ışıkla kür teknolojisi
Transkript
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