Autofabrication Tech. > Lamination > Cutting + Bonding:

Not: Şemadaki başlıkları tıklayarak, direkt açıklama sayfalarını görebilirsiniz.

Bu teknikte, önce tabakalar çeperlerinden kesilir ve sonra bir önceki katmana yapıştırılır. Kes + Yapıştır tekniği, mimari maketlerin zemininde bulunan topografik (dağ, tepe gibi yeryüzü şekilleri) modellerin tabakalar halinde kesilip birbiri üstüne yapıştırılarak yapılmasına çok benzelik gösterir.
Bu yöntemin diğer tabaka yığma yönteminden avantajı, destek malzemesi olarak ayrı bir tabaka malzemesinin kullanılmasına imkan vermesidir. Bu sayede desteklerin sonradan kaldırılması kolay olabilir. Bu tekniğin dezavantajı ise, kesilen katmanların inşa halindeki yüzeye hassas bir şekilde konumlandırılarak yapıştırılabilmesindeki güçlüktür.
Bu tekniği kullanan uygulamaların çoğunda, otomatik olarak kesilen tabakaların yapıştırılması manuel olarak gerçekleştirilir:

• CAM-LEM Inc., (ABD)
• Ennex, (ABD), Offset Fabbing
• Schroff Development Corp., (ABD), JP System 5
• Boxford Ltd., (İngiltere), RapidPRO
• Gilmore Engineers Pty Ltd., (Avustralya), TruSurf
• Sparx AB, (İsveç), HotPlot
• CIRTES (Fransa), Stratoconception
• Custom Motion Inc. (ABD) customLAM

CAM-LEM Ekim 1994 tarihinde ABD Ordusu'ndan aldığı maddi destekle kurulmuş ve Ar-Ge çalışmalarını Case Western Reserve University ve diğer bazı üniversite ve araştırma kuruluşlarıyla ortak yapmıştır. CAM-LEM, "Computer-Aided Manufacturing of Laminated Engineering Materials" yani "tabaka halindeki mühendislik malzemelerinin bilgisayar destekli imalatı" anlamına gelmektedir. Case Western Reserve Üniv.'sinden Dr. Arthur H. Heuer, Dr. James D. Cawley ve Dr. Wyatt S. Newman CAM-LEM prosesini tasarlamış ve patent için başvurmuşlardır. Aynı kişiler CAM-LEM firmasının kurucu ve yöneticileridir. CAM-LEM, geliştirtiği autofabrication cihazını kullanarak Şubat 2000'den itibaren seramik ve metal parça imalat hizmetleri vermeye başlamıştır.

CL-100 modeli autofabrication cihazı 150x150x150mm inşa hacmine sahiptir. CL-100 makinesi tek bir otomatik inşa çevriminde 5 farklı tip (kimyasal özellik veya kalınlık olarak) malzemeyi kullanabilir. Destek yapısı olarak ise sinterleme sırasında yanarak bünyeden atılabilen "fugitive" malzemeler kullanılır. Bu sayede inşa edilen parçalarda iç boşluklar ve kanallar oluşturulabilir. İnşa sırasında 0.1-0.6 mm veya daha kalın katmanlar kullanılır. Sinterleme sırasında, malzemeye göre %12-18 arasında değişen çekmeyi kompanse edecek şekilde parçalar biraz büyük şekilde inşa edilir.

CAM-LEM Prosesi:

1- Lazer ile, bilgisayar kontrollü olarak seramik veya metal toz karışımlı ham katmanlar kesilir.	2- Kesilen katmanlar vakumlu robotik manipulatörlerle otomatik olarak üst üste eklenir. Aynı katmanda birden çok farklı malzeme kullanılabilir. Destek amacıyla sinterleme sırasında yanabilen uçucu (fugitive) malzemeler kullanılır.
3- "Green state" ismi verilen pişmemiş haldeki ham parçaya sıcak ortamda basınç uygulanarak katmanlar arası yapışma sağlanır. Buna "lamination" ismi verilir.	4- Parça, sıcaklık kontrollü bir fırında tam yoğunluk ve monolitik bir yapıya erişinceye kadar sinterlenir. Bu esnada %12-18 çekme olur.	5- Sinterleme sonrası parça %100 yoğunluğa ve yüksek mukavemete erişir.

Aşağıda, CAM-LEM cihazıyla inşa edilmiş bazı seramik parça örnekleri görülmektedir:

Automated Fabrication isimli kitabın yazarı Marshall Burns tarafından kurulmuş olan Ennex firması, OffsetT Fabbing ismi verilen yeni bir autofabrication cihazını geliştirme çalışmalarını sürdürmektedir. Ağustos 1996 tarihinde basın duyurusu yapılan OffsetT Fabbing konusunda Marshall Burns 5,514,232 ve 5,879,489 numaralı iki ABD patenti de almıştır. "Genie Studio Fabber" markası altında üretilecek cihazın piyasadaki benzerlerinden 20 kat daha hızlı çalışması hedeflenmektedir.

JP5 sisteminin mucidi, University of Utah'dan Prof. Charles Thomas bu sistemin daha da geliştirilmesi konusunda Ennex ile çalışmaktadır.

OffsetT Fabbing prosesi: Bir bıçak (knife) kullanılarak destekleyici taşıyıcı (carrier) üzerindeki ince tabaka halindeki inşa malzemesi kesilir. Kesim sonrasında taşıyıcı şerit inşa edilmekte olan parçanın üzerine getirilerek kesilen parçalar yüzeye yapıştırılır. Sonra taşıyıcı şerit kaldırılarak yüzey bir sonraki tabaka yapıştırılması için hazır hale getirilir.

Aşağıda, prototip safhasındaki bir cihazla inşa edilmiş iki model görülmektedir:

Solda: katmanlardaki kaymayı önlemek için iki adet pim kullanılmıştır. Ortada: taşıyıcı yapraktan kesilen inşa katmanlarının yüzeye yapıştırılması görülmektedir. Sağda: İnşa sonrası parça yüzey kalitesini arttırmak için zımparalanabilir.

Aynı sistemle imal edilmiş prototip kalıplar vakum form işlemine ve düşük basınçlı plastik enjeksiyona da dayanabilirler.

Avustralya'da Raymond Hope isimli bir öğrencinin doktora tez çalışması olarak başlayan bu proje daha sonra Gilmore Engineers Pty Ltd., tarafından ticari hale getirilmiştir. Sistemin satışı yerine model üretim servisi verilmektedir. Bu teknikte 10mm veya daha kalın tabakalar halinde gelen köpük malzeme çeperlerinden kesilerek manuel olarak yapıştırılır. Sistem özellikle büyük boylu modelleri düşük maliyetle inşa etmeye müsaittir. İnaşa sırasında kullanılan katmanlar çok kalın olduğu için yüzeylerde merdiven etkisini kaldırmak amacıyla çeperler eğimli olarak kesilir. Aynı zamanda geometriye bağlı olarak tek bir inşa sırasında farklı kalınlıklarda tabakalar kullanılabilir. Yüzey eğimlerinin hızla değiştiği bölgelerde ince, yavaş değiştiği bölgelerde ise kalın tabaka kullanılarak inşa hızı ve kalitesi arttırılır. Polisitren (polystyrene) köpük tabakaların kesimi için 5 eksenli bir su jeti kesicisi kullanılır. Yüzey eğiminin kolay hesaplanabilmesi için, birçok sistemde kullanılan STL formatının yerine NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) formatında 3D yüzey CAD modelleri hesaplamada kullanılır.

CAD yüzeyine ve uygulanan stratejiye bağlı olarak katmanların 4 farklı metodla kesilebileceğini gösteren bir çizim yukarıda gösterilmiştri. Bu konuda detaylı bilgi ve hesaplamayla ilgili gerekli formüllere aşağıdaki makalelerden erişilebilir. Bu makalelerin üçünün online versiyonları da mevcuttur:

• Hope, R.L., Roth, R.N., Riek, A.T. "Rapid Generation of Large Objects", Proc. First Asia/ Pacific Conference on Rapid Product Development, QMI, Brisbane, 1995.
• Hope, R.L., Roth, R.N., Riek, A.T. "Layer Building With Sloping Edges For Rapid Prototyping Of Large Objects", Proc. 5th European Conference on Rapid Prototyping and Manufacturing, Helsinki, Finland. 4-6 June 1996.
  
• Hope, R.L., Jacobs, P.A, Roth, R.N. (1997) "Rapid prototyping with sloping surfaces", Rapid Prototyping Journal, vol 3, no.1. pp 12-19. (Rapid Prototyping Journal tarafından 1997'nin en iyi makalesi seçilmiştir)
• Hope, R.L., Roth, R.N., Jacobs, P.A (1997) "Adaptive slicing with sloping layer surfaces", Rapid Prototyping Journal, vol 3, no.3. pp 89-98.

1990'dan itibaren konuyla ilgili çalışan Claude BARLIER ve ekibi, 1992 yılında Fransa'da kurulan Avrupa Hızlı Prototip Merkezi CIRTES ile yaptıkları işbirliği ile Stratoconception sistemini geliştirilmişlerdir. Bu ekip, konuyla ilgili birçok Fransız ve Avrupa patenti almış ve 1991'den bu yana birçok makale yayınlamışlardır.

Stratoconception sistemi, inşa yöntemiyle talaşlı imalatın bir melez çözümü olan, 3D CAD modelinin kalın katmanlara ayrıldıktan sonra parçalar halinde işlenip sonrasında birbirlerine yapıştırılmasıyla imalat prensibine dayanır. Kesim ve işleme için CNC tezgahlar, lazer veya su jeti kullanılır. Aynı teknoloji orotopetik protezler imal etmek için de revize edilmiş ve OrthoStrato Concept® ismiyle kullanılmaktadır: www.cirtes.fr/orthostrato

Daha sonra sistemin ticari hale getirilmesi için CIRTES'in lisansı ve işbirliği ile Charlyrobot kurulmuştur. Charlyrobot sistemin eğitim kurumlarına tanıtımı ve satışıyla da ilgilenmektedir. Bunun haricinde REALMECA ve Laser Technologies firmları da Stratoconception sistemi için tezgah üretmektedirler.

Bu teknolojinin endüstriye adaptasyonu, metal malzemeler ve hızlı kalıp uygulamaları konusunda ise teknoloji integratörü olarak rp2i S.A. faaliyet göstermektedir.

Charlyrobot, A4 boyutundan (210 x 300 mm) metrelerce boya kadar (2100 x 3000 mm) işleme alanına sahip cihazlar üretmektedir.

Aşağıda, Stratoconception tekniğiyle inşa edilmiş örnek parça ve kalıplar görülmektedir. İnşa malzemesi olarak ahşap (kontraplak), köpük, plastik ve metal tabakalar kullanılabilmektedir: