Lazer Toz Yatak Füzyonu Bu Son Gelişmeyle Daha da Cazip Hale Geldi

3D Baskıya Hangi Teknoloji Hakim Olacak?

3D baskı, diğer adıyla katkı üretimi, giderek gelişmiş üretimin önemli bir bileşeni haline geldiğinden, süreci daha da optimize etmek önemlidir. Bunun nedeni, 3D baskı parçalarının ve bileşenlerinin genellikle otomotiv motorları, roketler, askeri ekipmanlar vb. gibi çok zorlu uygulamalarda kullanılmasıdır. Bu nedenle, bu koşullarda, bir bileşenin herhangi bir arızası felaketle sonuçlanan bir domino etkisine neden olabilir.

Bu, sektörün hareket etmesini sağlayacak önemli bir şey olacak Mevcut konsolidasyondan dökümlerde metal eritme ve işleme gibi eski yöntemlere göre baskın üretim süreci haline gelmek.

Özellikle hassas üretimde kullanılan bir 3D baskı tekniği vardır: lazer toz yatak füzyonu.

Wisconsin-Madison Üniversitesi ve Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar yakın zamanda gelişmiş X-ışını görüntülemeyle süreci analiz ettiler ve üretim sırasında oluşan kusurları önemli ölçüde azaltabileceklerini düşünüyorlar. Bulgularını International Journal of Machine Tools and Manufacture'da "Yüksek hızlı X-ışını görüntüleme kullanılarak şekillendirilmiş ışınlar aracılığıyla lazer toz yatak füzyonunda işleme kusuru azaltma mekanizmalarının ortaya çıkarılması¹ anlayışının sonucu olarak, buzdolabında iki üç günden fazla durmayan küçük şişeler elinizin altında bulunur.

Lazer Toz Yatağı Füzyonu

Toz yataklı 3D baskının çalışma şekli, katkı imalatı için kullanılan malzemeyi içeren bir toz tabakasının bir kaba bırakılmasıdır. Daha sonra bir lazer, 3D yazdırılmış öğeyi oluşturacak bölgede tozu eritir/birleştirir.

Daha sonra üstüne yeni bir toz tabakası yerleştirilir ve eritilmesi ve öğeye eklenmesi gereken parçalar tekrar lazerle hedeflenir. Yeterli zaman içinde yapılırsa, oldukça karmaşık şekiller ve nispeten büyük öğeler üretilebilir.

Kaynak: Araştırma kapısı

Bu videoda lazer toz yatak füzyonunu çalışırken görebilir, ayrıca bu teknik kullanılarak neler yapılabileceğine dair bazı örnekler görebilirsiniz.

Lazer toz yatak füzyonu, plastikten yapılmış ürünlerin üretiminde kullanılabildiği gibi, daha da önemlisi titanyum, çelik, kobalt-krom, alüminyum vb. metallerden de ürünler üretmek için kullanılabilir.

Bu yöntemin avantajı, metal enjeksiyon kalıplamaya benzer şekilde +/- 0.2 mm toleranslarla çok hassas geometri oluşturmasıdır. Ayrıca, kullanılmayan toz geri toplanıp yeniden kullanılabildiğinden çok az malzeme israfı olur.

Genellikle daha gelişmiş 3D yazıcı tasarımlarında, birden fazla lazerin aynı anda kullanılmasıyla daha büyük parçalar yeterince hızlı bir şekilde basılabilir.

Lazer toz yatak füzyonunun, birkaç farklı alt tekniği kapsayan bir şemsiye terim olduğu unutulmamalıdır:

• Seçici Lazer Eritme (SLM) ve Doğrudan Metal Lazer Sinterleme (DMLS)Her ikisi de metal tozunu tamamen eritmek için lazer sistemi kullanan tescilli işlemlerdir.
• Elektron Işını Erimesi (EBM), SLM'ye benzer ancak inert bir atmosferde veya vakum odasında bir elektron demeti kullanılır.
• Seçici Lazer Sinterleme (SLS)Toz polimer malzemeler kullanıldığında lazer sadece parçacıkları birbirine sinterler ve malzemeyi tamamen eritmez.

3D Baskı Hatalarının Önlenmesi

Teoride, metal parçaların eklemeli imalatı geleneksel döküm parçalara eşdeğerdir. Pratikte, gözenekler veya "boşluklar", pürüzlü yüzeyler ve büyük sıçramalar gibi sorunlar ortaya çıkabilir.

Bu tür yapısal sorunlar parçaların kırılmasına yol açabilir ki bu da kritik uygulamalarda kabul edilemez bir durumdur.

“Altta yatan mekanizmaları anladığımız için, halka şeklindeki kirişi kullanarak yüksek kaliteli parçalar üretmek için doğru işleme koşullarını daha hızlı belirleyebildik.”

Lianyi Chen – UW-Madison'da makine mühendisliği doçenti

Halka Şeklindeki Lazer Işını

Araştırmacıların 3 boyutlu baskı tasarımında yaptıkları ilk değişiklik, normal lazer ışınını, nLight adlı bir lazer şirketiOluşturma yarı iletken lazerler.

Kaynak: Uluslararası Makine Takımları ve Üretim Dergisi

Bu farklı şekil, erimiş metalin genel olarak erimiş havuzda daha iyi bir dolaşımını ve yeni oluşturulan öğenin yüzeyinde daha küçük dalgalar oluşturur. Sıçramalar da daha az büyüktür ve daha az uzağa gider.

Kaynak: Uluslararası Makine Takımları ve Üretim Dergisi

Eşleşen Model ve Gözlemler

Araştırmacılar bu gözlemleri Argonne Ulusal Laboratuvarı'nın yüksek enerjili senkrotron X-ışını tesisini kullanarak doğruladılar. Bunu 3B baskı sürecinin yüksek hızlı anlık görüntülerini oluşturmak için kullandılar ve araştırmacıların matematiksel modellerinin gerçekliği düzgün bir şekilde simüle edip etmediğini kontrol etmelerine olanak sağladılar.

Kaynak: Uluslararası Makine Takımları ve Üretim Dergisi

3D Baskı Daha Hızlı

Araştırmacılar ayrıca halka şeklindeki kirişin daha fazla dengesizlik yaratmadan toza daha derine delmesini sağlamayı başardılar. Bu, bitmiş ürünü zayıflatmadan daha kalın katmanlarla sonuçlandı.

Üretim daha az katman gerektirdiğinden, üretim hızlanır ve makinenin genel verimliliği artar.

Toz Yatak Füzyon Örneği

Bu tür bir çalışma sadece akademik bir gösteri olmaktan çok uzaktır. Endüstride halihazırda kullanılan toz yatak füzyon makinelerini geliştirebilir. İyi bir örnek havacılıkta, Boeing 9 uçaklarında kullanılan General Electric'in GE777X motorundaki yakıt nozulunda olabilir.

GE9X, üretilen en büyük turbo fan motorudur ve katkı maddesiyle üretilen nozül, önceki versiyonlara göre beş kat daha dayanıklıdır.

Bu tür gelişmelerin henüz çok yeni olduğunu belirtmek gerekir. GE9X tasarımının FAA tarafından onaylanması ancak 2020'de mümkün oldu.

Daha kaliteli ve daha hızlı bir toz yatak füzyon süreci, maliyetleri düşürürken tasarımı daha da iyileştirebilir.

3D Baskının Geleceği?

İleri Üretim Hakimiyetine Doğru

Daha önce nasıl olduğunu tartışmıştık 3D Baskı, imalatın geleceğinde yerini sağlamlaştırıyor.

Bu, biyomedikal implantlar veya havacılık gibi gelişmiş üretimlerde geçerlidir. Katkılı üretim parçalarının kalitesi iyileşmeye devam ettikçe, bu muhtemelen bu tür zorlu endüstrilerde baskın üretim yöntemi haline gelecektir.

Bunun aynı şekilde geçerli olması muhtemeldir robotik, yörünge içi üretim, ya da holografik 3D baskı doğrudan vücudumuzun içine.

Daha Fazla Uygulamaya Doğru

Bir diğer değişim ise 3D baskının ucuzlaması ile yaşanacak.

Bu durum kısmen daha fazla kullanım oranına bağlı olacak, çünkü daha fazla 3 boyutlu yazıcı üretilmesi ölçek ekonomisi yaratacak ve makinenin ve hammaddelerinin maliyetlerini düşürecek.

Bir diğer etken de teknolojideki gelişmeler olacak. Hammadde kullanımını optimize edebilir (işletme maliyetlerini düşürerek) veya parçaları daha hızlı üretebilir (sermaye harcama maliyetlerini düşürerek).

Bu, bu çalışmadaki gibi halka şeklindeki lazerlerle daha kalın katmanları içerebilir. Ya da belki aynı anda 2 lazer kullanımı. Ve hatta 3D yazdırılmış elektronikler, 3D yazdırılmış malzemelere ve parçalara eklenecek.

3D Baskıya Yatırım Yapmak

3D baskı artık teknolojik olgunluğa ve pazar konsolidasyonuna ulaşıyor. Bu, yatırımcılara geçmişe göre biraz daha fazla görünürlük sağlıyor ve bu teknolojinin bir moda olmaktan çok uzak olduğunu ve kalıcı olduğunu doğruluyor.

Birçok broker aracılığıyla 3D baskıyla ilgili şirketlere yatırım yapabilirsiniz ve bu web sitesinde Türkiye'nin en iyi brokerlerine yönelik önerilerimizi bulabilirsiniz. Amerika, Kanada, Avustralya, UK, diğer birçok ülkenin yanı sıra.

Belirli 3D baskı şirketlerini seçmekle ilgilenmiyorsanız aşağıdaki gibi ETF'lere de bakabilirsiniz: ARK Invest 3D Baskı ETF'si (PRNT) Bir bütün olarak katmanlı imalat sektörünün büyümesinden yararlanmak.

Veya makalelerimize bakın “İzlenecek En İyi 10 Eklemeli Üretim ve 3D Baskı Stoku", ve "En İyi 10 Nanoteknoloji Hisse Senedi".

Halka Şeklinde Lazer Şirketi

nLight A.Ş.

Şimdiye kadar, 3D baskı teknolojisinde kazananlar çoğunlukla 3D yazıcı üreticileri ve son kullanıcılar oldu. 3D yazıcıların bireysel parçalarının üreticilerine yatırım yapmak daha zordur, çünkü çoğu standart lazerler gibi nispeten metalaştırılmış bileşenlere güvenmektedir.

Burada tartışılan yenilikte durum böyle değil, halka şeklindeki lazerler yeni bir gelişme olup, harika bir uygulama alanı bulabilirdi.

Araştırmacılar nLight tarafından üretilen bir lazeri, daha doğrusu sürekli dalga (CW) AFX1000 fiber lazeri kullandılar.

Çok yönlü ışın ayarları paleti, tüm metallerin ödün vermeden işlenmesini sağlar. Kesimde, bu fiber lazerler kalın metal için CO2 benzeri kenar kalitesi ve ince metal için fiber lazerlerin hız avantajlarını sağlar; hepsi fiber lazerlerin güvenilirliği ve düşük sahip olma maliyetiyle birlikte.

Bu lazer, az veya çok ince 3D baskı ve karmaşık geometriler yapmak için yüzüğün şeklini değiştirebilmektedir.

Kaynak: Trokut Çözümleri

Şirket, 2016-2021 yılları arasında gelirlerinin istikrarlı bir şekilde arttığını gördü, ardından büyük ölçüde Çin'deki satışların azalmasıyla oluşan bir düşüş yaşadı. Bu muhtemelen Çin ile Batı arasındaki artan ticaret gerginlikleri ve Çinli yerel lazer üreticilerinin rekabetiyle bağlantılıydı.

Şu anda müşterilerin %95'i Çin dışında olduğundan, bu durumun şirketin gelecekte daha fazla etkilenmesi pek olası görünmüyor.

Kaynak: nIşık

Karma sonuçlar bu değişimin bir yansıması olarak ortaya çıktı; endüstriyel satışlar 2024 yılında büyük bir düşüş gösterirken, mikrofabrikasyon ve havacılık sektörlerinde patlama yaşandı.

Kaynak: Trokut Solutions

Satışlardaki son düşüş, 2024 yılında operasyonlardan gelen nakit akışının tekrar negatif bölgeye düşmesine neden oldu. Ancak, havacılık ve mikrofabrikasyon/3D baskının büyüme eğilimi, bu sektörlerin genel büyümesi ve nLight'ın benzersiz teknolojik avantajı tarafından sürdürülürse, nLight tekrar karlılığa kavuşmalıdır.

Çalışma Referansı:

^{1. Yuan, J., Guo, Q., Clark, SJ, Escano, LI, Nabaa, A., Qu, M., Huang, J., Li, Q., Román, AJ, Osswald, TA, Fezzaa, K. ve Chen, L. (2025). Yüksek hızlı X-ışını görüntüleme kullanılarak şekillendirilmiş ışınlar aracılığıyla lazer toz yatağı füzyonunda işleme kusurlarının azaltılmasına yönelik mekanizmaların ortaya çıkarılması. Uluslararası Makine Takımları ve Üretim Dergisi, 204, 104232. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2024.104232}