Otoinşa Teknolojileri > Toz Bağlama > Isıtarak:

Not: Şemadaki başlıkları tıklayarak, direkt açıklama sayfalarını görebilirsiniz.

Toz halindeki ham katmanın istenilen noktalarda lazer veya elektron ışını gibi enerji kaynakları ile ısıtılıp eritilerek ve/veya sinterlenerek birbirine kaynaştırılması: 
Enerji kaynağı olarak lazer kullanıldığında bu teknik genellikle SLS (Selective Laser Sintering, seçmeli lazer sinterlemesi) ismiyle anılır.

• DTM Corp. (ABD), SLS
• 3D Systems Inc. (ABD), SLS
• EOS GmbH, (Almanya), EOSINT
• SLM Solutions Gmbh, (Almanya), SLM
• Phenix Systems (Fransa),
• Arcam AB (İsveç), EBM
• Speed Part AB - Sintermask Technologies AB (İsveç), SMS
• Concept Laser GmbH (Almanya), LaserCUSING
• TRUMPF (Almanya), LF - Laserforming

Bu teknikte, ısıtıldığında kaynaşabilen toz halindeki bir inşa hammaddesi (heat fusible powder) ince ve düzgün bir tabaka halinde yayılır. Ardından yüzeydeki seçilen bölgeler lazer ışınıyla taranır. Işının yüzeye çarptığı noktalarda oluşan sıcaklıkla toz malzeme kısmen eriyerek ve/veya sinterlenerek temas halinde olduğu diğer toz taneleri ile kaynaşır. Bu işlemden sonra inşa zarfının tabanında bulunan platform, bir katman kalınlığı kadar aşağı çekilir. Her katmanın inşası için bu işlemler gerektiği kadar (defalarca) tekrarlandıktan sonra, inşa süresince doğal bir destek görevi üstlenmiş olan serbest tozlar fırça veya vakum emici ile manuel olarak temizlenerek üretilen parça(lar) alınır.

Işının tozları daha az enerjiyle ve daha hızlı kaynaştırabilmesi için inşa yüzeyi harici ısıtıcılarla sıcak tutulur. Ayrıca, metal tozları kullanıldığında kaynaşmayı engelleyici oksitlenme problemini ortadan kaldırmak için ortama oksijeni giderici farklı bir gaz doldurulur.

İnşa malzemesi olarak plastik, metal veya seramik tozları kullanılabileceği gibi bunların karışımlarından oluşan kompozit tozlar da kullanılabilir. Cam elyaf takviyeli plastik tozları veya üzeri plastik kaplı metal tozları buna verilebilecek örneklerdendir.

Yukarıda, inşa sonrası destek görevi gören tozların fırça ile temizlenerek, otomobil ayna parçasına ait bir prototipin Sinterstation 2500 cihazından çıkarılışı görülmektedir (ref: www.ktechnik.de)

DTM SLS tanıtım videosu

Solda, polyamide tozundan bir seferde tek parça halinde inşa edilmiş, iki plaka arasındaki 6 spiral yaydan oluşan fonksiyonel bir numune görülmektedir.

Kalıp önce, plastik kaplı özel metal tozları (LaserForm ST-100) kullanılarak inşa edilir (lazer ışını, plastik tabakayı eriterek metal tozlarını geçici olarak birbirine yapıştırır). İnşa bitiminde "Green Part" olarak adlandırılan parça özel bir fırında önce ısıtılarak plastik yapıştırıcıdan arındırılır (Debinding Process), ardından parça sıcaklık altında bir süre daha  bekletilerek sinterlenir. Sinterleme sonrasında gözenekli çelik bir kalıp oluşmuştur ve parçanın bu durumu "brown part" olarak adlandırılır. Mukavemeti arttırmak için kalan boşluklara yine fırın içinde erimiş bakır (yeni versiyonda bronz) emdirilir. Pamuğun veya süngerin suyu emdiği gibi gözenekli çelik de bakırı kolayca emer. 2-3 haftada tamamlanabilen bu işlemler sonrasında tam yoğunluğa erişmiş parça (fully dense part) plastik enjeksiyonda kalıp olarak kullanıldığında 100.000 parçaya kadar basabilecek mukavemete sahiptir.

Sağda, DTM Rapid Tool (hızlı kalıp) teknolojisi ile üretilmiş plastik enjeksiyon kalıpları: Kalıp içindeki bakırın ısı iletimini arttırması sayesinde kalıbın çalışma sırasında soğuması daha kolay olur. Ayrıca kalıp içine inşa sırasında yüzeye paralel şekilde eğimli soğutma kanalları da bırakılabilir.

* SLS teknolojsinin tarihçesi konusunda kapsamlı bilgiye şu adresten erişebilirsiniz:
Selective Laser Sintering, Birth of an Industry, Dec 6, 2012
https://www.me.utexas.edu/news/news/selective-laser-sintering-birth-of-an-industry

Not: Carl Deckard'ın vefat haberi 30.12.2019 tarihinde yayınlandı: Carl Deckard Passes Away

Solda Vanguard, sağda ise cihazın çalışma şekli görülmektedir. Bu resmi daha büyük görmek için üzerini tıklayınız (büyük resim, önceki modellere ait olduğundan, dikkat edileceği üzere inşa odası silindirik bir yapıya sahiptir). Cihazın ortasında yüzeydeki ince toz tabakasının lazerle ısıtılıp eritildiği ve/veya sinterlendiği bir inşa odası (build chamber) vardır. İnşa odasının iki yanında, eksildikçe aşağıdaki bir piston ile seviyesi yükseltilen toz kartuşları bulunmaktadır. İki toz kartuşu arasında gidip gelen bir düzleyici merdane (leveling roller) yardımıyla tozlar inşa yüzeyine ince bir tabaka halinde yayılır ve ardından yukarıda bulunan optik düzenek üzerinden yöneltilen lazer ışını ile katman inşası yapılır. Her katmanın tamamlanmasının ardından, inşa odasının tabanında bulunan bir piston, eklenen katman kalınlığını kompanse etmek için biraz daha aşağı çekilir. Bu işlemler gerekli tüm katmanlar inşa edilinceye kadar tekrarlanır.

Yukarıda SLS prosesini gösteren bir resim daha görülmektedir (Ref: Materialise Prototyping April 2003). Lazerin daha az bir enerji ile daha kolay ve hızlı bir şekilde yüzeydeki tozları eritebilmesi için kızılötesi radyasyonlu ısıtıcılarla yüzey sürekli ısıtılır ve kızılötesi sensörlerle yüzey sıcaklığı sürekli kontrol edilerek tozların ergime sıcaklığına yaklaşılması engellenir. Bu teknik resimde "radiation heater + atmosphere control" başlığı altında belirtilmiştir.

Kullanılan inşa malzemesinin plastik veya metal olmasına bağlı olarak 25 veya 100 Watt gücünde CO₂ lazer kaynağı kullanan bu cihaz, tabanı 370 x 320mm yüksekliği ise 445mm olan bir inşa zarfına sahiptir. Katman kalınlığı: High Resolution Mode: 0.10 mm, Standart Mode: 0.15 mm

İnşa malzemeleri:
Farklı uygulamalar için geliştirilen ve CastFormT PS, DuraFormT PA & GF, LaserFormT ST-100, SOMOS® 201 markalarıyla piyasaya sürülen toz inşa malzemeleri aşağıda açıklanmıştır:
CastFormT PS, Hassas döküm için mum model imalatında kullanılır. Cihazdan ilk çıktığında %45 yoğunlukta olan modellere kullanım öncesi döküm mumu emdirilmesi gerekir. Bu malzeme bazı küçük farklılıklarla normal döküm mumunda olduğu gibi otoklav, düşük sıcaklıklı fırınlarda veya vakum plaster döküm tekniklerinde kullanılabilir. Alüminyum, magnezyum ve çinko gibi düşük ergime sıcaklıklı metallerin dökümünde başarıyla kullanılan bu malzme, %0.02'den daha düşük kül oranı sayesinde titanyum gibi reaktif metallerin dökümünde de başarıyla kullanılabilir.
DuraFormT polyamide (PA), Zorlu fonksiyonel testlere dayanabilecek sağlam termoplastik protototiplerin inşasında kullanılır. Bu cihazla esneyerek çalışan menteşeler (living hinge) veya esneyerek klitlenen bağlantı elemanları (snap fit connections) imal edilebilir. Cerrahi aletlerin prototiplerinde de kullanılabilecek bu malzeme, otoklavda sterlize edilmeye müsaittir.
DuraFormT glass-filled (GF), Önceki malzemeye oranla daha yüksek mukavemete ve elektrik yalıtkanlığına sahip cam takviyeli bu malzemeden üretilen prototipler 100°C sıcaklıkta çalışmaya dayanıklıdır.
LaserForm ST-100, Rapid Tool (hızlı kalıp) prosesi için geliştirilmiş, üzeri polimer kaplı 420 paslanmaz çelik tozlarından müteşekkildir.

İlk aşamada plastik tozlarıyla birbirine tutturulan metal tozları daha sonra sinterleme ve kalan gözeneklere bronz emdirme sonrasında P20 çeliği özelliklerine

Benzer bir mekanik dayanıma ulaşır ve plastik enjeksiyonda kalıp olarak kullanıldığında 100.000 adete kadar parça basımına dayanabilir. Bu mazleme, mühre ve kalıp üretimi yanında, hassas dökümle elde edilenlerden daha yüksek hassasiyete sahip prototip metal parçalar inşa etmek için de kullanılabilir.
SOMOS 201: Bir tür termoplastik elastomer olan bu malzeme ile lastik benzeri performansa sahip, karmaşık şekilli prototipler inşa edilebilir.

İnşa sonrası emdirilebilen poliüretan dolgu malzemesi kullanıldığında ise yüzey kalitesi artar ve basınç altında sızdırmazlık sağlanır. Sağda, Reebok için üretilmiş bir prototip

ayakkabı tabanı görülmektedir. Bu yöntemle aynı zamanda poliüretanın rengine bağlı olarak istenilen renkte prototipler elde edilebilir.

Not: 01-10-2002 tarihli basın açıklamasına göre 3D Systems 2003'ün ilk yarısına kadar bazı yeni malzemeler çıkaracak:
1- Ateşe karşı dayanıklı yeni bir tür Nylon tozu,
2- LaserForm ST 100'den daha geliştirilmiş bir çelik tozu,
3- A6 çelik tozu; (3D Keltool'dan yapılan teknoloji transferi ile bu yeni malzeme elde edilmiştir),
4- Alüminyum tozu. Bu malzeme Avusturalya'daki "University of Queensland" ve "UniQuest" Üniversitelerindeki ortak çalışmaların sonucunda geliştirilmiştir. Bu malzemeyle Al pres döküm ile imal edilecek parçaların prototipleri direkt olarak SLS ile inşa edilebilecek.

Işıkla Kür > Tarayarak > 3D Systems/ SLA Serisi
Harç Yığma > Püskürterek > 3D Systems/ ThermoJet

1989 yılında, Zeiss (Almanya) firmasında yapılan Ar-Ge çalışmalarının sonucu olarak kurulan EOS Gmbh, 1991 yılında Avrupa'daki ilk SL cihazı üreticisi olmuştur.
1994 yılında ise plastik tozu sinterleyen, bu kategorideki ilk cihazı olan EOSINT P modelini piyasaya sürmüştür.
Sonraki gelişmeler tarih sırasıyla aşağıda verilmiştir:
1995, Dünyadaki ilk direkt metal lazer sinterleme (DMLS, Direct Metal Laser Sintering) cihazı olan EOSINT M 250 modelini piyasaya sürmüştür. Bu model, inşa hammaddesi olarak düşük ergime sıcaklığına sahip bir metal alaşımının tozlarını kullanıyordu. EOS Gmbh aynı yıl dünyadaki ilk döküm kumu sinterleyen EOS S 700 modelini de piyasaya sürmüştür. Bu cihaz, direkt olarak metal döküm kalıbı ve/veya maçasını DCP (Direct Croning Process) ticari ismiyle anılan teknikle inşa etmektedir.
1997, STEREOS serisi ürünleriyle bir süre 3D Systems'in Avrupa'daki en büyük rakibi olan EOS Gmbh, uzun süren patent davaları sonucunda bu cihazların üretimini durdurmuş ve patent haklarını 3D Systems'e devretmiştir. Yapılan anlaşmayla, 3D Systems ise seçmeli sinterleme (SLS) konusunda almış olduğu bazı patent haklarını EOS'a (EOSINT cihazlarında kullanılmak üzere) devretmiştir.
1998, Dünyadaki ilk çelik tozunu direkt olarak sinterleyebilen EOSINT M X^tended modelini piyasaya sürmüştür.
1999, EOSINT P modelinden daha yüksek hıza ve büyük inşa zarfına sahip EOSINT P 360 modelini üretmiştir.
EOS, 2000 yılında, Dünya'daki ilk çift lazerli plastik tozu sinterleme cihazı olan EOSINT P 700 modelini piyasaya sürmüştür.
2001 yılında 3D Systems'in EOS'un en büyük rakibi DTM firmasını satın almasıyla EOS ve 3D Systems tekrar birbirlerine rakip konuma gelmişlerdir.
EOS, Şubat 2002'de EOSINT P 360'dan %30 daha hızlı olan ve dış görünümü P 360 ile aynı olan P 380 modeli piyasaya sürdü.

Video: EOSINT P

Aşağıda güncel EOSINT modelleri görülmektedir:

EOSINT P 380: İnşa zarfı: 340 x 340 x 620 mm. Lazer gücü ve tipi: 50W CO₂. Kullanılan Malzemeler: Hassas döküm modelleri için polystyrene, fonksiyonel prototipler için polyamide ve glass-filled polyamide. İnşa hızı (malzemeye bağlı): 10-25mm yükseklik/saat. Katman kalınlığı (malzemeye bağlı): 0.1-0.2mm.
EOSINT P 700: İnşa zarfı: 700 x 380 x 580 mm. Lazer gücü ve tipi: 2 adet 50W CO₂. Kullanılan Malzemeler: Hassas döküm modelleri için polystyrene, fonksiyonel prototipler için polyamide. İnşa hızı (malzemeye bağlı): 10-25mm yükseklik/saat. Katman kalınlığı (malzemeye bağlı): 0.1-0.2mm.
EOSINT M 250 X^tended: İnşa zarfı: 250 x 250 x 185 mm. Lazer gücü ve tipi: 200W CO₂. DMLS prosesinde kullanılan Malzemeler: DirectTool^TM (Direkt Kalıp) inşası için DirectSteel^TM 50-V1 (çelik tozu), DirectMetal^TM 100-V3 (lastik vulkanizasyon kalıpları için düşük ergime sıcaklıklı metal alaşım tozu) ve DirectMetal^TM 50-V2 (yüksek sıcaklıktaki epoksi reçine emdirilebilen ve termoplastik enjeksiyon kalıplarında kullanılabilecek düşük ergime sıcaklıklı metal alaşım). İnşa hızı (malzemeye bağlı): 2-15mm³/saniye. Katman kalınlığı (malzemeye bağlı): 0.05-0.1mm. DirectTool^TM
EOSINT S 700: İnşa zarfı: 720 x 380 x 400 mm. Lazer gücü ve tipi: 2 adet 50W CO₂. Kullanılan Malzeme: Reçine kaplı döküm kumu. İnşa hızı (malzemeye bağlı): en fazla 1 Litre/saat. Katman kalınlığı (malzemeye bağlı): 0.2mm.

EOSINT M DirectTool tanıtım videosu

Uygulama örnekleri: (resimleri daha büyük görmek için üzerlerini tıklayınız)

Işıkla Kür > Tarayarak > EOS GmbH

SLM (Selective Laser Melting / Seçmeli Lazerli Eritme) teknolojisi orijinal olarak Almanya'da Fraunhofer Institute (www.fhg.de) isimli bir araştırma merkezi tarafından geliştirilmiş ve F&S GmbH (www.fockeleundschwarze.de) tarafından ticari hale getirilmiştir. Fockele & Schwarze firması iki fizikçi olan Dr. Matthias Fockele ve Dr. Dieter Schwarze tarafından 1990'da kurulmuştur. 1992 yılında kurdukları F&S Stereolithographietechnik GmbH ise 1994'de ilk ticari ürüne sahip olmuştur.
Haziran 2002 tarihinde yapılan bir anlaşmayla ise tüm SLM cihazlarının satış, pazarlama ve teknik desteği MCP-HEK GmbH tarafından yapılmaya başlanmıştır.
MCP-HEK, sonraki yıllarda MTT Group bünyesine katılmıştır.

2011 yılında MTT Technologies GmbH, SLM Solutions GmbH ismini almıştır.

15 Nisan 2011'de MTT Technologies Limited, Renishaw plc tarafından satın alınmıştır.

Çeşitli metal veya seramik tozlarını direkt olarak %100'e yakın yoğunlukta sinterleyebilen MCP-Realizer^SLM modeli otoinşa cihazı şu teknik özelliklere sahiptir:
Lazer: 100W ve 0.03mm spot çapına infrared (IR) Katman kalınlığı: 0.05mm
İnşa hızı: 5cm³ çelik tozu/saat
İnşa zarfı: 250x250x240 mm
Yüzey Pürüzlülüğü: 10-30µm
İnşa malzemeleri: Çinko, bronz, paslanmaz çelik, kalıp çeliği, titanyum, krom-kobalt, silikon karbit, alüminyum oksit tozları ve MCP'ye ait düşük ergime sıcaklığına sahip özel alaşımlar.

Genellikle direkt metal kalıp veya prototip parça imalatında kullanılabilen bu sistemle yapılan bazı uygulamalar aşağıda görülmektedir:

Solda, metal tozlarıyla SLM cihazında inşa edilmiş 3 kW kapasiteli bir eşanjör görülmektedir. Kanallar 1 x 2.5 mm kesite ve 30 mm boya sahiptir. Sağda, içinde soğutma kanalları bırakılarak inşa edilmiş metal bir kalıp parçasının 3D CAD resmi, kendisi ve kesiti alınmış hali görülmektedir.

Solda, PHENIX 900 cihazı görülmektedir. Sağda, cihazın parçaları açıklanmıştır:
1- Lazer (40 W Diode-pumped Nd: YAG)
2- Katman hazırlama ve inşa sistemi
3- Fırın bölgesi (900 °C'ye varan sıcaklık ve kontrollü atmosfer) Lazerin tozları daha az enerjiyle ve daha hızlı kaynaştırabilmesi için inşa yüzeyi kullanılan tozun sinterlenme sıcaklığına yakın bir sıcaklıkta tutulur.
4- Silindirik parça inşa odası Ø 250 mm - H 300 mm
5- Toz besleme tankı
6- Kontrol ve kumanda ünitesi

İnşa hızı 1 ile 10 mm³/s arasında
Üretim hasassiyeti: class 9-10

Phenix 900 Şubat 2002'den itibaren ticari hale gelmiştir.

Bu teknikte, diğerlerinden farklı olarak, katmanı oluşturmak için yaklaşık 0.1mm kalınlığında serilen metal tozları, lazer yerine elektron ışını ile eritilerek kaynaştırılır. Arcam tarafından EBM (Electron Beam Melting / Elektron Işınıyla Eritme) olarak adlandırılan bu yöntemde, oksitlenmeyi önlemek ve elektron ışınının absorbe olmasını engellemek için inşa odası vakum altında bırakılmıştır. TV/ CRT katot ışını tüplerinde olduğu gibi elektron ışını istenilen noktaya yönlendirilir. Elektronların hızı ışık hızının yarısı civarındadır...

Bu konudaki ilk çalışmalar 1993 yılında Ralf Larson* adındaki İsveçli araştırmacının elektrik iletkeni tozların elektron ışını ile eritilerek kaynaştırılması konusunda 1993 yılında aldığı patentle başlamış, daha sonraları 1995'de Gothenburg'da, Chalmers Teknoloji Üniveristesi'nde ortak çalışmalarla devam etmiştir. Ardından bu teknolojiyi ticari hale getirmek için 1997'de Arcam AB firmasının kurulmuştur. Solda, geliştirme safhasında olan EBM cihazının bir fotoğrafı görülmektedir. Arcam, teknoloji geliştirme çalışmalarını 1998 sonrasında Ericsson Radio Access, Volvo Car Corporation, Caran Modeller & Prototyper AB gibi stratejik ortaklarıyla birlikte yürütülmüştür.

EBM teknolojisinin 2001 yılında ticari olması beklenmekteydi fakat oluşan gecikme sonrasında solda görülen EBM S-12 modeli ilk defa 19.11.2002 tarihinde duyurulabildi. 4-7 Aralık tarihlerinde Euromold 2002 fuarında ilk defa sergilenen bu sistemin teknik özellikleri aşağıda verilmiştir:
İnşa zarfı: 200 x 200 x 160 mm
Katman kalınlığı: 0.05-0.2 mm (malzemeye bağlı)
Hassasiyet: +/-0.4 mm
Eritme hızı: 0.3-0.5 m/s (malzemeye bağlı)

Elektron tabancası 3 silindirik üniteden müteşekkildir; Alt ünite, suyla soğutulan bir tabandan ve ışını odaklaştıran bir mercek sisteminden oluşur. Orta ünitede anod, üst ünitede ise yüksek voltajla çalışan bir katot ve kontrol elektrodu bulunmaktadır.

* Ralf Larson aynı zamanda Sparx AB ve Speed Part AB firmalarının da kurucusudur.

Speedpart 2000 yılında kurulmuş, daha sonra ürünü ticari hale getirmek için Sintermask Technologies AB isimli yeni bir şirket kurularak tüm patent hakları bu yeni firmaya devredilmiştir.

Şirketin ilk ticari otoinşa cihazı Pollux 32 özellikleri aşağıda verilmiştr;

İnşa tekniği: SMS (Selective Mask Sintering)
İnşa hızı: 10-20 saniye/katman (saatte 20-35 mm yükseklik)
İnşa zarfı: 210 mm x 300 mm x 500 mm
Çözünürlük: 0,05-0,120 mm (Z yönünde)
Malzeme: Cam elyaf takviyeli polyamid

M3 linear	M3 linear / LaserCUSING ünitesi İnşa zarfı: 250 x 250 x 250 mm Minimum katman kalınlığı: 0,02mm

Yukarıda, solda görülen M3 linear (ilk ticari ismi Concept M3 idi) cihazı, değiştirilebilir alt üniteleri sayesinde tek lazer sistemi ile LaserCUSING, lazer markalama, lazerle 3D oyma olarak 3 farklı iş yapabilir. Yukarıda sağda, LaserCUSING ünitesi ayrı olarak gösterilmiştir. Bu ünite paslanmaz çelik ve sıcak iş kalıp çeliği (Hot work tool steel) gibi metallerin tozlarını asal gazlı bir atmosfer altında direkt olarak %100 yoğunlukta sinterleyebilir.

Firmanın patentine sahip olduğu ve geliştirilmesi süren "combined processing" yöntemi sayesinde, her katmanın oluşturulmasının ardından üst veya yan yüzeyler lazerle oyularak yüksek yüzey kalitesine ulaşılabilmektedir.

Sağda görülen M1 cusing modeli cihaz ise 2005 yılında ticari hale gelmiştir ve sadece metal tozu sinterleme için geliştirilmiştir.

M1 cusing teknik özellikleri:

• İnşa zarfı: 120 x 120 x 200 mm
• Katman kalınlığı: 0,02 - 0,08 mm
• Lazer: Diode Pumped Solid State Laser
• Lazer gücü: 100W

Almanya'nın en eski ve güçlü lazer kesim tezgahları üreticilerinden biri olan TRUMPF, 2003 Euromold Fuar'ında otoinşa prensibini kullanan iki ürününü sergilemiştir. Bunlardan biri, ABD tabanlı POM ile işbirliği sonucu ürettiği DMD (Direct Metal Deposition, Direkt Metal Yığılması) tekniğini kullanan DMD 505 modeli otoinşa cihazıdır. Diğeri ise Harç yığma yerine toz bağlama tekniğini kullanan LF - Laserforming cihazıdır.

TRUMPF Laserforming, SLS prensibine benzer bir yöntemdir. Yalnız daha ileri bir otomasyon sağlanmıştır. Sağda, TrumaForm LF 130 otoinşa cihazı görülmekedir.

Büyük bir oda ısıtılıp inert gaz ortamında tutulacağı yerde sadece inşa odası kadar bir bölge korunur. İnşa işlemi bittikten donra basınçlı hava ile destek malzemesi görevi yapan metal tozları odadan uzaklaştırılır (aşağıda)

Laserforming ile soğutma kanallı şekilde inşa edilmiş kalıplar