3D Baskıda Bir Sonraki Atılım, Güçlü Metallerin Büyütülmesi

École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) bilim insanları, basit hidrojelleri yüksek performanslı metaller ve seramiklere dönüştürebilen yeni bir 3D baskı yöntemi geliştirdi.

Temelde, metal tuzlarının birden fazla infüzyonunu mümkün kılarak metal yetiştirdiler; bu, önceki yöntemlerin gözenekliliği olmadan son derece güçlü ve yoğun yapılar oluşturur. Sonuçlar, yeni teknikle üretilen metallerin 20 kat daha güçlü ve çok daha az büzülme gösterdiğini ortaya koyuyor. 

Bu atılım, yeni nesil enerji, algılama ve biyomedikal cihazların verimli üretimini vaat ediyor.

Mimari Malzemelerin Neden Daha İyi Metal 3D Baskısına İhtiyacı Var

Üretim, inşaat, mühendislik ve teknolojinin temeli olarak, malzemeler binalardan elektroniğe, ulaşımdan sağlık hizmetlerine kadar her şeyin işlevselliğini, dayanıklılığını ve güvenliğini doğrudan etkiler. 

Bu, belirli ihtiyaçları karşılamak, sorunları çözmek ve çeşitli endüstrilerde ilerlemeyi yönlendirmek için yeni malzemeler yaratmayı veya mevcut olanları iyileştirmeyi önemli kılıyor.

Bunun yenilikçi ve kritik bir yolu, mimari malzemelerin tasarımıdır; bu süreç, iç yapılarını çok ölçekli olarak tasarlayarak malzeme özelliklerini düz malzemelere göre artırır.

Bu yeni nesil malzemeler, 3D yapısal geometrileri kullanarak yalnızca bileşim ve/veya mikro yapı optimizasyonu ile elde edilemeyen işlevsellik ve özelliklere erişir.

Mimari‑özellik ilişkileri ve imalat araçları konusundaki anlayışımız geliştikçe, yeni veya geliştirilmiş özelliklere sahip 3D nano‑ ve mikro‑mimari malzemelerin geliştirilmesi de ilerledi; bu malzemeler, geleneksel işlenmiş malzemelerle elde edilemeyen aşırı mekanik davranışlardan egzotik optik özelliklere kadar geniş bir yelpazede performans sunar. Böylece, mimari malzemeler yüksek performanslı cihazlara artan talebi karşılamaya ve karmaşık teknolojileri mümkün kılmaya yardımcı olur.

Bu malzemeler şu anda eklemeli imalat (AM) teknolojileri kullanılarak üretilmektedir; çünkü bu teknolojiler geniş bir ölçek aralığında karmaşık 3D yapılar üretme yeteneğine sahiptir. Farklı AM süreçleri arasında, vat fotopolimerizasyonu (VP) küçük boyutlar ve yüksek hızlar sunduğu için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu 3D baskı yönteminde, ışığa duyarlı bir reçine bir kaba dökülür ve ardından bir lazer ya da UV ışığıyla istenen şekle seçici olarak sertleştirilir.

Bu süreç yalnızca ışığa duyarlı polimerlerle kullanılabilir ve polimer olmayan malzemelerin (örneğin metaller ve seramikler) üretiminde zorluklarla karşılaşır. Polimerlerin sınırlı yapısal ve fonksiyonel özellikleri, VP ile üretilen cihazların kullanım alanlarını kısıtlar.

Bu nedenle, bilim insanları VP’yi metal ve seramik gibi fotopolimerleştirilemeyen malzemeler için mümkün kılan yöntemler geliştirdiler. Bu, hem inorganik hem organik bileşenleri birleştiren hibrit foto-reçine ya da ışığa duyarlı bir sıvı karışımı kullanmayı içerir; ancak ışık saçılması, viskozite ve sınırlı malzeme bileşimleri gibi sorunlarla karşılaşırlar.

Bu bağlamda, metal‑tuz çözeltilerinin kullanımı, çok yönlü ve ticari olarak temin edilebilir bir yaklaşım olarak öne çıktı. Ancak bu yöntem, gözeneklilik, bükülme ve yapısal hasara yol açan önemli bir büzülme miktarıyla birlikte gelir.

Bu zorlukları aşmak için EPFL araştırmacıları, düşük lineer büzülme oranlarıyla yoğun mimari metaller ve seramikler üretmek üzere yeni, çok yönlü bir yöntem geliştirdi.

Yaptıkları şey, bir hidrojelde metal yetiştirmeleriydi; bu, ileri teknoloji için olağanüstü yoğun ancak karmaşık yapılar ortaya çıkarır.

Hidrojeller, büyük ölçüde sudan oluşan polimer malzemelerdir. Su aldıklarında jel benzeri bir kıvam alırlar. Biyouyumlu oldukları için geniş bir tıbbi ve diğer uygulama yelpazesinde kullanılmaktadır. Ancak bu malzemeler tekrarlayan mekanik stres altında deformasyona eğilimlidir.

“Mevcut hidrojellerin sorunu, mekanik olarak zayıf olabilmeleri ve bu yüzden güçlendirilmesi gerektiğidir,” dedi Tokyo Üniversitesi Katı Hal Fiziği Enstitüsü (ISSP) Araştırma Görevlisi Koichi Mayumi, yarattığı¹ hidrojel, lastik benzeri dayanıklılık ve geri kazanım yeteneği gösterirken aynı zamanda esnekliğini koruyor.

Bir son araştırma² ise, hidrojellerin cansız malzemelerin çevreyi algılamasını ‘hafıza’ ile güncelleyebildiğini gösterdi. Hidrojeller (elektriksel uyarıya yanıt verebilen) video oyunu Pong’u oynayarak doğruluklarını %10’a kadar artırdılar.

Şimdi EPFL araştırmacıları, bu yumuşak hidrojelleri son derece güçlü metaller ve seramikler haline getirmek için güçlü bir yeni 3D baskı yöntemi kullandılar.

Güçlü Metallerin 3D Baskısına Yeni Bir Yöntem

Diğer 3D baskı yöntemleri, basılmış polimerleri daha dayanıklı malzemelere dönüştürmeye çalışırken ciddi yapısal sorunlarla karşılaşıyor; “bu malzemeler gözenekli olma eğilimindedir, bu da dayanıklılıklarını önemli ölçüde azaltır ve parçalar aşırı büzülme nedeniyle bükülür,” araştırmacılar bu soruna benzersiz bir çözüm geliştirdiler.

EPFL araştırmacıları, hidrojel infüzyonlu eklemeli imalat (HIAM) adlı bir 3D baskı yöntemi geliştirdi.

En son çalışmada, Advanced Materials’ta yayınlanan³, araştırmacılar yeni yöntemin çok yönlülük ve erişilebilirlik açısından faydalarına rağmen, polimer‑den‑seramik dönüşüm sürecinde %50‑%90 büzülme oranları nedeniyle parçaların gözenekli, çatlaklı ve bükülmüş hâle gelerek pratik kullanım için çok kırılgan olduğunu belirttiler. Bu yüzden, üretim sonrası bir infüzyon‑çökeltme stratejisi de kullandılar.

Işığı kullanarak metal öncülleriyle önceden infüze edilmiş bir reçineyi katılaştırmak yerine, EPFL ekibi önce bir hidrojel 3D iskeleti inşa etti.

Ardından ‘boş’ hidrojel, farklı metal‑tuz çözeltileriyle infüze edildi ve termal işlemle metal nanopartiküllerine dönüştürülerek yapıya nüfuz etti. İşlem tekrarlanarak çok yüksek metal konsantrasyonlu kompozitler elde edilebiliyor.

Beş ila on arasında bu ‘büyüme döngüsü’ uygulandıktan sonra son adım, kalan hidrojeli yakarak ortadan kaldıran bir ısıtma işlemidir. Bu geride orijinal boş polimerin şeklinde, çok güçlü ve yoğun bir seramik ya da metal nesne bırakır. 

Hidrojellerde metal tuzlarını sadece üretim sonrası infüze etmek, tek bir hidrojelin birçok farklı kompozit, metal ya da seramike dönüştürülebileceği anlamına gelir. 

Tek bir reçine bileşiği, neredeyse sonsuz bir dizi polimer olmayan malzeme üretmek için kullanılabilir; bu çalışma ayrıca, malzeme seçiminin 3D baskıdan önce değil, baskıdan sonra gerçekleştiği yeni bir eklemeli imalat paradigmasını vurguluyor.

Bu yeni teknik, “erişilebilir, düşük maliyetli bir 3D baskı süreciyle yüksek kaliteli metaller ve seramikler üretmeyi mümkün kılıyor,” dedi Daryl Yee, EPFL Mühendislik Okulu’ndaki Malzeme ve Üretim Kimyası Laboratuvarı (ALCHEMY) başkanı.

ALCHEMY’deki odak, malzeme bilimi, moleküler tasarım ve ileri üretimi birleştirerek sağlık, enerji ve iklim değişikliği gibi toplumsal zorlukları ele alabilecek ileri fonksiyonel malzemeler yaratmak.  

Yöntemlerini kullanarak EPFL ekibi, bakır, gümüş ve demirden oluşan karmaşık matematiksel kafes şekilleri (gyroidler) üretti.

Fe₂O₃, SrFe₁₂O₁₉, Fe, Cu ve Ag’nin imalatı, teorik yoğunluğun %88‑%89’una ve bileşime bağlı olarak %20‑%40 büzülmeye (düşük %20’a kadar) ulaşarak, bu tekniğin güçlü ve karmaşık yapılar oluşturma yeteneğini gösterdi. Bir evrensel test makinesi, gyroidlere artan basınç uygulayarak malzemelerin dayanıklılığını test etti.

“Malzemelerimiz, önceki yöntemlerle üretilenlere göre 20 kat daha fazla basınca dayanabiliyor ve %60‑%90 büzülme yerine sadece %20 büzülme gösteriyor.”

– Doktora öğrencisi ve ilk yazar Yiming Ji

Bilim insanlarına göre, yeni geliştirilen infüzyon‑çökeltme temelli teknik, aynı anda karmaşık, hafif ve güçlü olması gereken biyomedikal cihazlar, sensörler veya enerji dönüşüm ve depolama cihazları gibi ileri mimari malzemeler ve 3D yapılar üretme konusunda büyük bir potansiyele sahiptir. 

İlerleyen aşamalarda ekip, sürecini iyileştirmeye, özellikle malzemelerinin yoğunluğunu daha da artırmaya odaklanacak, ticarileşme için. 

Hız da bir diğer hedeftir. Tekrarlanan infüzyonlar daha güçlü malzemeler üretmek için önemli olsa da, bu adımlar yöntemi zaman alıcı kılıyor. “Bu adımları otomatikleştirmek için bir robot kullanarak toplam işlem süresini azaltmak üzerinde çalışıyoruz,” dedi Yee.
Kaydırmak için kaydır →

Eklemeli Üretim Bir Sonraki Nereye Gidiyor?

Eklemeli üretim, dijital tasarım ve geniş bir malzeme yelpazesi (metal, plastik ve beton gibi) kullanarak katman katman 3D nesneler inşa eden çağımızın en yıkıcı teknolojilerinden biridir.

Bu teknoloji kullanışlı, çok yönlü ve karmaşık geometrik yapıları hızlı bir şekilde üretme yeteneğine sahiptir. Ayrıca malzeme atığını azaltır, yüksek özelleştirme imkanı sunar ve esnek cihazların performansını artırır.

Küresel AM pazarının büyüklüğünün 2025’te 2025’te 25 milyar dolar olduğu tahmin ediliyor ve 2032’ye kadar 125 milyar doların üzerine çıkması bekleniyor. Bu arada, dünya çapında gönderilen 3D yazıcı birimleri 2021’de 2,2 milyon idi ve bu dekanın sonuna kadar 21,5 milyon birime ulaşması öngörülüyor.

Bu rakamlar, teknolojinin laboratuvarlarla sınırlı kalmadığını, giderek daha fazla evler, ayakkabılar, VR başlıkları, kendini iyileştiren biyobozunur malzemeler⁴ ve çok daha fazlasının üretiminde kullanılmakta olduğunu göstermektedir.

En son, Empa araştırmacıları bir 3D baskılı biyouyumlu kornea implantı geliştirdiklerini bildirdi; bu implant göz hasarını kalıcı olarak onarabiliyor.

Dünya çapında milyonlarca insan kornea hasarıyla karşı karşıya, ancak sadece küçük bir yüzde kornea nakli ile tedavi edilebiliyor. 3D ekstrüzyon biyobaskısı sayesinde özelleştirilmiş kendini yapışkan implantların geliştirilmesi, oyunu tamamen değiştirebilir.

İmplant, daha sonra gözden insan kök hücreleriyle yüklenecek biyouyumlu bir hidrojelden yapılmıştır ve doku rejenerasyonunu destekleyecektir.

AM uygulamaları büyümeye devam ederken, bilim insanları 3D baskının en kalıcı teknik sorunlarından bazılarını da çözmektedir. Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı (ORNL)‘ndan araştırmacılar iç gözenekliliği %75 azaltan bir vakum‑destekli ekstrüzyon tekniği⁵ geliştirdi; bu, büyük ölçekli eklemeli üretimi (LFAM) engelleyen sorunu hedef alıyor.

İç gözeneklilik, basılmış parçaları zayıflatır ve bu azaltmak, genel performansı artırmak için kritiktir.

Araştırmacıların yaptığı şey, ekstrüzyon sürecinde bir vakum haznesi entegre ederek, hapsolan gazları uzaklaştırmak ve lif takviyeli malzemelerdeki boşluk oluşumunu en aza indirmektir; bu boşluklar LFAM’da sağlamlık ve düşük termal genleşme açısından yaygındır, ancak iç‑boncuk gözenekliliği kaliteyi etkiler. 

“Bu yenilikçi teknikle, büyük ölçekli polimer baskılardaki gözeneklilik sorununu sadece çözmekle kalmıyor, aynı zamanda daha güçlü kompozitlerin yolunu açıyoruz. Bu, LFAM endüstrisi için önemli bir sıçrama.”

– ORNL’den Vipin Kumar

Bu arada, Colorado Boulder Üniversitesi araştırmacıları OpenVCAD adlı bir yazılım geliştirdi; bu yazılım, kafes yapıların belirli bölümlerine özel özellikler uygulayarak daha karmaşık tasarımların elde edilmesini sağlıyor; bu özellikler genellikle darbe emici yetenekler için kullanılıyor.

İlk çok‑malzemeli, kod‑tabanlı tasarım aracı, “kullanıcıların tek bir küçük değişkeni değiştirerek tüm tasarımı kolayca güncelleyebildiği” bir ortam sunuyor, karmaşık gradyan tasarımları modern mühendislik uygulamaları için yazıcı‑hazır koda dönüştürüyor.

Malzeme kalitesini iyileştirmenin ötesinde, yenilikçiler üretim gücünü avuç içine getirmeye çalışıyor. UT Austin ve MIT araştırmacılarının bir makalesi, silisyum fotoniği kullanan çip‑tabanlı bir 3D yazıcıyı⁶ inceledi; burada milimetre ölçeğindeki bir fotonik cihaz, yazıcının çoğu mekanik işlevini üstlenirken ışık kaynağını da değiştiriyor. Sonuçta yazıcı çok daha basit ve maliyet‑etkin oluyor.

Mevcut 3D yazıcılar büyük ve karmaşık mekanik sistemlere dayanıyor; bu da hız, taşınabilirlik, çözünürlük, form faktörü ve malzeme karmaşıklığını sınırlıyor. Araştırmacılar, fotokürleme temelli 3D yazıcılar üzerinde çalışsa da hâlâ hantal ve karmaşık mekanik sistemlere bağımlı.

Bu yüzden, son çalışma silisyum fotoniği ve fotokimya kombinasyonunu ilk çip‑tabanlı 3D yazıcıda birleştirdi. Onlar bir silikon‑fotoniği CMOS çipini küçük bir odada kullandılar; bu çip hem ışığı yayar hem de yönlendirir, ayrıca reçineyle çalışmak için bir sıvı‑kristal dalga kılavuzu içerir.

Sistem, “görünür ışık entegre optik faz dizisi sistemi” olarak tanımlanıyor ve bir çip üzerindeki vat polimerizasyon sistemi gibi çalışıyor; nihai hedef, tüm sistemi avuç içine sığdırmak.

3D Baskıya Yatırım

Geleneksel baskı konusunda ünlü HP (HPQ ) 3D baskı pazarına agresif bir giriş yaptı ve hidrojel infüzyonu gibi keskin süreçleri benimseyebilecek ölçek, sermaye ve altyapıya sahip.

Şirket, on yılı aşkın bir süre önce eklemeli imalata ilk adımını attı ve o zamandan beri birden fazla polimer 3D baskı sistemi başlattı ve Metal Jet teknolojisini tanıttı. En eski oyunculardan biri olmasa da, HP teknoloji, malzeme ve ortaklık inovasyonlarıyla pazar lideri olma yolunda çalışıyor.

HP Inc. (HPQ )

Bu yılın başlarında HP’nin Multi Jet Fusion 3D baskı teknolojisi Blazin Rodz tarafından 75’ten fazla parça üretmek için kullanıldı. 

“Blazin Rodz’da tasarladığımız ve mühendislik yaptığımız araçları bir yıldan kısa sürede bu kadar ekstrem, hassas ve sürüşe elverişli bir şekilde tasarlayıp üretmemiz mümkün değildi; HP’nin Multi‑Jet Fusion (MJF) baskısı tüm sektör için bir oyun değiştirici ve geliştirdiğimiz her imza parça ve her özel araba için akıllı ve yenilikçi uygulamalar bulmaya kararlıyız.”

– Waylon Jeffrey, Blazin Rodz’da 3D Tasarım & Mühendislik Lideri

Birkaç ay önce, mobil drone üretim firması Firestorm Labs, HP’den mobil Multi Jet Fusion 3D baskı teknolojisinin tıbbi, insani yardım ve ticari bağlamlarda sahada üretim yapabilmesi için münhasır dağıtım haklarını güvence altına aldı.

HP, kişisel bilgisayarlar ve diğer dijital erişim cihazlarının küresel sağlayıcısıdır ve üç ana segmentte faaliyet gösterir.

Personal Systems segmenti ticari ve tüketici masaüstü, dizüstü, iş istasyonları, POS sistemleri, ekranlar, hibrit sistemler ve yazılım sunar; Printing segmenti tüketici ve ticari yazıcı donanımı, grafik ve 3D baskı ve kişiselleştirme hizmetlerini ticari ve endüstriyel pazarlara sunar; Corporate Investments segmenti ise belirli iş kuluçka ve yatırım projelerini içerir.

25,5 milyar dolar piyasa değerine sahip HPQ hisseleri şu anda hisse başına 27,22 dolar seviyesinde işlem görüyor; bu yıl %16,18 değer kaybetti. 52‑haftalık aralık 21,21 dolar ile 39,80 dolar arasında seyrediyor; en yüksek seviye ise 2022 ortasında yaklaşık 41,50 dolar olarak kaydedildi.

Şirketin TTM EPS’i 2,75 ve TTM P/E oranı 9,96. HP’nin hissedarlara sunduğu temettü getirisi cazip bir %4,23.

HP’nin finansal konumuna gelince, 2025 mali yılı üçüncü çeyreğinde net geliri 13,9 milyar dolar olarak raporlandı; bu, bir önceki yılın aynı dönemine göre %3,1 artış anlamına geliyor.

Bu, baskı iş biriminden 4 milyar dolar gelir içeriyor; bu birim geliri yıllık %4 azaldı ve işletme marjı %17,3 oldu. Tüketici Baskı gelirleri %8, Ticari Baskı %3 ve Sarf Malzemeleri %4 azaldı. Toplam donanım birimleri ise %9 düşüş gösterdi; Ticari Baskı birimleri %12, Tüketici Baskı birimleri %8 azaldı.

HP’nin GAAP bazlı seyreltilmiş hisse başına net kazancı %23,1 artarak 0,80 dolar oldu; non‑GAAP bazlı seyreltilmiş EPS ise %10,7 düşerek 0,75 dolar seviyesine geriledi.

“Q3’te, Kişisel Sistemlerdeki güç ve ana büyüme alanlarımızdaki güçlü ivme sayesinde beşinci ardışık çeyrek gelir artışı sağladık. Bu sonuçlar, çeyrekteki çevik ve odaklı yürütmemizi gösteriyor, stratejimizin gücünü pekiştiriyor ve geleceğin iş dünyasında lider olma taahhüdümüzü teyit ediyor.”

– CEO Enrique Lores

Bu çeyrekte şirket, faaliyetlerden 1,7 milyar dolar net nakit sağladı; serbest nakit akışı 1,5 milyar dolar oldu. Ayrıca hisse başına 0,2894 dolar temettü ve 150 milyon dolar hisse geri alımıyla hissedarlara 400 milyon dolar geri döndürdü. HP çeyrek sonunda 2,9 milyar dolar nakit ve nakit benzeri varlıkla kapattı.

En iyi eklemeli üretim ve 3d baskı hisselerinin listesi için buraya tıklayın.

En Son HP Inc. (HPQ) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Malzeme Bilimi İçin Yeni Bir Bölüm

3D baskı sayesinde üretim yeni bir çağa girdi; hızlı prototipleme, daha hızlı geliştirme, tasarım esnekliği, maliyet tasarrufu ve tedarik zinciri iyileştirmeleri sağlıyor.

Bu teknolojiyle hidrojel infüzyonu ve infüzyon‑çökeltme stratejisini birleştirerek EPFL araştırmacıları, malzeme kimliğinin üretim zincirinde ne zaman ve nasıl belirlendiğini yeniden tanımlayan daha güçlü metaller üretti. Ayrıca sunduğu esneklik, enerji’den biyomedikal mühendisliğine kadar birçok sektörde potansiyel dönüşüm sağlayabilir.

Bu yöntemler olgunlaşıp ölçeklenip ticarileştiğinde, güç üretildiği bir yeni endüstriyel manzara ortaya çıkabilir.

Referanslar:

1. Liu, C., Morimoto, N., Jiang, L., Kawahara, S., Noritomi, T., Yokoyama, H., Mayumi, K., & Ito, K. (2021). Hızlı kendini güçlendiren dayanıklı hidrojeller. Science, 372(6546), 1078–1081. https://doi.org/10.1126/science.aaz6694
2. Strong, V., Hayashi, Y., Ward, J., et al. (2024, August 23). Elektro‑aktif polimer hidrojeller, geri beslemeli bir ortamda gömülü olduklarında ortaya çıkan hafızayı gösterir. Cell Reports Physical Science, 5, Article 00436. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.00436
3. Ji, Y., Hong, Y., Bhandari, D. R., & Yee, D. W. (2025, September 24). Hidrojelle bazlı vat fotopolimerizasyonu, tekrarlanan infüzyon‑çökeltme yoluyla düşük büzülmelerle seramik ve metaller. Advanced Materials. https://doi.org/10.1002/adma.202504951
4. Li, Y., Ma, G., Guo, F., Luo, C., Wu, H., Luo, X., Zhang, M., Wang, C., Jin, Q., & Long, Y. (2024, June 25). 3D baskılı kendini iyileştiren, biyobozunur malzemeler ve uygulamaları. Frontiers of Mechanical Engineering, 19, Article 17. https://doi.org/10.1007/s11465-024-0787-1
5. Mattingly, F., Kumar, V., Chawla, K., Bras, W., Kunc, V., & Duty, C. (2025, January). Büyük format eklemeli imalatta iç gözenekliliği azaltmak için vakum destekli ekstrüzyon. Additive Manufacturing, 97, 104612. https://doi.org/10.1016/S2214-8604(24)00658-4
6. Corsetti, S., Notaros, M., Sneh, T., Stafford, A., Page, Z. A., & Notaros, J. (2024, June 6). Silisyum-fotonik destekli çip tabanlı 3D yazıcı. Light: Science & Applications, 13, Article 132. https://doi.org/10.1038/s41377-024-01478-2