Geleceğin fabrikaları 3d yazıcılar

Yazı: Kaan SANCAR

Evinizden çıkıp kalabalık bir caddeye indiğinizde gördüğünüz manzara klasiktir: Vitrinleri inceleyen insanlar... Kimileri camların arkasındaki paltoyu süzer kimileri yeni tanıtılan akıllı telefonları. Kimilerinin gözüne mobilya mağazasındaki biblolar takılır kimilerininse optikteki gözlük çerçeveleri. Tüm bu kaçamak bakışların arkasında ise ortak bir istek yatar: Gördüklerine sahip olma isteği.

Şimdiye kadar çoğu insan da bu doğrultuda tüm dileklerini gerçekleştirebilecek bir aracın hayalini kurmuştur; masallarda anlatılan 'sihirli değnek' benzeri, sahip olmak istenen her nesneyi üretebilecek bir araç… Lakin bu istek uzun zaman boyunca peri masalları kadar imkânsız görünmüştür insanoğluna. Ta ki, hayalleri gerçekliğe dönüştüren teknoloji 3D yazıcılar ortaya çıkana kadar.

Standart bir yazıcı ile hem çok benzer hemde oldukça farklı özelliklere sahip 3D yazıcıları kısaca 'bilgisayar üzerinde tasarlanan veya üç boyutlu taraması yapılan nesneleri birçok farklı malzeme kullanarak, atıksız ve hızlı bir şekilde üretebilen cihazlar' olarak tanımlayabiliriz. Ah tamam, kabul ediyorum pek de kısa bir tanım olmadı. O zaman 'sihirli' bir değnek kadar yetenekli olmasa da elektrik devreleri ve motor dışında tüm mekanik parçaları ve bunun dışında akla gelen daha birçok nesneyi üretebilen bu cihazları kafa karıştırmayan bir örnekle tanıtalım.

Kısacık örneğimize ofislerimizde bulunan 'standart' yazıcıları düşünerek başlayalım. Bu yazıcılarla yapılan baskı genellikle üç aşamadan oluşur. Önce bilgisayarda bir belge oluşturulur, sonra yazıcının mürekkep durumu (bilgisayar tarafından) kontrol edilir, en son da 'yazdır' tuşu aracılığı ile yazıcılar üzerinden somut ortama aktarım gerçekleşir. 3D yazıcıların da çalışma prensibi bununla aynı. Aradaki fark ise kullanılan malzeme ve ortaya çıkan ürünler. Standart yazıcılar kâğıt üzerine iki boyutlu baskı yaparken, 3D yazıcılar çeşitli malzemeler ile üç boyutlu 'nesneler' üretebiliyor. Bu yazıcılarda mürekkep yerine kontrol edilen malzeme plastik; bilgisayarda üretilen dosya ise yazı yerine blueprint ya da CAD olarak adlandırılan üç boyutlu bir tasarım dosyası. Yani, bu teknoloji sayesinde bir karakterin vücudunu betimleyen bir yazı yerine niteliklerini yansıtan bir biblo üretebiliyorsunuz. Çok havalı, değil mi? Şimdi soralım o zaman: Sizce bu teknoloji ne zamandan beri hayatımızda? Sorumuzun cevabı: 33 yıl. Evet, yanlış duymadınız, 3D baskı teknolojisi tam 33 yıl önce, 1984 yılında, Charles Hull isimli bir mucit tarafından icat edilmiş. Sanılanın aksine yeni ortaya çıkan bir teknoloji olmaktan çok uzak olan 3D baskının sadece son birkaç yıldır gündemde olmasının nedeni ise mucidin 1987 yılında geliştirdiği ilk 3D yazıcı ile birlikte aldığı katı ve kısıtlayıcı patentler.

2007 yılına kadar geçerli olan bu patentler nedeniyle geliştirilen yeni 3D baskı tekniklerine rağmen oldukça sınırlı bir gelişme kaydedebilen teknolojinin yeniden doğuşu da yine bu patentlerin ortadan kalkması sonucu olmuş. 2008 yılında 'open source' (açık kaynaklı) lisansların ortaya çıkmasıyla yeniden gündeme gelen teknoloji, geliştirilen ilk açık kaynak kodlu 3D yazıcının ardından hızlı bir 'yeniden gelişim' sürecine girmiş ve kullanılabilir hale getirilen teknikler ile şekillenerek bugünkü halini almış. Burada odaklanacağımız konu ise bu teknolojinin nerede ve nasıl kullanıldığı.

Sanılanın aksine üretim aşamasında plastiğin yanı sıra polimer, metal, cam, kumtaşı, çikolata ve kök hücre gibi birçok malzemenin kullanılabildiği 3D baskı teknolojisinin kullanım alanlarını sağlık, mimari, savunma sanayi, otomotiv, mühendislik, endüstri ve mücevher sektörü olarak sıralayabiliriz. Şunu da belirtmek gerek tabii; kullanım alanları aslında tamamen hayal gücüne bağlı.

Günümüzde fabrikalar ve laboratuvarlarda kullanımı yaygınlaşan teknoloji; üretilen protez bacak, çalışabilir durumda böbrek, protez çene ve insan hücrelerinden oluşturulan damarlar ile sağlık alanında; otomobil parçaları, silahlar, oyuncaklar, ayakkabı tabanları, biblolar ile de diğer alanlarda neler başarabildiğini şimdiden ortaya koymuş. Teknolojiye büyük şehirlerdeki baskı merkezlerinde de ulaşmak mümkün fakat ücretin 'standart' baskıdan oldukça yüksek olacağını belirtmek gerek.

3D baskı teknolojisi ile ilgili geçmiş ve günümüzü kapsayan bir zaman turu yaptığımıza göre artık bu teknolojinin yaşantımızı önümüzdeki dönemde nasıl etkileyeceğinden bahsedebiliriz.

Diğer teknolojilerin aksine, 'ortaya çıkış' ve 'yükselme' dönemlerine ek olarak bir 'duraklama' devri de geçiren 3D baskı teknolojisinin yaygınlaşmasının hayatımıza en büyük katkısı hiç kuşkusuz sağlık alanında olacak. Halihazırda protezlerin üretiminde kullanılan teknolojinin yakın zaman içerisinde organ, doku ve kafatası dahil tüm kemikleri sıfırdan üretebilecek seviyeye geleceği ve sağlık alanında daha birçok gelişmenin de önünü açacağı öngörülüyor.

3D baskı teknolojisinin önünü açacağı diğer bir alan da; tasarım ürünleriyle birlikte üretimi oldukça kolaylaşacak kişisel ürünler. Şu anda ağız ve diş sağlığı alanında kişiye özel implant üretiminde de kullanılan 3D baskı teknolojisi, ileride bireylerin 'eşsiz' nesneler tasarlayıp bu tasarımlarını dilediklerinde evlerinde ya da baskı merkezlerinde kolayca ve uygun bir maliyetle gerçek hayata aktarabilmelerine olanak tanıyacak. 3D baskı teknolojisi bunların yanında hızlı ve maliyeti düşük seri üretimin yapılabilmesini, prototip üretiminin kolaylaşmasını ve yeni iş olanaklarını da beraberinde getirecek. Peki, ya bizden götürecekleri? Bu teknolojinin yaygınlaşmasıyla ortaya hangi sorunlar çıkacak?

Lafı uzatmadan hemen belirteli: 3D baskı teknolojisinin ortaya çıkaracağı öngörülen üç büyük sorun var ve bunların ilki imitasyon ürünlerin yaygınlaşması. 3D yazıcıya sahip ürünlerin üç boyutlu tasarım dosyalarına erişimi olan herkesin istediği ürünü üretmesine imkân tanıyacak teknolojinin yaygınlaşması ile birlikte imitasyon ürünlerin piyasalardaki varlığını artırması ve sahteciliğin yaygınlaşması bekleniyor. Tehlikeli silahların yetkisi olmayan kişilerce imal edilmesi de burada bahsetmemiz gereken ikinci husus. Teknolojinin tabanca, bıçak, tüfek üretimine imkân tanıyarak silah taşıma yetkisi olmayan kişilerin ve çocukların bu ürünlere ulaşımını kolaylaştıracağı da düşünülüyor. Mavi yakalıların iş gücüne duyulan ihtiyacın ortadan kalkması ise teknolojinin neden olacağı düşünülen üçüncü ve son husus. Fabrikalarda elle yapılan işlerin 3D yazıcılar sonrası tamamen makineleşerek işsizliğe neden olacağı da öngörüler arasında.

Yaklaşık 30 yılı kapsayan bu zaman yolculuğumuz ve gelecek ile ilgili tüm bu belirttiklerimizin ardından 3D baskı teknolojisi hakkında söylenecek tek bir söz kalıyor: Geleceğin fabrikaları, üretimin yeni hali olan 3D yazıcılar olacak!

HANGİ TEKNİKLER KULLANILIYOR?

AutoCad, SketchUp, Blender ve ZBrush gibi modelleme programları aracılığıyla üretilen tasarımların ya da taraması yapılan cisimlerin 3D baskısında öne çıkan dört yazıcı tekniği var.

Ortak özelliği katmanlama olan bu tekniklerden ilk ortaya çıkanı, SLA (Stereolitografi). 3D yazıcıların mucidi Hull'un da kullandığı teknik, sıvı haldeki reçinenin lazer ışınları yardımıyla katılaştırılması ve aşağıdan yukarıya doğru katmanlanarak şekillendirilmesine dayanıyor.

En çok tercih edilen teknik olmasıyla ön plana çıkan FDM (birleştirmeli yığma modellemesi) tekniği ise yazıcıda plastik, termoplastik ve kauçuk gibi malzemelerin kullanımına imkân tanıyor. Teknikte malzemeler eritildikten sonra makine üzerindeki hareketli kol yardımıyla katmanlama yapılıyor ve böylece nesneler oluşuyor.

SLS (seçkili lazerli sinterleme) tekniğine baktığımızda SLA'ya benzer bir şekilde işlediğini fakat kullanılan malzemelerin farklı olduğunu görüyoruz. Teknik, toz haldeki plastik, metal veya seramik malzemenin lazer ışınları ile taranarak katmanlaşması ve cisimlerin üretimi sağlanıyor.

Son olarak MJM (çok püskürtmeli modelleme) tekniğiyse farklı renklere sahip cisimler üretebilmesiyle diğerlerinden ayrılıyor. Reçine malzemeyi lazer ışınlarıyla şekillendiren fakat SLA ve SLS'ten farklı olarak tıpkı normal yazıcılar gibi işleyen teknikte, malzemenin lazer ile katmanlara yapıştırması yöntemi kullanılıyor.