ışıkla kür teknolojisi

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. DMEC (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 HeCd 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:
İnşa zarfı (X Y Z mm)
Katman kalınlığı (mm)
Katman inşa süresi (saniye/katman)
Dikey inşa hızı (mm/saat)
Toplam inşa hızı
Çözünürlük
Solider 4600
Solider 5600
350 x 350 x 350
500 x 350 x 500
0.15
0.1 - 0.2
120
65
(30 katman/saat)
(55 katman/saat)
4.5
8.3 - 11
500 cm^3/saat
1311mm^3/saat
0.1mm X-Y,
0.1mm X-Y, 0.15mm Z
Minimum detay (feature)
büyüklüğü
0.15-0.2mm Z
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 threedimensional 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
Cinnamoyl
cinnamate)
:
:
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