1987 yılında ultraviole ışığına duyarlı polimerlerin lazer ile katman katman kürlenmesi ile başlayan hızlı prototipleme endüstrisi, 30 yıl sonrasında başta abd, japonya, çin ve almanya’dan olmak üzere 40’ın üzerinde değişik sistem üreticisi...
TEKNOLOJİK İNOVASYON VE ÜRÜN GELİŞTİRME
Teknolojik inovasyon şirketlerin pazardaki rekabet güçlerini korumak/artırmak için ürünlerinde, üretim süreçlerinde ve hizmetlerinde sürekli yenileme ve iyileştirme yapmaları olarak tanımlanabilir. Yapılan çalışmalar ile ortaya çıkan fikirlerin ticarileşmesi büyük önem taşımaktadır. Günümüz rekabet koşulları altında bir ürün geliştirilirken, ürün, üretim yöntemi veya hizmetlerde yapılan inovasyon çalışmalarında hedef, şirketin yarattığı değerin artırılmasıdır. İnovasyon ve ürün geliştirme süreçlerinde üzerinde form, fonksiyon denemeleri yapılabilecek prototipler ve modeller kullanılması; geliştirilen ürünlerin en kısa sürede tüketicinin kullanımına sunulması büyük önem taşımaktadır.
Son yıllarda söz konusu model ve prototiplerin üretiminde; son kullanıcıya sunulacak ürünlerin üretiminde kalıp imalatı gibi uzun zaman alan süreçlerin ortadan kaldırılmasında Katmanlı Üretim Teknolojileri (KÜT) yaygınlaşarak kullanılan teknolojiler olarak dikkat çekiyorlar.
KATMANLI ÜRETİM TEKNOLOJİLERİ’NİN GELİŞİMİ
1987 yılında UltraViole ışığına duyarlı polimerlerin lazer ile katman katman kürlenmesi ile başlayan Hızlı Prototipleme endüstrisi, 30 yıl sonrasında başta ABD, Japonya, Çin ve Almanya’dan olmak üzere 40’ın üzerinde değişik sistem üreticisi ve tüm dünyada 20 bin den fazla sistem kurulumuyla, yaklaşık 1 milyar dolarlık bir endüstri haline dönüşmüştür.
CAD sistemi kullanıcı sayısının son 5 yılda 150 bin’den 2 milyonun üzerine çıktığı düşünüldüğünde, 20 bin sistem kurulumunun oldukça az olduğu da bir gerçek olarak karşımıza çıkmaktadır.
Ancak bu sistem kurulumlarının yarısından fazlasının son 3 sene içerisinde gerçekleştiği gerçeği de, bu sektörün önümüzdeki günlerde ne kadar daha büyüyeceğinin önemli bir göstergesidir.
Bu sistemler ilk yıllarındaki gibi sadece Hızlı Prototipleme amaçlı kullanılmadığından ve kimi yerlerde doğrudan parça imalatı için de kullanıldığından, terminoloji de gelişerek Katmanlı Üretim Teknolojileri-KÜT (Additive Fabrication Technologies) olarak anılmaya başlamıştır.
KÜT sistemlerinin bugün dünya üzerindeki dağılımına bakıldığında kurulu sistemlerin yüzde 39,1’inin ABD’de, yüzde 12,2’sinin Japonya’da, yüzde 8’inin Almanya’da olduğu görülecektir. Türkiye’de kurulu sistemler ise dünya genelinin yüzde 1,2’sini oluşturmaktadır. Ülkemizin dünya ekonomisindeki payı dikkate alındığında bu rakamın artan Ar-Ge, inovasyon ve ürün geliştirme çalışmalarına paralel olarak artarak, KÜT uygulamalarının ülkemizde daha da yaygınlaşması gerekmektedir. KÜT günümüzde kullanım alanlarına ve fiyatlarına göre 3 ana kategoride gelişmektedir:
3D Printer’lar
– Daha çok kavramsal ürün tasarım denemeleri, Hızlı Prototipleme Sistemleri
– Fonksiyon ve Uyum uygulamaları ve mastar modeller ve son olarak Hızlı İmalat Sistemleri
– Doğrudan son kullanım parçaların üretimi.
3D PRİNTER’LAR
3D Printer’lar her geçen gün daha düşük fiyatlar ile pazara sunulmakta, daha iyi kavramsal modeller üretebilmekte ve kullanım oranları artmaktadır. Daha önceki yıllarda üst seviye sistemlerde bulunan özellikler, daha uygun fiyatlı 3D Printer’lara indirgenmektedir. Bilgisayarda yazım programı (MS Word gibi) kullanan her 1-5 kişi, yanında veya ortak nasıl bir Printer kullanıyorsa, imalat sektöründe de her CAD kullanan 1-5 kişinin yanında bir adet de 3D Printer kullanacağı ve bu sektörün her geçen gün CAD kullanımının artması ile orantılı olarak gelişeceği düşünülmektedir. Diğer taraftan değişik malzeme seçenekleri, yüksek hassasiyet oranları ve boyutları ile Hızlı Prototipleme sistemleri de gelişmekte, kullanıcılarına değişik seçenekler, özel imalat teknolojileri sunmaktadır.
Hızlı Prototipleme sistemlerinin malzeme seçeneklerinin artması, gerçek mühendislik malzemeleri kullanması, daha fonksiyonel ve dayanıklı parçalar üretmesi ve bunların çeşitli testlere dayanmıyla üretimlerin tekrar edilebilirliği, doğrudan son kullanım parça imalatına olanak tanımaktadır. Hızlı Prototip sistemlerinin bu tür Hızlı İmalat için kullanım oranı her sene artarak yüzde 12’lere erişmiş durumdadır. Önümüzdeki senelerde de bu oranın, teknolojinin hız kazanması, malzemelerin çoğalması, kalitenin daha da artması ile çok daha büyüyeceği öngörülmektedir.
Ülkemizde geliştirilerek ticarileşmiş KÜT maalesef bulunmamaktadır. Bununla birlikte, çeşitli üniversitelerimizde konu hakkında araştırmalar gerçekleştirilmektedir. Yapılan bu çalışmaların kısa vadede olmasa bile orta uzun vadede yararları mutlaka görülecektir. Önemli olan bu tip teknolojilerin sanayimizdeki kullanımı yaygınlaşırken, bu alandaki boşlukları dolduracak, yenilikçi çözümler üretilmesine temel oluşturacak üniversite projeleri ve araştırmalarının sanayi ile işbirliği içerisinde gerçekleştirilmesidir. “3D Printer”lar ofis ortamında, otomatik olarak, el değmeden bilgisayar ortamındaki 3 boyutlu modelleri KÜT kullanarak üreten sistemler olarak tanımlanabilir.
3D Printer’lar KÜT kullanan cihazlar arasında bir üst segmentte yer alan hızlı prototipleme cihazlarına göre ilk yatırım maliyetleri açısından daha uygun çözümler olmakla birlikte; günümüzde malzeme seçenekleri, üretim boyutları, detay üretebilme yetenekleri açılarından daha sınırlı seçenekler sunmaktadırlar.
3D Printer’lar uygun maliyetleri ve fiyatları sayesinde son 10 sene içerisinde KÜT içerisindeki pazar paylarını önemli derecede arttırmış ve 2007 senesi içerisinde dünya pazarında satılan tüm KÜT sistemlerinin, adet bazında, yüzde 74.1’ini 3D Printer’lar oluşturmuştur. 3D Printer’ların gün geçtikçe düşen fiiyatları, gelişen teknolojileri ile artan özellikleri, KÜT sistemleri içerisindeki oranları
nı her geçen gün arttırmaktadır. Günümüzde dünyada 15 bin den fazla 3D Printer çeşitli uygulamalar için kullanılmaktadır.
3D Printer’ların kullanıcılarına ürün geliştirme sürecinde sunduğu genel avantajlarla, söz konusu cihazların Dünya’da ve ülkemizdeki uygulama alanlarını aşağıdaki gibi özetlemek mümkündür.
KAVRAM ONAYI
3D Printer’lar tasarım sürecinin erken aşamalarında modellerin yaratılmasına ve tasarım sürecinin daha da kısaltılmasına olanak sağlarlar. Tasarımcıların tasarlamış oldukları 3 boyutlu modelleri network üzerinden 3D printer’a göndererek hızlı ve ucuz bir şekilde üretilmelerine fırsat verir. Modellerin dışarıdan tedariği ise genelde günlerle ölçülen bir süreç olup, firmalar açısından yüksek maliyetleri gündeme getirebilmektedir. 3D Printer’lar kullanılarak aynı prototip saatler içerisinde ve çok daha düşük maliyetlerle üretilebilir.
3D Printer kullanılarak üretilen fiziksel modeller tasarım ekibinde yer alan herkesin konseptleri detaylı olarak incelemesine olanak sağlar ve konsept tasarımlar üzerinde interaktif şekilde yapılacak değerlendirmeler neticesinde ortaya çıkan yüksek kaliteli geri bildirimler daha iyi bir ürün tasarımına giden yoldaki en önemli girdilerden biridir. 3D Printer’lar şirketlerin ürün geliştirme faaliyetleri sırasında daha global bir ölçekte gerçek zamanlı işbirlikleri kurmaları nı da sağlar.
FONKSİYONEL DENEMELER
3D Printer’ların çoğunda çalışan parça olarak kullanılabilecek kadar dayanıklı, hatta ABS plastik malzemeden modeller üretilebilmektedir. Bu özellik form, uygunluk ve fonksiyon denemelerinde kullanılmak üzere istediğiniz sayıda tasarım denemesini doğrudan bilgisayarınızdan 3D Printer’a göndererek üretmenize olanak vermektedir. Bazı 3D Printer teknolojilerinde ise bu tip uygulamalar yapılmasına olanak veren malzeme seçenekleri bulunmamakta veya parçanın son özelliklerini kazanması için ilave adımlar eklenmesi gerekmektedir. ABS modeller üzerinde delik ve diş açılabilir, zımpara ve boya işlemleri yapılabilir. Cep telefonlarında, televizyon ve araç içi donanımlarda kullanılan ABS, üretim süreçlerinde günümüzde en yaygın uygulama alanı bulan plastiktir.
ÜRÜN MALİYETİ DÜŞÜRME ÇALIŞMALARI
Yeni bir ürünün geliştirilmesinde gündeme gelen bir çok maliyet bulunmaktadır. Yetersiz iletişim, büyük ölçekli değişiklikler ve tutturulamayan teslim tarihleri tasarım ve geliştirme sürecinin her aşamasında maliyetleri eksponansiyel olarak yükseltmektedir.
Yapılan bir çalışmalarda, konsept aşaması nda 100 dolarlık mal olan bir değişikliğin, ürün piyasaya sunulduğunda 1 milyon dolarlık maliyet ile yapılabilecek bir değişiklik halini aldığı tespit edilmiştir. 3D Printer’lar, daha iyi iletişim, ortak çalışma ve tasarım verifikasyonu sağlamanıza olanak vererek bu tip maliyetleri önceden öngörmenizi, dolayısıyla ürün geliştirme maliyetlerinizi önemli ölçüde düşürmenize olanak sağlamaktadır. Kullanıcılar ile yapılan çalışmalarda alınan geri bildirimler 3D printer kullanılarak yapılan ilk projelerde bile cihazın kendi maliyetini çıkarttığını göstermektedir.
ÜRÜN GİZLİLİĞİ
Yeni ürünler şirketlere can verir. Bu nedenle şirketler güvenlik ve fikri sınai mülkiyet hakları konularına çok büyük yatırımlar yapmaktadırlar. 3D Printer’lar sayesinde yaptığınız tasarımların şirketinizin dışına çıkmadan, gizlilik içerisinde hayata geçirilmesini sağlarlar.
TERMOFORMİNG UYGULAMALARI
3D Printer’lar ile üretilen ABS modeller termoforming uygulamaları için ideal mastar modellerdir. 3D Printer ile üretilen modeller otomotiv endüstrisinde birçok trim ve araç içi parçanın termoforming uygulamalarında kullanılmaktadı r. Tüketici ürünleri üreten şirketler de plastik bardaklardan, gıda kaplarına kadar yayılan bir yelpaze içerisinde 3D Printer kullanarak çeşitli uygulamalar yapmaktadırlar. Bu uygulama havacılık ve medikal sektörlerinde de değişik şekillerde kullanılmaktadır. Bütün bunlara ek olarak, söz konusu modeller paketleme uygulamalarında da geniş kullanım alanı bulmaktadır.
PAZARLAMA ARAÇLARI
Başarılı bir ürün tasarımı birçok değişik kaynaktan görüş ve geri bildirim almayı gerektirmektedir. 3D Printer ile üretilen modellerin kuvvetli birer pazarlama aracı olduğu birçok değişik projede görülmüştür. Üretilen ABS modeller zımparalanabilir, boyanabilir veya krom kaplama yapılabilir. Böylece potansiyel müşterilerinizi, çok kısa bir zaman zarfı nda elde edilen, yüksek kaliteli, bitmiş gerçek ürün niteliğindeki modeller ile etkilemeniz mümkün olmaktadır.
ÜRÜN MODELLERİ
3D Printer’lar kullanılarak üretilen 1:1 modeller ile ürününüzün bir örneğini üretime
girmeden görmeniz mümkündür.
Yukarıda da belirtildiği gibi saatler bazındaki zaman zarfında üretilen modeller üzerinde zımparalama, boyama, diş açma ve hatta krom kaplama yaparak, üretim hattından çıkmış ürüne çok yakın modeller elde edilebilmektedir. 1:1 modeller sayesinde tasarım hatalarınızı tespit edebilir, ve gerekli düzeltmeleri tasarım sürecinin erken aşamalarında ve süreç boyunca gerçekleştirebilirsiniz. Bir çok gerçek uygulamada, 3D Printer’lar tasarım sürecinin erken aşamaları nda hataların tespit edilmesini sağlayarak, yatırım maliyetlerini çıkarttığı tespit edilmiştir. 3D Printer kullanıcıları sahip oldukları sistemleri 1:1 modeller üretmek için kullanarak hem zaman hem de maliyet tasarrufları sağlamıştır.
DOĞRUDAN DİJİTAL İMALAT
Katmanlı Üretim Teknolojileri geldiği noktada, malzeme seçenekleri, yüksek boyutsal hassasiyet ve yüksek tekrarlanabilirlik özellikleri ile literatürde hızlı imalat (“Rapid Manufacturing”–RM) veya Doğrudan Dijital İmalat-DDİ (“Direct Digital Manufacturing”-DDM) adlarıyla anılan yeni imalat yöntemleri arasında önemli bir teknolojik gelişme olarak yerini almıştır.
DDİ, bilgisayar ortamında tasarlanmış 3boyutlu katı modelin, kalıp ve benzei
bir ara basamağa ihtiyaç duyulmadn, doğrudan üretilmesi ve kullanılmas olarak tanımlanabilir. Bu tanımın içinde geçen 3 boyutlu katı model doğrudan son kullanım bir parça ya da üretimde kullanılan yardımcı aparat, jig, fikstür gibi parçalar olabilir.
DDİ, tasarım ve üretim süreçlerinde devrim yaratacak nitelikte bir gelişme olarak görülmektedir. Bunun ardında yatan ana neden KÜT’nin konvansiyonel metotlarla üretilmesi imkansız geometrileri büyük bir kolaylıkla üretebilmesidir. KÜT’nin bu özelliği, tasarım ve mühendislik süreçlerindeki “üretim için tasarım” yaklaşımını “tasarım için üretim” ile değiştirmiştir. Bu sayede yüksek maliyet ve/veya üretiminin konvansiyonel metotlarla imkansız olması gibi nedenlerle hayata geçirilemeyen tasarımlar günümüzde üretilebilir hale gelmiştir. 3D Printer’lar ile yapılan tüm uygulamaları n da kolaylıkla yapılabildiği hızlı prototipleme sistemleri ile yapılan DDİ uygulamalarının ek olarak sunduğu diğer avantajları aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:
PARÇA KONSOLİDASYONU
Konvansiyonel metotlarla çok parçalı üretilmesi gereken tasarımları DDİ kullanarak tek seferde, içinde hareketli parçalar da bulunduracak şekilde üretmek mümkündür. Bu da kalıp, üretim, stok, montaj, bakım ve kalite kontrol harcamalarında tasarruf anlamına gelmektedir.
YATIRIM MALİYETLERİNDE AZALMA
Konvansiyonel üretim metotları ile üretilecek parçalar için kalıp, jig, fikstür gibi bazı yatırımların yapılması gerekmektedir. DDİ uygulamalarında bu maliyetler ve ilişkili stok maliyetleri ortadan
kalkmaktadır.
Çevre dostu: DDİ kullandığı KÜT ile çok düşük miktarda fire oranları ile çalışmaktadır. Dolayısıyla daha az atık yaratmaktadır.
Ekonomik düşük adetli üretim: DDİ ile yapılan üretimlerde kalıp maliyeti olmadığından 1 adet üretmek ile 1000 adet üretmek arasında bir maliyet farkı bulunmamaktadır. Bu nedenle müşterilerden gelen özel isteklere cevap vermek, özel üretimler yapmak kolaylaşmaktadır.
Sıfır tasarım değişikliği maliyeti: DDİ kullanıldığında saklamanız gereken tek şey bilgisayar ortamındaki katı modelinizdir. Dolayısıyla tasarımda herhangi bir değişiklik yapıldığında bilgisayar dosyası üzerinde değişiklik yapıp üretiminize devam edebilirsiniz. KÜT’nin bugün ulaştığı noktada DDİ’ın alternatif üretim yöntemi olarak öne çıktığı uygulamaların geometrisi karmaşık küçük parçalar ve düşük adetli imalatlar olduğu görülmektedir. Yüksek adetli üretimler ve/veya büyük ve basit geometri özelliklerine sahip parçaların üretilmesinde konvansiyonel metotlar ile üretim yapılması daha ekonomik olmaktadır.
Üretime ve montaja yardımcı alet ve aparatların fitratasys FDM teknolojisi kullanılarak DDİ ile üretimi konusunda BMW’de yapılan bir uygulamayı infoTRON’un Şubat 2008 haber bülteninden (http://www.infotron. com.tr/newsletter/2008_02.html) ulaşabilirsiniz.
Bir sonraki Sanayi Devrimi olarak da anılan, Katmanlı Üretim Teknoloji uygulamaları nın Türkiye’de yaygınlaşarak kullanılması uluslararası pazarlarda rekabet eden şirketlerimizin ürün geliştirme ve inovasyon süreçlerini daha etkin ve verimli hale getirecek; yaşanan ekonomik gelişmeler ile zorunlu hale gelen az adetli üretim, minimum stok, tam zamanında üretim gibi konularda esnek çözümler sunmalarına olanak verecektir. Bu sayede yaratılan katma değer, Türk ürünlerinin küresel pazarlarda aranan ürünler halini alması nı sağlayacaktır.
SPOT:
“ DDİ – Doğrudan Dijital İmalat, bilgisayar ortamında tasarlanmış 3 boyutlu katı modelin, kalıp ve benzeri bir ara basamağa ihtiyaç duyulmadan, doğrudan üretilmesi ve kullanılması olarak tanımlanabilir. Bu tanımın içinde geçen 3 boyutlu katı model doğrudan son kullanım bir parça ya da üretimde kullanılan yardımcı aparat, jig, fikstür gibi parçalar olabilir.”
