3D baskı nispeten yeni bir teknoloji olsa da, tarihi derin, ilginç ve hâlâ gelişmektedir. Burada, teknolojinin kökenlerine, popülaritesindeki ve kullanımındaki yükselişine ve gelecekte bizleri nelerin beklediğine göz atacağız. Karşınızda 3D baskı tarihi:

İlk 3D yazıcılar

En eski 3D yazıcı 1981 yılında, Dr. Hideo Kodama’nın UV ışığı ile polimerize edilebilen bir reçine kullanarak parçaları katman katman oluşturan ilk hızlı prototipleme makinelerinden birini icat etmesiyle ortaya çıktı. 1986’da stereolitografi (SLA) için ilk patent, hem SLA hem de 3D baskı için kullanılan en yaygın dosya türü olan .stl biçimini oluşturmak ve ticarileştirmek için “3D baskının mucidi” olarak kabul edilen Chuck Hull tarafından dosyalandı.

1988’de, Texas Üniversitesi’nde bir öğrenci olan Carl Deckard, toz halindeki malzemeyi katı yapılara sinterlemek için bir lazer kullanan başka bir 3D baskı türü olan seçici lazer sinterleme (SLS) teknolojisini lisansladı. Kısa bir süre sonra, 1989’da Scott Crump, kaynaşmış filament üretimi (FFF) olarak da bilinen kaynaşmış biriktirme modellemesinin (FDM) patentini aldı. Böylelikle bugüne kadar 3D baskı endüstrisindeki ana oyunculardan biri olan Stratasys’i kurdu. Aynı yıl, Hull’ın şirketi 3D Systems Corporation, SLA-1 3D yazıcıyı piyasaya sürdü.

1990’lar – ve 3D baskı endüstrisinin büyümesi

1990’lar, yeni şirketlerin kurulması ve yeni eklemeli üretim teknolojilerinin keşfedilmesiyle, erken 3D baskı endüstrisinde büyük bir ivme kazandı. Ancak, ilk SLS yazıcının ticari olarak piyasaya sürülmesi 2006 yılına kadar değildi.

RepRap Projesi

2005, Dr. Adrian Bowyer tarafından kurulan “RepRap Projesi” adlı açık kaynaklı bir girişimin yükselişi sayesinde 3D baskı teknolojisi için bir dönüm noktası oldu. Projenin ilk amacı, FDM/FFF ile başlayarak, kendi kendini kopyalayabilen düşük maliyetli bir teknoloji olarak katmanlı üretimi yeniden düşünmekti. O andan itibaren esasen her başarılı düşük maliyetli 3D yazıcı için bir ilham kaynağı haline gelen RepRap adlı bir 3D yazıcı meydana geldi.

RepRap 3D yazıcı, RepRap’in kendisi tarafından basılabilen birçok plastik parçadan yapılmıştır. Bu, herhangi bir RepRap sahibinin diğer parçalar, araçlar veya tasarımlarla birlikte başka bir 3D yazıcı yazdırabileceği anlamına gelir. Dolayısıyla “kendini kopyalayabilir”.

2000’ler –açık kaynak kapıları açar

Açık kaynak olması ve dolayısıyla 3D baskı teknolojisini neredeyse bilgisayarı olan herkes için erişilebilir hale getirmesi nedeniyle RepRap, 2017 yılında 3Dprint.com tarafından bir numaralı “3D baskılı şey” olarak adlandırıldı.

RepRap projesinin başarısı, ticari 3D yazıcıların yükselişi için bir katalizördü. 1980’lerde FDM ile ilgili olarak açılan patentlerin çoğu 2006’da kamu malı oldu. Bu, 3D baskı üreticilerinin pazara daha fazla girmesine neden oldu. 2009’da kurulan Makerbot, arkasındaki büyük güçtü. 3D baskıyı ana akım pazara getirmek ve hem profesyonel hem de amatör kullanıcılar veya “yapımcılar” için kapı açmak en büyük hedefti. Şirket, müşterilerin kendi 3D yazıcılarını oluşturmalarını sağlayan açık kaynaklı DIY kitleri sattı. Çevrim içi dosya deposu Thingiverse, yüz binlerce ücretsiz ve ücretli indirilebilir 3D baskı dosyasına da ev sahipliği yapıyor. Site kısa sürede dünyanın en büyük 3D baskı çevrim içi topluluğu haline geldi.

Ultimaker’ın kuruluşu

Ultimaker, 2011 yılında Hollanda’nın Utrecht kentindeki Protospace FabLab’dan doğdu. Daha büyük endüstriyel katkı makinelerinin getirdiği maliyetler ve güçlükler olmadan doğru, kullanışlı parçalar sunacak bir 3D yazıcı yapmaya çalışan birkaç arkadaş arasında bir proje olarak başladı.

Bunun için ilham RepRap projesinden geldi. Kendi bileşenlerinin çoğunu kopyalayabilen açık kaynaklı bir makine olan bu “kopyalayan hızlı prototipleyiciyi” oluşturmak için geçen birçok akşamdan sonra çalışan bir 3D yazıcıları vardı. Ancak, düzgün çalışmasını sağlamak için ne kadar zaman ve sürekli bakım gerektiğini fark ettiler. Onu daha da iyi hale getirecek tasarım iyileştirmelerini araştırmaya başladılar. Zaman içinde Ultimaker, kendin yap kitlerinden endüstriyel ortamlara uygun donanım, yazılım ve malzemeler sağlayan eksiksiz bir ekosisteme dönüştü.

3D baskının bugünü

Ticari 3D yazıcıların yükselişinden bu yana, endüstrinin manzarası büyük ölçüde değişti. Artık 3D yazıcılar hem masaüstü hem de havacılık, mimari, imalat, otomotiv, sağlık, inşaat ve tabii ki çok daha fazlası gibi endüstrilerde ve bölümlerde kullanılmaktadır.

Örneğin 2018’de Uluslararası Uzay İstasyonu, düşük yer çekimli bir 3D yazıcı kullanarak uzaydaki ilk aracı yazdırdı. Bu, çalışanların bakım için ihtiyaç duydukları araçlara Dünya’dan teslim edilmelerini beklemek yerine çok daha hızlı erişmelerini sağladı.

3D baskı teknolojisi aynı zamanda Gerhard Schubert GmbH gibi kuruluşların, hem üretim organizasyonlarının kendileri hem de müşterileri tarafından talep üzerine basılabilen parça ve araçlardan oluşan “dijital depolar” yaratarak çalışma biçimlerini dönüştürmelerine olanak tanıyor.

Günümüzün 3D baskı malzemeleri

Ek olarak üreticiler, ısıya ve kimyasallara dayanıklı, alev geciktirici, ESD güvenli ve metal, karbon fiber, cam fiberden yapılmış parçaların oluşturulmasını sağlayan, sürekli büyüyen istikrarlı 3D baskı malzemelerinden yararlanabilir. 2015 yılında İsveç merkezli Cellink şirketi, biyolojik dokuyu ve potansiyel olarak insan organlarını basmak için kullanılabilecek deniz yosunu bazlı bir malzeme olan “biyo-mürekkep”i piyasaya sürdü. Bu, 3D baskı şirketlerinin çeşitli endüstrilerde devrim yaratmak için kullanabileceklerine inandıkları birçok kullanım örneğinden biridir. Bu gibi gelişmeler 3D baskı geleceğinin büyük bir potansiyele sahip olduğu anlamına geliyor.

3D baskının geleceği

3D baskı için geleceğin tam olarak ne olacağı oldukça spekülatif, ancak tüketici 3D yazıcılarının benimsenmesi muhtemelen hızlanmaya devam edecek. Bu ister prototip, alet, ister son kullanım parçaları basıyor olsun, ortalama bir kişinin malları elde etme şeklini değiştirecek, üretim araçlarını ellerinde bırakacak. Teknolojinin hızlanması, aynı zamanda, tedarik zinciri sorunlarını önleyerek, nakliye ve nakliye maliyetlerini azaltarak ve mal satın almak için harcanan zaman ve parayı önemli ölçüde azaltarak, üretimi bir bütün olarak merkezden uzaklaştırmaya hizmet edecektir.

3D baskıda kullanılan malzemeler genişlemeye ve gelişmeye devam edecek. Örneğin, metal baskının yükselişi, geleneksel üretim yöntemlerinden başka yollarla elde edilmesi imkansız olduğu düşünülen uygulamaların ve kullanım durumlarının önünü şimdiden açıyor. 3D baskıda metal kullanımı, metal parçaların seri üretimi için 3D yazıcıları kullanan ve onları her zamankinden daha hızlı ve daha ucuza üreten organizasyonları potansiyel olarak görecek.

Gelecekteki sayılarla 3D baskı

Diğer tahminler, 3D baskının daha geniş kullanımlarına odaklanıyor. 2020’de 3D baskılı kalıplar ve aletler 5,2 milyar dolar değerindeydi. Bu rakamın 2030’a kadar 21 milyar dolara çıkması bekleniyor. Bu arada son kullanım parçalarının değeri aynı yıl yedi kat artarak 19 milyar dolara çıkacak. Bu tür bir büyüme, kuruluşların giderek dış kaynak kullanımı yerine şirket içi üretime yönelmesiyle birlikte imalat endüstrisinin dönüşümü anlamına gelecektir.

Kaynak: Ultimaker

Yirmi yılı aşkın bir süredir 3D yazıcı üreticisi olarak hizmet veren Stratasys, ısıtmalı baskı haznesi patentini elinde tutuyor. Şirket, ilgili üç IP parçası sayesinde 2000 yılının haziran ayından bu yana FDM 3D yazıcılarında kendi ısıtmalı baskı haznesi tasarımını kullanmak için gerekli olan hakları kendi bünyesinde barındırıyordu. Peki bu ne anlama geliyor?

Bu durumu dünya çapındaki üreticilerin baskı haznesinden bağımsız olarak kendi elektronik kontrol bileşenleriyle donattıkları ticari 3D yazıcıları geliştirmelerine ve aynı zamanda satmalarına engel oluyor. Bunun sonucundaysa AON3D, INTAMSYS, Roboze ve 3DGence gibi yenilikçi çözümler arayan şirketler yüksek sıcaklığa sahip endüstriyel FDM pazarına girmekte zorlanmaya başladı.

Üç patentten US7297304B2 ve US20040104515A1 2020 kasım ayında sona ermişti. Üçüncü ve son patent olan US6722872B1 ise birkaç yıl önceki uzatmayla birlikte 27 Şubat 2021’de sona erdi. Son ablukanın ortadan kalkmasıyla birlikte yakın gelecekte yüksek ısıya sahip FDM 3D yazıcıların üretim biçiminde büyük değişiklere tanıklık edebiliriz.

Zamanda Yolculuk

Son patent olan US6722872B1’in sona ermesinin ne tür bir etkiye sahip olabileceğini tahmin etmek için şirketin tarihsel zaman çizelgesine de bakmak gerekiyor. Stratays, Scott ve Lisa Crump ortaklığında 1989 yılında kuruldu. Aynı yıl Scott, bir yıl önce kızı için bir oyuncak kurbağa üretmeye çalışırken geliştirdiği bir 3D baskı işlemi olan erimiş yığma modelleme ismini verdiği, bugün FDM olarak bildiğimiz teknoloji için bir patent başvurusunda bulundu.

Tam 20 yıl sonraysa 2009 yılına gelindiğinde bu FDM patentinin süresi doldu. Patentin sona erişi aslında yeni bir gelişmenin kapısını aralıyordu. Bu gelişme Dr. Adrian Bowyer’ın Bath Üniversitesi’ndeki çalışmasının önderliğindeki RepRap Projesi aracılığıyla sürdürülen tüketiciye yönelik 3 boyutlu baskının doğuşu olarak kabul ediliyor. Resmi olarak 2004’te başlayan RepRap projesi’nin yıl dönümü bir diğer 3D yazıcıyı ürettiği tarih olan 29 Mayıs’ta (2018) kutlanıyor.

2009 yılında engellerin ortadan kalkması ve açık kaynaklı RepRap hareketinin yayılmasıyla birlikte yüzlerce 3D yazıcı start up’ı kurulmaya başladı. Ve 3D yazıcı sahibi olmak çok kolay hale geldi. Ultimaker, MakerBot, FlashForge ve Prusa gibi birçok start up’ın kuruluşu bu döneme denk geliyor. Hobi amaçlı 3D baskıyla ilgilenenlerin vazgeçilmezi olan FDM / FFF 3D baskı bugüne kadar en yaygın kullanılan eklemeli imalat teknolojisidir.

US6722872B1’in Zamanı Doldu

US6722872B1’in sona ermesinin 2009 olayıyla aynı sismik etkiye sahip olmayacağını söylesek pek de yanlış sayılmaz. Öte yandan, yaşanan bu gelişme muhtemelen basit ısıtmalı baskı haznelerinde yeni bir akıma yol açabilir. Aynı zamanda yüksek ısılı endüstriyel FDM pazarını çok daha rekabetçi hale getirecektir.

Daha küçük ölçekteki üreticiler artık genellikle tüm sistemin fiyatını artıran daha dayanıklı elektronik bileşenler kullanmaya başvurmak zorunda kalmayacak. Motorlarını ve diğer elektronik bileşenlerini ısıtılmış baskı haznesinden izole edebilme olanağı ile şirketlerin PEEK, PEKK ve ULTEM baskı özelliklerine sahip yüksek sıcaklık FDM sistemleri geliştirmeleri daha kolay hale gelecek. Son patentin de rafa kalkmasının üretici pazarı üzerindeki etkisini bu şekilde özetleyebiliriz.

Tüketici Pazarını Nasıl Etkiliyor?

Tüketici pazarı üzerindeki etkisine baktığımızdaysa, US6722872B1’in varlığı muhtemelen 2010 yılında RepRap kurucusu Dr. Adrian Bowyer MBE’nin daha önce Chris Palmer’a (Nophead) atfettiği ısıtmalı tablanın icadına kapı araladı. Artık çoğu FDM 3D yazıcıda bulunan ısıtmalı tabla, baskının tablaya yapışmaması ve katmanların tutunmaması ve bükülme gibi sorunlarının en aza indirilmesinde büyük rol oynuyor. Geçtiğimiz yıl Bowyer, FDM 3D yazıcılarla kullanılmak üzere kendi açık kaynaklı solenoid tabla ısıtıcısının tasarımını detaylandıran bir blog yazısı dahi yayınladı.

Isıtmalı tabla, günlük 3 boyutlu baskının ayrılmaz bir parçası olsa da mühendislik filamentleri söz konusu olduğunda yetersiz kalabiliyor. Michigan Teknoloji Üniversitesi’nden Joshua Pearce, ısıtmalı baskı haznesinin önemini gösteren, PEKK ve ULTEM ekstrüzyon özelliklerine sahip düşük maliyetli bir FDM yazıcı için açık kaynak tasarım planlarını yayınladı. “Cerberus” olarak adlandırılan üç kafalı makine 1000$’dan daha düşük bir fiyata üretilebiliyor ve Stratasys tasarımına benzer şekilde tüm düşük çalışma sıcaklığı elektroniklerini ısıtmalı tablanın dışında barındırıyor.

Kaynak: 3D Printing Industry