Not: Şemadaki başlıkları tıklayarak, direkt açıklama sayfalarını görebilirsiniz.
Sıvı veya macun kıvamında
olan yapı malzemesinin bir memeden sıkma yöntemiyle (extrusion)
çıkarılıp gerekli noktalara sıvanması. Bu, kremanın bir
tüpten sıkılarak pasta üzerine kabartma şekiller oluşturulmasına
benzetilebilir.
1988 yılında, küçük çocuğunun
renkli oyun hamurlarıyla oynamasından aldığı ilhamla geliştirdiği
FDM teknolojisini sanayide uygulamak için Scott Crump
tarafından kurulan Stratasys firması, 1991 yılında ilk
ticari cihazını üretmiştir.
Solda, Crump
tarafından alınan ilk patentin bir çizimi görülmektedir.
9 Haziran 1992 tarihli, 5,121,329 no'lu ve "Apparatus
and method for creating three-dimensional objects" başlıklı
bu patent için Crump, 30 Ekim 1989 tarihinde başvurusunu
yapmıştır. Sağda: Stratasys/FDM
(Fused Deposition Modeling - Eriyik Yığarak Modelleme) tekniğinde, ince uçlu bir
memeden erimiş plastik malzeme sıkılıp (extrusion) yüzeye
ince bir tabaka halinde sıvanarak katmanlar oluşturulur.
Katman oluşturulduktan sonra tabla, katman kalınlığı
kadar aşağı iner ve bir sonraki katmanın inşasına başlanır.
İnşa hammadesi, makaraya
sarılmış olarak ince plastik tel halinde cihaza beslenir.
Bir dizi kontrollü tahrik düzeneği ile memeye beslenen
tel, memeye ulaştığında sıcaklıkla eritilerek sıvılaştırılır.
Bu yöntemde, hassas döküm mumu ve polyamidin yanısıra
ABS gibi erime sıcaklığı yüksek mühendislik plastikleri
de rahatlıkla inşa malzemesi olarak kullanılabilir.
Destek Yapıları: İlk FDM modellerinde inşa ve destek amacıyla aynı
malzeme kullanılıyor ve inşa sonrası bu yapı manuel
olarak kırılarak alınıyordu. Sonraki modellere ise farklı
bir destek malzemesi kullanabilmek amacıyla ikinci bir
meme ilave edilerek daha kolay ayırma işlemi için iki
farklı malzeme geliştirilmiştir (sağda en alttaki resim):
1- BASS (Break Away Support System, Kolay kırılabilir
destek sistemi): Bu destek mazlemesi, inşa sonrasında
manuel olarak kolayca ayrılabilecek bir kimyasal yapıya
sahiptir (inşa malzemesine kuvvetli yapışmaz). 2- "Water Works"
isimli bir destek malzemesi, su tabanlı bir sıvı içinde
bir süre bekletilip çözülerek (manuel olarak ulaşılması
zor veya imkansız) dar aralıklardan kolayca çıkarılabilir.
Ayrışmanın daha kolay ve hızlı olması için çözme işlemi
ultrasonik titreşimli bir tankın içinde yapılır. Bu
sayede, çok parçalı ve haraketli mekanizmalar da dahil
birçok karmaşık parçanın imalatı mümkün olabilmektedir.
Örnek için aşağıdaki 12 dişliden oluşan mekanizma resmine
bakınız.
Video: Bir uçak modelinin FDM
cihazında inşası; 1 dakika 39s
Modeller:
Prodigy
Plus:
Prodigy, Temmuz 2000'de Piyasaya sürülmüştür. FDM
teknolojisi ve ABS inşa mazlemesi kullanır. Ofis ortamında
konsept modelleme pazarını hedefler.
İnşa zarfı: 203 x 203 x 305 mm,
İhtiyaca göre İnşa sırasında 3 farklı katman kalınlığı
seçilebilir: 0.178 (Fine/hassas), 0.245 mm (Standart
), 0.33 mm (Draft/kaba)
Destek Yapısı: . BASS (Break Away Support System)
ile farklı bir malzemden manuel olarak kırılarak kolay
ayrılabilir destek kullanılır.
7 Mart 2002 tarihinde Prodigy Plus modeli piyasaya
sürülmüştür. Bu model, WaterWorks isimli suda eriyebilen
destek mazlemesi kullanır. Önceki model Prodigy ise
artık üretimden kalkmıştır.
FDM
3000: 2000
yılında piyasada olan bu
cihaz şu özelliklere sahiptir.
İnşa zarfı: 254 x 254 x 406 mm
İnşa hassasiyeti: ± .127 mm
İnşa malzemeleri: ABS (Beyaz), ABSi, hassas döküm
mumu, elastomer
Yol genişliği: 0.250 - 0.965 mm (yazılım ile seçilebilir)
Katman kalınlığı: 0.178 - 0.356 mm (yazılım ile seçilebilir)
Destek yapısı: WaterWorks veya BASS (yazılım ile seçilebilir)
FDM
Maxum: Önceki
sistemlerden %50 daha hızlıdır. İnşa
zarfı: 600 x 500 x 600 mm
İnşa hassasiyeti (127mm boya kadar): ± .127 mm
İnşa hassasiyeti (127mm den büyük parçalar için):
± .0015 mm/mm
İnşa malzemesi: ABS (Beyaz)
Yol genişliği: 0.305 - 0.965 mm (yazılım ile seçilebilir)
Katman kalınlığı: 0.127* - 0.250 mm (yazılım ile seçilebilir)
Destek yapısı: WaterWorks
*1
Mart 2002'da yapılan bir duyuru ile, Fuji Photo Film
Co., Ltd., Tokyo ile 11 aylık yürütülen ortak bir
çalışma sonrasında FDM Maxum.T modellerinde ABS malzeme
kullanımı sırasındaki üretim hassasiyetinin arttırıldığı
belirtilmiştir. Buna göre artık minimum katman
kalınlığı 0.178
yerine 0.127mm
olarak üretilebilecek ve bu sayede 0.508mm'lik detaya
sahip küçük prototipler başarıyla üretilebilecektir.
Fuji Photo Film Co., Ltd., FDM Maxum kullanarak küçük
boyutlu cep fotoğraf makinesi prototip üretimini daha
hassas yapma ihtiyacı üzerine bu teknolojiyi geliştirmiştir.
Nisan 2002'den itibaren daha önce üretilmiş Maxum
cihazlarına da bu teknoloji "upgrade" olarak
eklenmeye başlanacaktır.
FDM
Titan: İnşa zarfı: 355 x 406 x 406 mm İnşa hassasiyeti (127mm boya kadar): ± .127 mm
İnşa hassasiyeti (127mm den büyük parçalar için):
± .0015 mm/mm
İnşa malzemeleri: ABS*, Polycarbonate, Polyphenylsulfone
Katman kalınlığı: 0.25 mm
*Stratasys
9 Ocak 2002'de FDM Titan modellerinde yapılacak bir
terfi (upgrade) ile PC (Polikarbonat, polycarbonate)
malzemeye ek olarak artık ABS de kullanılabileceğini
duyurmuştur.
FDM
VantageT: İnşa zarfı: 355.6 x 254 x 254 mm İnşa malzemeleri: ABS, Polycarbonate (PC)
Katman kalınlığı: 0.178-0.254 mm (PC), 0.254 mm (ABS)
Destek yapısı: WaterWorks
23 Haziran 2003 tarihinde duyurulan
bu cihaz FDM Titan ile aynı plaformu kullanmaktadır:
Aşağıdaki
tabloda, 2004 yılı başında daha yüksek hız, hassasiyet
ve inşa kapasitesine sahip olarak üretilen yeni Vantage
modellerine ait teknik bilgi karşılaştırmalı olarak
verilmiştir:
Vantage
i
Vantage
s
Vantage
se
İnşa
zarfı
355
x 254 x 254 mm
355 x 254 x 254 mm
406
x 355 x 406 mm
İnşa
malzemesi
ABS
veya Polycarbonate (PC)
Katman
kalınlığı
ABS:
0.127 mm, 0.178 mm, 0.254 mm
Polycarbonate (PC): 0.178 mm, 0.254 mm
Hassasiyet
127
mm boya kadar olan modeller +/- 0.127 mm hassasiyetle
üretilebilir. 127mm'den daha büyük boyutlar için
hassasiyet +/- 0.0381 mm/mm'dir
Destek
malzemesi
ABS
için WaterWorks, Polycarbonate için BASS breakaway
Dimension
3D Printer:
Stratasys, 19 Şubat 2002 tarihinde, FDM teknolojisi kullanan
Prodigy'nin yeni bir versiyonunu Dimension 3D Printer
markası altında piyasaya sürdü. Bununla birlikte ucuz
ve küçük, ofis uyumlu konsept modelleme hedefli Genisys
modeli piyasadan çekildi. 29.900USD fiyatla üretildiği
tarih itibarıyla benzerlerinin en ucuzu olan Dimension
3D Printer, 0.254mm ile 0.33mm arasında değiştirilebilen
kalınlıklardaki katmanları 0.3mm çapında bir memeden ABS
plastik malzemeyi sıvayarak inşa ediyor. Destekleme için
ikinci bir malzeme kullanan bu cihazla inşa sonrasında
destekler manuel olarak kırılarak daha kolay temizleniyor
(BASS). 203 x 203 x 305 mm ölçülerinde bir inşa zarfına
sahip bu cihaz hakkında detaylı bilgiye www.dimensionprinting.com
adresinden ulaşılabilir. Dimension 3D Printer, 1995 yılında
35.000USD fiyattan piyasaya sürülerek zamanının en ucuz
makinesi olan BPM
ile benzer bir pazarı hedeflemektedir.
Önceki
Modeller:
İlk
üretilen model FDM 1600 idi. Mart 1996'da piyasaya sürülen
FDM 1650 ise FDM 1600'de 3 kat daha hızlıydı.
Mart
1996'da FDM 8000 ve Genisys Xs
modeleri de piyasaya sürülmüştür. Sağda görülen
FDM 8000, 457 x 457 x 609 mm inşa zarfına sahipti ve
BASS destek yapısıyla ABS inşa malzemesini kullanıyordu.
FDM 1600'e kıyasla 6 kat hıza sahip FDM 8000 aynı zamanda
0.250 - 0.965 mm arasında ayarlı yol genişliğine ve
0.178 - 0.356 mm aralığında seçilebilen katman kalınlığına
sahipti.
12 Mart 1997'de FDM 2000 modeli piyasaya sürülmüştür.
FDM 2000 şu özellikler sahiptir: İnşa zafı: 254 x 254
x 254 mm, Hassasiyet: ± 0.127mm, İnşa malzemeleri: ABS
ve hassas döküm mumu.
2002 itibarı ile FDM 1600, FDM 1650, FDM 2000 serisi
yerine FDM 3000 geçmiştir. FDM 8000 ve Genisy Xs modelleri
ise üretimden kalkmıştır.
FDM
Quantum: MagnaDrive (TM) markalı lineer tahrik teknolojisi
ilk defa Ocak 1998'de piyasaya sürülen FDM Quantum modelinde
kullanılmıştır. Stratasys tarafından patentli bu teknikte
ekstrüsyon kafası x-y eksenlerinde sadece manyetik kuvvetlerle
hareket ettrilir; herhangi bir elektrik motoru ve eksen
klavuzları veya ray kullanılmaz. Bu sayede önceki sistemlere
kıyasla 2.5-5 kat arasında daha yüksek inşa hızına ulaşılmıştır.
Bu model 600 x 500 x 600mm inşa zarfına sahipti. 2001
yılında FDM Quantum geliştirilerek (upgrade) FDM
Maxum modeli üretilmiştir.
Genisys
Xs, masaüstü 3D yazıcı:
Solda görülen masaüstü (desktop) boyutlarındaki
Genisys Xs cihazı polyester malzemeden kavramsal
(conceptual) model imalatı için tasarlanmıştır. Mart
1996 tarihinde, en ucuz olmayı hedefleyerek 55.000USD
fiyattan piyasaya sürülen, inşa malzemesi olarak polyester
kullanan, 305x203x203mm ebadında inşa zarfına ve ± 0.356mm
inşa hassasiyetine sahip bu cihaz, orijinal olarak IBM
firmasının geliştirdiği ve sonra Stratasys firmasına
sattığı patentli bir teknolojiye dayanmaktadır. Bu teknolojinin
çalışma prensibi orijinal FDM ile çok benzerlik göstermektedir;
Destekleme için aynı inşa malzemesi kullanılır, yalnız
inşa hammaddesi tel olarak değil, blok olarak yüklenir
ve eritilerek sıvama memesine bir hortum ve pompa ile
iletilir. Bu sayede tel haline getirilemeyecek kadar
yumuşak (çukulata gibi) hammaddeler de kullanılabilir.
Sağda, bu cihazla inşa edilmiş çeşitli modeller
görülmektedir.
Genisys Xs Şubat 2002 yılında, benzer pazarı hedefleyen
Dimension modelinin piyasaya
çıkmasıyla birlikte üretimden kaldırılmıştır.
Uygulama Örnekleri:
Solda: Çeşitli
parçalar. Ortada: Ergonomi testleri için inşa edilmiş
bir sandalye, bir insanın yükünü kaldırabilecek kadar
mukavimdir. Sağda: FDM Teknolojisi ile hassas döküm
mumu (wax) kullanılarak üretilmiş ince cidarlı bir şişe.
Böyle bir şişenin talaşlı imalatla tek parça halinde imal
edilmesi imkansızdır.
Solda,
FDM Titan ile üretilmiş bir elektrikli el testeresi
prototipi,
Sağda ise
FDM Maxum ile inşa edilmiş bir taşıt diferansiyel
gövdesi modeli görülmektedir.
Sağda: Daha önceki
sayfalarda Cubital
tarafından üretilmiş modeli gösterilen bu dişli mekanizması,
WaterWorks teknolojisi sayesinde yıllar sonra Stratasys
tarafından da üretilebilmiştir.
Solda:
Öndeki çelik plastik enjeksiyon kalıbı, arkadaki mum numune
kullanılarak hassas dökümle imal edilmiştir. Mum model
ise FDM ile inşa edilmiştir. Sağda: FDM Maxum ile
inşa edilmiş fonksiyonel bir bisiklet prototipi.
Malzeme
araştırmaları: Bu
seramik parçalar FDM teknolojisi yardımı ile imal edilmiştir.
Sıkma sırasında kullanılan polimere seramik tozu yüklenmiş
ve parça daha sonra fırında yüksek sıcaklıkta sinterlenerek
tam yoğunluğa ulaşmıştır. Fırınlama sırasında geçici yapıştırma
amacıyla kullanılan polimer buharlaşmıştır. Seramik veya
metal tozu karıştırılmış malzemelerin FDM tekniğine uyarlanması
konusunda dünyanın çeşitli üniversite va araştırma kurumlarında
çalışmalara devam edilmektedir.
Bilgisayar
destekli doku mühendisliği konusunda çözümler sunan
Bioplotter (biyolojik-çizici) 1999 yılında Freiburg
Materials Research Centre (Freiburg Malzeme Araştırma
Merkezi) tarafından bulunmuştur.
Bu yöntemde bir şırınga
içine konan inşa malzemesi 80 mikron kadar dar olabilen
bir iğne ile inşa yüzeyine enjekte edilir.
Bu teknolojinin diğer
bütün otoinşa teknolojilerine kıyasla önemli bir farkı,
destek malzemesi olarak sıvı bir ortam kullanmasıdır.
Ortam sıvısı, kullanılan inşa malzemesi ile aynı özgül
kütleye sahip olacak şekilde seçilmiştir. Bu sayede
enjekte edilen inşa malzemesi üzerindeki yerçekimi kuvveti,
ortamdaki sıvının kaldırma kuvveti ile dengelenir. Bu
özellik, doku mühendisliği uygulamalarını kolaylaştırmaktadır.
İnşa malzemesinin sertleşmesi
soğuma, sıvıdan katıya faz değiştirme, ısınma veya kimyasal
reaksiyonla olabilir. İnşa
malzemesi olarak termoplastik polimerler, reaktif reçineler
(silikon reçine gibi), fibrin ve jelatin içeren hidrojeller
kullanılabilir. Sağda, Bioplotter ile inşa edilmiş
bir burun parçası görülmektedir. Bu model gözenekli
3D bir dokuma (örgü) yapısındadır ve aradaki boşluklar
ve malzemenin biyolojik uygunluğu sayesinde uygun ortamda
içerisinde hücre büyümesi sağlanır...
Laminar akım teknolojisi
ve kullanılan UV ampüller ile steril bir ortamda inşa
gerçekleştirilebilir. Bu sayede canlı hücreler de
inşa malzemesinin içinde beraber kullanılabilir (fibrin
gibi).
İnşa sırasında şırınga
kartuşu 230°C, inşa platformu ise 100°C sıcaklıkta muhafaza
edilir.
İnşa edilecek parçanın
CAD verisine bağlı makine ve proses kontrlolü özel bir
2½D CAD/CAM programı ile yapılmaktadır.
Haziran
2003'de ilk sistem satışı gerçekleşmiştir. Biri
Feiburg Üniv.'sinde olmak üzere iki sistem araştırma
amacıyla endüstride kullanılmaktadır. 2-3 araştırma
merkezi daha 2003'ün 3. çeyreğinde modifiye edilmiş
bir Bioplotter versiyonu kullanmaya başlayacaklardır.
Prodigy
Plus: 
FDM
3000:
FDM
Maxum:
FDM
Titan:
FDM
VantageT:
Stratasys, 19 Şubat 2002 tarihinde, FDM teknolojisi kullanan
Prodigy'nin yeni bir versiyonunu Dimension 3D Printer
markası altında piyasaya sürdü. Bununla birlikte ucuz
ve küçük, ofis uyumlu konsept modelleme hedefli 
Mart
1996'da FDM 8000 ve 
FDM
Quantum: MagnaDrive (TM) markalı lineer tahrik teknolojisi
ilk defa Ocak 1998'de piyasaya sürülen FDM Quantum modelinde
kullanılmıştır. Stratasys tarafından patentli bu teknikte
ekstrüsyon kafası x-y eksenlerinde sadece manyetik kuvvetlerle
hareket ettrilir; herhangi bir elektrik motoru ve eksen
klavuzları veya ray kullanılmaz. Bu sayede önceki sistemlere
kıyasla 2.5-5 kat arasında daha yüksek inşa hızına ulaşılmıştır.
Bu model 600 x 500 x 600mm inşa zarfına sahipti. 2001
yılında FDM Quantum geliştirilerek (upgrade) FDM
Maxum modeli üretilmiştir.
Solda:
Öndeki çelik plastik enjeksiyon kalıbı, arkadaki mum numune
kullanılarak hassas dökümle imal edilmiştir. Mum model
ise FDM ile inşa edilmiştir. Sağda: FDM Maxum ile
inşa edilmiş fonksiyonel bir bisiklet prototipi. 
Bu
seramik parçalar FDM teknolojisi yardımı ile imal edilmiştir.
Sıkma sırasında kullanılan polimere seramik tozu yüklenmiş
ve parça daha sonra fırında yüksek sıcaklıkta sinterlenerek
tam yoğunluğa ulaşmıştır. Fırınlama sırasında geçici yapıştırma
amacıyla kullanılan polimer buharlaşmıştır. Seramik veya
metal tozu karıştırılmış malzemelerin FDM tekniğine uyarlanması
konusunda dünyanın çeşitli üniversite va araştırma kurumlarında
çalışmalara devam edilmektedir.
