3D baskı üretimi

3D baskı tam olarak, üç boyutlu baskıimalatta, iki boyutlu kesitleri sırayla, biri diğerinin üzerine yerleştirerek üç boyutlu nesneleri imal etmek için çeşitli işlemlerden herhangi biri. İşlem, mürekkep veya tonerin bir yazıcıda kağıda kaynaşmasına benzer (dolayısıyla yazdırma terimi), ancak aslında katı malzemenin istendiği yatay kesitte her bir noktada bir sıvı veya tozun katılaştırılması veya bağlanmasıdır. 3D baskı durumunda, katman tüm nesne dikey boyutu boyunca bitene kadar yüzlerce veya binlerce kez tekrarlanır. Sık sık 3D baskı, yeni parçaların tasarımı sırasında plastik veya metal prototiplerin hızlı bir şekilde çıkarılmasında kullanılır, ancak nihai ürünlerin müşterilere satışa sunulmasında da kullanılabilir. 3D baskıda yapılan nesneler plastik figürinler ve kalıp desenlerinden çelik makine parçalarına ve titanyum cerrahi implantlara kadar uzanır. Tüm bir 3D baskı aparatı kabaca büyük bir mutfak ocağı veya buzdolabının büyüklüğünde bir kabine konulabilir.

baskı: Üç boyutlu baskı (1960'lar)

1960'larda üç boyutlu bir baskı geliştirildi, esasen aynı görüntünün üst üste bindirilmiş iki görüntüsünü taşıyan bir illüstrasyon

3D baskı terimi başlangıçta 1993 yılında Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde (MIT) bilim adamları tarafından 3DP olarak patentli olan ve birkaç üreticiye lisanslanan belirli bir süreci tanımladı. Bugün bu terim, bir dizi ilgili süreç için genel bir etiket olarak kullanılmaktadır. Hepsinin merkezinde bilgisayar destekli tasarım veya CAD bulunur. CAD programlarını kullanarak, mühendisler oluşturulacak nesnenin üç boyutlu bir bilgisayar modelini geliştirir. Bu model, nesnenin bir dizi iki boyutlu "dilimlerine" ve ardından yazıcıya birbirini izleyen her dilimde başlangıç ​​malzemesini tam olarak nerede katılaştıracağını söyleyen talimatlara çevrilir.

Çoğu işlemde başlangıç ​​malzemesi ince bir plastik veya metal tozudur. Tipik olarak toz, küçük miktarlarda dağıtıldığı kartuşlarda veya yataklarda depolanır ve son derece ince bir tabakada (genellikle sadece 20 mikrometre kadar küçük olabilen toz tanelerinin kalınlığı genellikle bir rulo veya bıçak tarafından yayılır veya 0.0008 inç) parçanın inşa edildiği yatağın üzerinde. MIT'nin 3DP işleminde bu katman bir mürekkep püskürtmeli yazıcının kafasına benzer bir aygıt tarafından geçirilir. Bir dizi meme, bilgisayar programı tarafından belirlenen bir desende bir bağlayıcı ajanı püskürtür, daha sonra tüm birikme alanına taze bir toz tabakası yayılır ve işlem tekrarlanır. Her tekrarda, yeni yatak toz tabakasının kalınlığı hassas bir şekilde azalır. İşlem tamamlandığında, konsolide olmayan bir tozun içine gömülmüş olan biriken kısım dışarı çekilir, temizlenir ve bazen işlem sonrası bazı bitirme adımlarından geçirilir.

Orijinal 3DP işlemi esas olarak plastik, seramik ve hatta sıvadan kaba maketler yaptı, ancak daha sonra varyasyonlar metal tozu da kullandı ve daha hassas ve daha dayanıklı parçalar üretti. İlgili bir sürece seçici lazer sinterleme (SLS) denir; burada nozul başlığı ve sıvı bağlayıcı, tozu istenen alanlarda sinterleyecek veya kısmen eritecek ve eritecek şekilde ısıtan hassas kılavuzlu lazerlerle değiştirilir. Tipik olarak, SLS ya plastik tozu ya da birleşik metal bağlayıcı tozu ile çalışır; ikinci durumda, yerleşik nesnenin daha fazla katılaştırma için bir fırında ısıtılması ve daha sonra işlenmesi ve cilalanması gerekebilir. Bu işlem sonrası aşamalar, yüksek güçlü bir lazerin ince bir metal tozunu bağlayıcı malzeme kullanmadan daha katı ve bitmiş bir parçaya birleştirdiği doğrudan metal lazer sinterlemesinde (DMLS) en aza indirilebilir. Yine bir başka varyasyon da elektron ışını eritme (EBM); burada lazer aparatının yerini, vakum koşulları altında güçlü bir elektrik yüklü ışını toz üzerine odaklayan bir elektron tabancası alır. En gelişmiş DMLS ve EBM süreçleri, gelişmiş çelik, titanyum ve kobalt-krom alaşımlarının nihai ürünlerini yapabilir.

Diğer pek çok süreç 3DP, SLS, DMLS ve EBM oluşturma prensibi üzerinde çalışır. Bazıları, başlangıç ​​malzemesini (toz veya sıvı) yalnızca belirlenmiş birikim alanlarına yönlendirmek için meme düzenlemeleri kullanır, böylece nesne malzemenin bir yatağına batırılmaz. Öte yandan, stereolitografi (SLA) olarak bilinen bir işlemde, tozdan ziyade ince bir polimer sıvısı tabakası, yapı alanı üzerine yayılır ve belirtilen parça alanları, bir ultraviyole lazer ışını ile birleştirilir. Yerleşik plastik parça geri alınır ve işlem sonrası adımlardan geçirilir.

Tüm 3B baskı süreçleri, tek bir adımda (bir konsolidasyon işlemi) döküm veya kalıplama veya katı bir bloktan kesme ve işlemenin aksine, nesneleri sıralı olarak oluşturan, ek üretim veya ek imalat olarak adlandırılan süreçlerdir. (çıkarıcı bir süreç). Bu nedenle, geleneksel imalatlara göre çeşitli avantajları olduğu düşünülmektedir, aralarında şef döküm ve öğütme işlemlerinde kullanılan pahalı takımların olmamasıdır; kısa sürede karmaşık, özelleştirilmiş parçalar üretme yeteneği; ve daha az atık üretimi. Öte yandan, bazı dezavantajları da vardır; bunlar arasında düşük üretim oranları, işlenmiş parçalardan daha az hassasiyet ve yüzey cilası, işlenebilecek nispeten sınırlı malzeme yelpazesi ve ucuz ve bozulma olmadan yapılabilecek parçaların boyutunda ciddi sınırlamalar bulunmaktadır. Bu nedenle, 3B baskının ana pazarı hızlı prototipleme olarak adlandırılıyor - yani, geleneksel üretim süreçlerinde seri olarak üretilecek parçaların hızlı üretimi. Bununla birlikte, ticari 3D yazıcılar süreçlerini geliştirmeye ve nihai ürünler için pazarlara girmeye devam ediyor ve araştırmacılar 3D baskı ile denemeler yapmaya devam ediyor ve otomobil gövdeleri, beton bloklar ve yenilebilir gıda ürünleri kadar farklı nesneler üretiyorlar.

3D bioprinting terimi, 3D baskı kavramlarının, dokular ve organlar gibi biyolojik varlıkların üretimine uygulanmasını tarif etmek için kullanılır. Biyoprinting büyük ölçüde mürekkep püskürtmeli veya lazer baskı gibi mevcut baskı teknolojilerine dayanır, ancak mikropipetler veya yazıcı kartuşu olarak kullanılan benzer araçlarda hazırlanabilen “bioink” (canlı hücrelerin süspansiyonları ve hücre büyüme ortamları) kullanır. Daha sonra baskı, hücreler aracılığıyla kültür plakalarına veya benzer steril yüzeylere belirli desenlerde bırakılarak bilgisayar aracılığıyla kontrol edilir. Hücre birikimi üzerinde ince kontrol ve hücre canlılığının daha iyi korunmasını sağlayan valf bazlı baskı, hücrelerin sferoid yapılarda toplanmasını kolaylaştıran önceden programlanmış desenlerde insan embriyonik kök hücrelerini basmak için kullanılmıştır. 3D bioprinting yoluyla üretilen bu tür insan doku modelleri, rejeneratif tıp alanında özellikle kullanılmaktadır.