Öncelikle yeni yılın tüm insanlığa sağlık, barış, bolluk ve refah getirmesini diliyorum. Bunlar olursa zaten gerisi de gelir diyelim…
Bugünkü yazının gerçek müellifi, Anadolu Üniversitesi, İletişim Bilimleri Fakültesinden öğrencim Melis İrem Atael'dir. Derslerimde 3D ve 4D yazıları anlatırken Melis İrem 5D yazıcılarının varlığından bahsetti. Bu konuda bilgim olmadığını söyledim ve kendisinden vize ödevi olarak bu konuyu yazmasını istedim. Aşağıda okuyacağınız yazı Melis İrem'in ödevidir. Ben sadece bazı düzeltmeler ve basit eklemeler yaptım.
Anadolu Üniversitesi öğrencilerinin kurduğu Dijital Dönüşüm Kulübü'nden de bahsetmemek olmaz. Öğrencilerin kurduğu bu kulüp, gerek öğrenciler arasında gerekse toplumda, dijital gerçekliğin farkındalığını artırmak için çok başarılı işler yapıyorlar. Kulübün kurulmasında öncü olan öğretim üyelerini ve öğrencileri gönülden kutluyorum
Giriş
5D yazıcıları daha iyi anlayabilmek için 3D yazıcıların özelliklerini hatırlayalım:
Hatırlanacağı üzere, imalat sanayinde kullanılan geleneksel üretim biçimi "Eksiltmeli Üretim" dediğimiz üretim yöntemdir. İnsanlığın en basit aletleri yapmaya başlamasından itibaren bu yöntem kullanılmaktadır. Bu yöntem ile üretimde kullanılacak hammaddeler kırpma/yontma/kesme/biçme gibi yöntemler kullanılarak şekillendirilmektedir.
3D yazılar ise, bu eksiltme yöntemin yerine katmanlı üretim yöntemi ile çalışmaktadır. Bu konuyu daha önce T24'te yazdığım için detaya girmeyeceğim.[1]
5D yazıcılara gelince; bu yeni yazıcılar da aslında katmanlı üretim yöntemi prensiplerine göre çalışan bir teknolojidir. Bu teknolojide, yazıcı başlığı ve yazdırılabilir nesne, beş serbestlik derecesine sahiptir. Beş eksenden aynı anda yazdırılmasına olanak sağlar.
Tarihçesi
5D terimi, ilk olarak Mitsubishi Electric'in Kuzey Amerika'daki yan kuruluşu olan Mitsubishi Electric Research Laboratories (MERL) tarafından kullanılmıştır.
Araştırma bilimcisi William Yerazunis, 5D yazıcıların 3D ve 4D yazıcılara göre daha dayanıklı ve güçlü olabileceğine inanıyordu. Böylece Yerazunis ve bir meslektaşı, fikirlerini kanıtlamak adına bir deney yapmaya karar verdiler.
Tamamen aynı plastik hammaddesinden yapılmış, aynı makarada olan ve aynı CAD modelinden yapılmış iki kapağı 3D ve 5D olarak ürettiler. Ardından basınç ekleyerek test ettiler. Birkaç saniye sonra 3D baskılı kapak acınası bir şekilde patladı ve patlamadan önce yalnızca 0,1 megapaskal basınca ulaşabildi. 5D baskılı kapak ise 3,7 megapaskal basınçta bile gayet iyi durumdaydı.
3D baskılı kapağa basınç uygulandığında yapışma hatları hızlı bir şekilde parçalandı fakat aynı parça, yüksek basıncın uygulanacağı çizgileri bükerek 5D yöntemiyle yazdırılınca 5 kat daha güçlü bir hale geldi. Üstelik 3D yazıcının kullandığı hammaddeye göre de yüzde 25 daha az malzeme kullanıldı.
Yerazunis böylece; 5D baskılı ürünün, 3D baskılı ürüne göre 5 kat daha güçlü olduğunu doğrulamış oldu. Bu gücün, bir bisiklet ve bir yarış motorsikletinin arasındaki fark gibi olduğunu belirtti.
Yerazunis deney ve projesini şöyle açıklıyor:
"Bu projedeki amacımız hangi yönde olursa olsun, güçlü ve dayanıklı parçalar yapmaktır. 5D baskı yöntemi çok fazla analiz gerektirir ve kullanılacak parçanın nasıl yapılacağının bilinmesi gerekir. Ancak 5 kat daha güçlü bir parça yapabildiğinizde, bu 3D baskı hakkındaki düşüncelerinizi kökten değiştiriyor".[2]
3D ve 4D yazıcılar ile 5D yazıcıların farkı
5D yazıcılar 3D ve 4D yazıcının aksine düz bir katmanda üretim yapmak yerine, eğri ve kavisli katmanlar üretir. 5D teknolojisinde yazıcı başlığı, nesne yazdırılırken hareket eder. 3D yazıcılarda olduğu gibi düz bir katmanda hareket etmek yerine, yazdırılan parçanın kavisli olan tarafını da üstlenir ve kavisli katmanlar üretir. 5D baskı teknolojisi bir diğer özelliği de, bugüne kadarki en güçlü ve en dayanıklı baskı tekniği olmasıdır.
Aslında baktığımız zaman 3D ve 5D yazıcılar birbirinden çok farklı değildir. Aralarındaki temel fark, 5D yazıcının kavisli bir tabaka ile daha güçlü bir parça oluşturmasıdır. 3D yazıcıya göre daha güçlü ve dayanıklıdır. Onun haricinde her ikisi de 3D CAD girişi, 3D tarayıcı ve 3D baskı malzemesi gibi aynı teknolojileri kullanır. 5D baskı, 3D baskıya göre daha az maliyetlidir ve yüzde 25 daha az malzeme kullanır.
4D yazıcılar ise hem 3D yazıcılardan hem de 5D yazıcılardan farklıdır. 4D yazıcılar daha önce T24'teki yazımda belirttiğim üzere, zaman, ısı, sıcaklık, su gibi etkenlerle etkileşime girdiğinde işlevini değiştirebilen ürünler üretmektedir.[3]
4D yazıcılar, 5D yazıcılar ile karşılaştırıldığında pek güçlü değildir. 5D baskılı nesne, 4D baskıda kullanılan şekil hafızalı polimerler nedeniyle 4D baskıdan daha serttir. 4D baskı; ısı, ışık, su, sıcaklık gibi etkenlere bağlı olarak şekil değiştirebilme özelliğine sahip olduğu için 5D baskıya göre yüzde 70 - yüzde 90 oranları arasında tasarruf sağlar.
Günümüzde 3D ve 4D yazıcılar 5D yazıcılara göre daha çok tercih edilse de gelecekte bu yeni teknoloji çok büyük yenilikler yaratacaktır. İnsanların hayatını kolaylaştıracak/kurtaracak birçok hizmet sağlayacaktır.
5D teknolojisinin kullanım alanları
3D teknolojisi ile üretim yapan pek çok firma, daha az malzeme kullanımı, daha dayanıklı ve güçlü parçalar üretilmesi ve karmaşık yapıların daha kolay bir şekilde üretilmesi nedeniyle 5D yazıcı ile üretim yöntemine geçmişlerdir.
Tıp, otomobil endüstrisi, inşaat sektörü, biyomedikal, ortodonti, havacılık, ortopedi ve yüksek basınca dayanıklı bileşiklerin yapımı gibi sektörlerde bu yeni teknoloji kullanılmaya başlandı bile. Şimdi de bu sektörlerdeki kullanımlarına bir göz atalım:
Tıp Sektörü:
3D yazıcıların tıp alanında büyük devrim yapacağı konuşulurken, bir anda, 5D yazıcılar tıp dünyasında yeni heyecanlar yarattı. Özellikle ortopedi alanında 5D baskının katkılarının çok büyük olacağı konuşuluyor. İnsan vücudundaki kemiklerin kavisli bir yüzeye sahip olması, bu parçaların üretiminde 3D yazıcıları yetersiz kılıyordu. Kavisli bir yüzey, yüksek dayanıklılık ve güç gerektirdiğinden, en uygun üretim artık 5D yazıcılar ile daha kolay bir şekilde üretilebiliyor.
Bir kaza sonucu vücut parçalarının yerine geçen ya da doğuştan olan sakatlıklarda kullanılan protezler ya da implantlar 5D baskı yöntemiyle, yüksek dayanırlıkta üretilebilmektedir. 5D baskı yönteminin cerrahi planlamada çok büyük yenilikler yaratacağına inanmaktayım.
Karmaşık torasik patolojisi olan hastalarda 5D modellerinin basılması, cerrahi planlamayı, rezeksiyon için kenar boşluklarını seçmeyi, olası zorlukları tahmin etmeyi, öğrenenler için öğretmeyi ve hastalar için eğitimi kolaylaştırır.[4]
Havacılık Sektörü:
3D yazıcılar ile karmaşık, kavisli geometrilere sahip, boyutu oldukça büyük, aerodinamik özelliklere
sahip işlevsel parçaları hızlı ve uygun maliyetli üretmek imkansız görünebilir. Fakat 5D yazıcılar ise bu sorunları çözebilecek özelliklere sahiptir.
Havacılıkta, giderek karmaşıklaşan tasarımların geliştirilmesi ile birlikte ihtiyaç duyulan parçaların üretilmesinde 3D ve 5D yazıcılar her geçen gün daha fazla tercih edilir olmaktadır. Bu teknolojilerle üretilen parçalar hem daha hafif hem de daha güçlüdür. Kullanılan malzemeler sayesinde ürünlerde sağlanan ağırlık tasarrufu hem yakıt tüketimini hem de CO2 emisyonlarını azaltmaktadır. Bu nedenle, önde gelen havacılık şirketleri, uzun vadeli stratejilerini oluştururken 3D yazıcıları ve 5D yazıcıları üretim planlarına entegre ediyorlar.
İnşaat Sektörü:
Günümüzde 3D baskı ile 175 yıla kadar dayanabilen, dayanıklı evler inşa edilmektedir. Bu evler 8 ve 24 saat arasında inşa edilebilmektedir. Daha dayanıklı ve büyük evlerin yapımı ise 1 aya kadar çıkabilmektedir. Malzemeden ve zamandan büyük tasarruf eden bu evler, şu an 3D baskı ile yapılsa da, yakın gelecekte 5D baskı 3D baskının yerine geçecektir.[5]
Zaman ve malzeme tasarrufunda ileri gidilecek, 8 saatte yapılan evler 1 saatte, 24 saatte yapılan evler 5 saatte yapılabilecektir. Şu an 3D baskı ile üretilen evlerin boyutundan dolayı evler bungalov olarak kiraya verilmekte veya etkinliklerde geçici yapılar olarak kullanılmaktadır. Gelecekte, 5D yazıcılar ile birlikte daha büyük evler inşa edilebilecek ve bu evler hava şartlarına ve yıllara daha dayanıklı olabilecektir.
Otomotiv Sektörü:
Otomotiv sektörüne yeni bir soluk getiren 3D baskı teknolojisi, fabrika montaj hatları ve test takipleri için karmaşık parçalar üretmektedir. Fakat 3D yazıcılar dayanıklı ve karmaşık yapılar üretmekte yeterince başarılı değildir.
5D yazıcılar sayesinde, dayanıklı ve karmaşık parçalar dakikalar içinde üretilecek, zaman ve malzeme açısından büyük tasarruf sağlanabilecektir. Çok daha kısa bir sürede üretilen otomobil, uzun vadeli kullanıma daha açık olacak ve trafik kazalarına karşı daha temkinli ve dayanıklı olacaktır. Tasarım sürecinin hızlandırılması, kalitenin artması ve birçok açıdan tasarruf yapılması geleceğe büyük yatırım yapmaktadır.
Otomobil sektörü karmaşık ve zor bir sektör olduğu için, 5D baskı teknolojisi çok büyük bir umut olmuştur. Yakın gelecekte, 5D baskının da hayatımıza yerleşmesiyle, otomotiv endüstrisi oldukça gelişecektir.
Notlar
Araştırma Bilimcisi William Yerazunis'in Mitsubishi Electric Research Laboratories (MERL)'de geliştirdiği 5D yazıcının videosunun izleyebilmek için linke tıklayın.
Hintli bilim insanlarının geliştirdiği 5D yazıcıyı izleyebilmek için linke tıklayın.
- [1] https://t24.com.tr/yazarlar/hayri-cem-haftalik/endustri-4-0-in-bilesenleri-3-d-uc-boyutlu-yazicilar,26954
- [2] Zeijderveld Jessica Van, 5D Printing: A New Branch Of Additive Manufacturing, Sculpteo,May 7, 2018, URL: https://www.sculpteo.com/blog/2018/05/07/5d-printing-a-new-branch-of-additive-manufacturing/
- [3] https://t24.com.tr/yazarlar/hayri-cem-haftalik/gelecek-4-b-4-d-baski-teknolojisi,27048
- [4]Erin A Gillaspie, Jane S Matsumoto, Natalie E Morris, Robert J Downey, K Robert Shen, Mark S Allen, and Shanda H Blackmon, From 3d Prıntıng To 5d Prıntıng: Enhancıng Thoracıc Surgıcal Plannıng And Resectıon Of Complex Tumors, US National Library of Medicine National Institutes of Health, May 2016, URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4997802/
- [5] INGALLS Julia, Architect News, In 24 hours, get a 3D-printed house that will last 175 years, March 7, 2020, URL: https://archinect.com/news/article/149995791/in-24-hours-get-a-3d-printed-house-that-will-last-175-years
