3D Yazıcı Nedir? FDM Nasıl Çalışır, Neler Basılır?

3D yazıcı, bilgisayardaki bir modeli eritilmiş plastiği katman katman üst üste bırakarak gerçek bir nesneye çeviren makinedir. Ev ve okullarda gördüğün filament kullanan 3D yazıcılar FDM (fused deposition modeling, eritilmiş malzeme biriktirme) yöntemiyle çalışır. Bu yöntem prototip, aparat ve yedek parçada çok iyidir; ince detay, cam gibi yüzey ve her yönde eşit dayanımda zayıftır. Aşağıda bir baskının aşamalarını ve sınırlarını bulacaksın, böylece bir 3D yazıcının sana göre olup olmadığına karar verebilirsin.

3D yazıcı nasıl çalışır?

FDM 3D yazıcıda bir motor filamenti (plastik teli) ısıtılmış bir uca iter, plastik orada erir ve ince bir şerit halinde tablaya bırakılır. Bırakılan plastik soğuyup alttaki malzemeyle kaynaşır. Her yeni hat alttaki katmanı kısmen yeniden eritir, komşu katmanlar böyle birbirine tutunur.

Ekstrüzyon kafası X, Y ve Z yönünde hareket eden 3 eksenli bir sisteme bağlıdır. Bir alanı doldurmak için kafa birden fazla geçiş yapar; bir dikdörtgeni tükenmez kalemle boyamaya benzer. Katman bitince tabla aşağı iner (bazı makinelerde kafa yukarı çıkar) ve sıradaki katman başlar.

Bir FDM 3D yazıcı beş parçadan oluşur:

• filamenti iten sürücü
• plastiği eriten hotend (ısıtılan uç; ucundaki delikli parça nozzle)
• hareket sistemi
• ısıtmalı tabla
• firmware (makinenin hareket yazılımı) çalıştıran denetleyici

Aynı süreç FFF (fused filament fabrication) adıyla da geçer. FDM markası Stratasys'e aittir ve patenti 2009'da sona ermiştir; FFF ise RepRap projesi üyelerinin ortaya attığı terimdir. İkisi de aynı süreci anlatır.

Reçine 3D yazıcılar vat fotopolimerizasyonu denen farklı bir süreç ailesine girer. Hangisinin sana uyacağını kategoriye göre en iyi 3D yazıcı seçimlerinde karşılaştırıyoruz.

Bir baskı hangi aşamalardan geçer?

Her FDM baskısı aynı yedi adımı izler:

1. Model: indirdiğin ya da çizdiğin 3 boyutlu dosya.
2. Dilimleme: slicer (modeli katmanlara bölen yazılım) dosyayı makinenin anlayacağı hareket komutlarına çevirir. Katman yüksekliği, duvar sayısı, dolgu, sıcaklık ve hız burada ayarlanır.
3. Hazırlık.
4. Baskı.
5. Soğuma.
6. Destek temizliği.
7. Yüzey işleme.

Üretici QIDI dilimleme ayarlarının sonucu 3D yazıcı seçiminden çok daha fazla belirlediğini söylüyor; bu ölçülmüş bir veri değil, üreticinin görüşü. Yine de ikinci adımın ayarlarla dolu olduğu doğru.

Parçalar çoğunlukla içi dolu basılmaz. Dış çeper birkaç geçişle çizilir, iç kısım düşük yoğunluklu dolguyla (infill) doldurulur. Yaygın değerlerden biri yüzde 25 dolgu ve 1 mm çeper kalınlığıdır; bu 3D yazıcıya ve slicer'a göre değişir.

3D yazıcıyla neler yapılır, neler yapılamaz?

FDM prototip, parça tutan aparat (jig ve fixture), yedek parça ve düşük adetli üretimde kullanılır. Okullarda STEM derslerinde, hastanelerde ise hastaya özel cerrahi planlama modellerinde yer alır. Parça başı maliyet düşüktür, çünkü toz, reçine yıkama ya da kürleme istasyonu gerekmez. Buna karşılık çözünürlük ve yüzey kalitesinden taviz verilir.

Katman çizgileri süreçte doğaldır. 0,2 mm katman yüksekliği eğimli yüzeylerde gözle görülen basamaklar bırakır. Katmanı inceltmek yüzeyi düzeltir ama baskı süresini uzatır. Çizgiler zımpara, astar ve boya, buharla pürüzsüzleştirme ya da epoksi kaplamayla giderilebilir. Küçük delik ve dişler de baskıdan sonra işlem isteyebilir.

Basılan parça neden katman arasından kopar?

Parça hatların uzandığı yönde güçlüdür, katman sınırlarında zayıftır; çekip koparırsan genellikle katmanlar arasından ayrılır. Bir ABS numune testinde yüzde 50 dolguyla yatay basılan parçanın çekme dayanımı XY yönünde 17,0 MPa, Z yönünde 4,4 MPa çıkmıştır, yani yaklaşık dört kat fark vardır. Kopmadan önceki uzama da yüzde 4,8'e karşı yüzde 0,5'tir.

Pratik sonuç: parçayı yük katmanları birbirinden ayırmaya çalışmayacak, katman düzlemi içinde hat yönünde taşınacak biçimde yerleştir. Bir kancayı yükün katman çizgilerini açacağı yönde dikine basarsan en zayıf yönünden zorlamış olursun. Dayanım yalnızca malzemeye değil, parçanın tablada nasıl durduğuna da bağlıdır.

Çarpılma (warping) da aynı kökten gelir. Plastik soğurken küçülür, bölgeler farklı hızda soğuyunca iç gerilim oluşur ve alt katman yukarı kalkar. ABS, PLA ve PETG'ye göre daha çok bükülmeye yatkındır; bu yüzden ABS'de kapalı kasa istenir. Tasarım tarafında büyük düz alanlardan, ince çıkıntılardan ve keskin köşelerden kaçın, köşelere yuvarlatma ekle. Tablaya yapışmanın çözümü ilk katman rehberinde, diğerleri Sorun Giderme yazılarında.

Havada asılı kalan çıkıntılar (overhang) için destek yapısı gerekir. Destek çoğunlukla parçayla aynı malzemeden basılır ve temas ettiği yüzey daha kötü çıkar. Suda çözünen destekler çift ekstrüzyon ister ve maliyeti artırır.

3D yazıcı alırken katalogdaki hassasiyete güvenilir mi?

Katalogdaki "0,05 mm hassasiyet" gibi değerler genellikle konumlandırma çözünürlüğünü anlatır, baskının gerçek hassasiyetini değil. İyi kalibre edilmiş bir masaüstü 3D yazıcıda boyut doğruluğu yaklaşık ±0,2 mm'dir, büyük ölçülerde yüzde ±0,2 pay beklenir. Delikler olması gerekenden küçük çıkar. Dikey çözünürlüğü katman yüksekliği, yatay çözünürlüğü nozzle çapı belirler. Tipik katman yüksekliği 50-400 mikron arasındadır, en sık kullanılanı 200 mikrondur (0,2 mm).

Enjeksiyon kalıplama düzeyinde hassasiyet bekliyorsan FDM yetmez. Baskı hacmi için de katalogdaki ölçüye bak: 2021 tarihli bir kaynak masaüstü 3D yazıcıda yaygın hacmi 200 x 200 x 200 mm olarak veriyor, QIDI ise Max4 modelinin hacmini 390 × 390 × 340 mm olarak açıklıyor (üretici bilgisi). Hangi malzemenin hangi işe uyduğunu filament çeşitleri rehberinde bulursun.

Güvenlik notu: hotend ve tabla çalışırken ısınır, çocukların kullandığı ortamda yetişkin gözetimi gerekir. ABS gibi malzemeleri iyi havalandırılan bir odada bas.

Almadan önce basmak istediğin parçayı bir kâğıda çiz: en ince duvarı 0,4 mm'nin altında mı, yük katmanları ayıracak yönde mi geliyor? İkisine de "hayır" diyorsan FDM işini görür. İlk deneme için Ne Basılır listelerinden kolay bir proje seçip dosyasını güvenilir model sitelerinden indirebilirsin.