilmiştir.

Sonuçta, gerek fotopolimerizasyon gerek ise fotodegradasyon sanayide önemli yer tutan

konulardandır ve fotokimya alanında birçok çalışma yapılmasına sebep olmuş ve

olmaktadırlar...

Aşağıda, fotopolomier kimyasını açıklayacı ve konuya giriş niteliğinde bir yazı

bulunmaktadır:

Polimer Kimyası:

Fotopolimerleri anlayabilmek için öncelikle polimer kimyasını anlamak gereklidir. Çünki

fotopolimer kısaca ışıkla büyüyen bir tür polimerdir:

Polimerin tanımı ve özellikleri:

Polimer ismi, Yunanca'da -birçok parçası olan- anlamında "polymerés" kelimesinden

İngilizce'ye (polymer) olarak geçmiştir. Polimer, monomer adı verilen tekrarlayan

moleküllere sahip bir kimyasal maddedir.

Solda: En basit polimer örneği polietilen

(polyethylene) dir. Polietilen, etilen (ethylene) ismi

verilen monomerden oluşmuştur. Etilen hafif bir gaz

olmasına rağmen polietilen, şişe ve diğer ambalaj malzemelerinin üretildiği sert bir plastiktir.

Polietilen molekülleri büyük olduğu için katı haldedir ve bu uzun molekküller birbirine

geçerek mukavemeti arttırdığı için sağlam bir malzeme oluştururlar.

Polimerizasyon (polimerler nasıl büyürler):

Genel olarak polimer zincirlerinin büyümesi 3 safhadan oluşur:

Başlangıç: Çoğunlukla ısı, ışık veya kimyasal uyarı ile basit moleküllerin (initiator)

bölünerek reaktif türe dönüşmeleri.

Yayılma: Monomerler ile tekrarlanan reaksiyona giren reaktif türlerin zincir

oluşturması.

Sonlanma: Yayılmayı durduran bir koşulun oluşması.

Bu çerçeve içinde olmak şartıyla birçok farklı polimerizasyon oluşumu bulunmaktadır.

Bunlardan bazı örenkler, radikal (radical), yoğunlaşma (condensation) ve katyonik (cationic)

polimerizasyondur. Radical polimerizasyon en çok fotopolimerlerde en çok karşılaşılan

mekanizmadır. Katyonik polimerizasyon ise CMET ve 3D Systems tarafından kullanılan epoksi

(epoxy) tabanlı fotopolimerlerdeki kür mekanizmasıdır. Bunun radikal polimerizasyona olan

üstünlüğü, oksijen tarafından reaksiyonun engellenmemesidir.

Çapraz bağlanma (cross linking) ile yüksek mukavemet:

Önceki paragraflarda açıklandığı gibi polimerler uzun moleküllerden oluşur ve bu

moleküllerin birbirlerine dolaşmasıyla malzemenin mukavemeti artar. Fakat sıcaklık

yükseldikçe moleküller arasındaki kayganlık artar ve mu mukavemeti önemli ölçüde düşürür.

Bunu önlemek için moleküllerin birbirleri arasında belli

noktalardan bağlanması gerekir:

Solda, birbirlerine dolanmış molekül zincirleri, sağda ise

çapraz bağlanmış molekül zincirleri şematik olarak

gösterilmiştir. Çapraz bağlanma sonucunda bağımsız polimer molekülleri birleşerek dev

moleküller oluştururlar. Epoksi ve vulkanize olmuş kauçuk (vulcanized rubber) çapraz

bağlanmış polimerlere verilebilecek en iyi bilinen iki örnektir. Ham kauçuğun pişirilerek

vulkanize edilmesi sırasında moleküller çapraz bağlanarak yüksek sıcaklık dayanımına sahip

bir polimer malzeme oluştururlar. Çoğunlukla kemer tokaları ve diğer tekstil aksesuarları

yapımında zamak, tutya gibi düşün sıcaklıkta eriyen metaller pişirilmiş kauçuk kalıplara

merkazkaç altında dökülürler. Vulkanizasyon sonrası kauçuk bu döküm sıcaklık ve basıncına

dayanıklı hale getirilmiştir.

Monomer olarak polimerler (oligomer):

Bazen bir molekülü oluşturan monomerlerin kendisi de daha küçük monomerlerden oluşmuş

bir polimer olabilir. Bu durumda, monomer görevi gören polimerlere oligomer denir.

Oligomer, Yunanca "küçük polimer" anlamına gelmektedir.

Çapraz bağlama ise oligomerlerden oluşan bir polimerizasyon olarak düşünülebilir.

Fotopolimerler:

Fotopolimer, molekül büyümesi için gerekli gücü ışık enerjisiyle alan bir tür polimerden

ibarettir. Fotopolimer reçinenin temel yapı taşı monomerdir. Işığa maruz kaldıklarında oluşan

kimyasal reaksiyonla bu monomerler birleşerek polimer moleküllerini oluştururlar. Sıvı

haldeki bir fotopolime reçine polimerizasyon sonrasında çok uzun ve ağır moleküllere sahip

olduğundan katı hale geçer. Karmaşık bir şekilde birbirlerine dolanmış bu molekülleri

birbirlerinden ayırmak çok zor olduğu için, kür olmuş fotopolimer sert ve çözücülere karşı

dayanıklı bir yapıya sahiptir. Otoinşa cihazlarının çoğunda inşa malzemesi olarak kullanılan

ham (kür olmamış) fotopolimer oda sıcaklığında sıvı haldedir fakat (Denken/SolidJet) gibi katı

fotopolimer kullanan bir cihaz da vardır. Burada, şeffaf ve katı haldeki fotopolimer ışıkla kür

olduktan sonra sıcaklığa ve çözücülere karşı dayanıklı hale gelir.

Işıkla başlatılan radikal polimerizasyon:

(bu bölüm yapım aşamasındadır)

Çapraz bağlanmış Polyvinyl

Fotokroslink (Photocrosslinking), Işıkla çapraz bağlanma:

Cinnamic asit:

Truxinic asit:

veya

Truxillic asit:

Vinyl:

Poly(vinyl

cinnamate)

:

Cinnamoyl

:

Fotopolimer reçine üreticileri:

Vantico (www.vantico-aandt.net): Eski ismi Ciba Speciality Chemicals olan Vantico,

yıllarca 3D Systems ile ortak ürün geliştirme çalışmaları yaptıktan ve pazarlamayı 3D

Systems aracılığı ile sürdürdükten sonra Şubat 2002'de anlaşmayı bozarak

pazarlamayı direkt yapmaya başlamıştır. Artık sadece Japonya'da Vantico ürünleri 3D

Systems üzerinden pazarlanmaktadır. Vantico, AlliedSignal Firması'nın fotopolimer

ürünlerini de bünyesine katmıştır.

Vantico, Stereocol isimli, renklendirilebilir bir fotopolimer reçine serisini de

üretmektedir. Belli bir seviyenin üzerinde UV (kızılötesi) ışımaya maruz kalan reçine

şeffaf bal renginden mor renge dönmektedir. İmalat sonrası güneş ışığındaki UV

sebebiyle tüm modelin renk değiştirmesini önlemek için model yüzeyi UV bariyer

görevi yapan özel bir vernikle kaplanır. Stereocol orijinal olarak, (daha sonraları ismi

Avecia Specialty olarak değiştirilen) İngiltere tabanlı Zeneca firması tarafından

geliştirilmiştir. Vantico, Nisan 2001'de Avecia'dan Stereocol serisini satın almıştır.

Stereocol başlıca medikal modellemede kullanılmaktadır.

RPC (www.rpc.ch): Bağımsız ürün geliştiren bu İsviçre firmasını 2002 başında 3D

Systems satın almış ve 23 Nisan 2002 tarihi itibarı ile SLA sistemleri için fotopolimer

reçineleri Accura markası altında satışa başlamıştır.

DSM Somos (www.dsmsomos.com): Eski DuPont, birçok farklı malzeme geliştirir:

Tam şeffaf (WaterClear) ve koyu kahverengi renkli footpolimer reçineler gibi. Ayrıca,

3D Systems ile yaptığı OptoForm ortaklığıyla seramik ve metal tozu karıştırılmış

fotopolimer reçineler de üretmeye başlamıştır.

JSR Corporation (www.jsr.co.jp): Tsukuba City'de yerleşik JSR (Japan Synthetic

Rubber) , Japonya'nın en büyük sentetik kauçuk üretici firmasıdır ve 1995 yılı

itibariyle Dünya'nın en büyük dördüncü (UV curable) fotopolimer reçine üreticisidir.

JSR, JFC (Japan Fine Coatings) ile birlikte ABD Chigago tabanlı DSM Resins firmasıyla

(1995 yılı itibariyle) 14 yıllık ortak girişimle işbiliği yapmışlardır.

JSR, DESOLITE markasıyla standart fotopolimer reçine cinslerine ek olarak, malzeme

özellikleri ABS, polyethylene (PE), polypropylene (PE) ve kauçuk benzeri olan reçineler

ile cam elyafı takviyeli ve yüksek sıcaklıklara dayanımlı reçineler de üretmektedir.

JSR aynı zamanda otoinşa sistemleri üreticisi D-MEC'in de sahibidir.

Asahi Denka Chemical Products (www.adk.co.jp): Japonya tabanlı bu fotopolimer

üreticisi CMET için malzeme sağlamaktadır.

Kaynakça http://www.turkcadcam.net/rapor/otoinsa/fotopolimer.html

http://www.turkcadcam.net/rapor/otoinsa/tek-isikla-kur.html

http://www.turkcadcam.net/rapor/otoinsa/tek-isikla-kur-tarayarak.html

http://www.turkcadcam.net/rapor/otoinsa/tek-isikla-kur-maskeleyerek.html