Eklemeli İmalat
Nanoskobik 3D Baskı Ticarileşmeye Hazır Görünüyor
3D baskı şu anda çok popüler. Katmanlı imalat süreci olarak da bilinen üç boyutlu veya 3D baskıda, bir nesne kalıp kullanmak yerine dijital bir modelle oluşturulur. Bu süreçte, birkaç ince malzeme katmanı bir araya eklenir.
Mucitler bu tekniği 1984’te geliştirdi, ancak teknolojik gelişmeler bu yöntemi uygulanabilir bir üretim süreci haline getirdiği için ancak yakın zamanda popülerleşmeye başladı.
Birçok sektördeki üreticiler, ürünleri seri üretime geçmeden önce hızlı prototip oluşturmak için bu tekniği kullanıyor. Prototiplemeyi daha hızlı, daha kolay ve daha ucuz hale getirerek, 3D baskı daha fazla yenilik ve deneyi teşvik ediyor.
Bugün, 3D baskı sektörü sürekli ilerleme ve araştırmalar sayesinde büyük ölçüde büyüdü ve teknoloji daha da gelişiyor. 3D baskıya olan ilgi o kadar büyük ki, bilim insanları artık mikro ve nanoskobik ölçekte üretim teknikleri üzerinde çalışıyor.
3D baskı seri üretim için çok yavaş olsa da, nanoskobik 3D baskı bu sorunu çözebilir ve yakında kullanıma hazır olması muhtemel.
3D baskı hisselerine yatırım hakkında tüm bilgileri öğrenmek için buraya tıklayın.
Nanoskobik 3D Baskı ve Potansiyeli
3D baskı teknolojisi tanıtıldığından beri, üretim verimliliği artmıştır. Bu artış büyük ölçüde, 3D baskının geleneksel üretim yöntemlerinin yapısal veya mekânsal sınırlamalarını ortadan kaldırarak önemli tasarım özgürlüğü sağlamasından kaynaklanmaktadır. Ayrıca, malzeme verimliliğiyle dikkat çeker ve düşük ya da hiç atık üretmeyen bir imalat potansiyeli sunar. 3D baskı aynı zamanda küçük üreticiler için maliyetleri ve pazara çıkış süresini azaltmada kritik bir rol oynar.
Ancak, 3D baskının çoğu uygulaması santimetre ölçeğiyle sınırlıdır. Bunun ötesinde, mekanik ve malzeme zorlukları kullanımını esas olarak araştırma uygulamalarıyla sınırlar. Bu nedenle, 3D baskıyı kitlesel üretim ölçeğine genişletmek ve sadece prototiplemenin ötesine geçmek için teknoloji, boyut, malzeme ve maliyetle ilgili belirli zorlukları aşmalıdır.
Bu nedenle, birçok araştırmacı birden fazla malzemeyi farklı boyut ölçeklerinde kullanıyor; bu gelişme nanoskobik 3D baskıyı ön plana çıkarıyor. Nanoteknoloji, 100 nanometreden daha küçük ölçümleri içerir; bu kadar küçük bir ölçek çıplak gözle görülmez.
Nanoskobik 3D baskı alanında hedef, nanometre ölçülerinde nesneleri 3D baskı yapmaktır. Bu teknoloji, katmanlı imalatta vaat eden bir sıçrama olup, nesneleri atom atom birleştirerek oluşturmayı mümkün kılar.
Nanoskobik teknolojinin potansiyeli, piller, nanorobotik, mikroelektronik, tıbbi cihazlar, yarı iletkenler ve sensör teknolojileri gibi çeşitli endüstrilerde verimlilik ve üretkenliği artırmaya uzanır. Bu sektörler, hassas nanoskobik üretimin sağladığı doğruluk kaybı olmadan büyük fayda sağlayabilir.
Bununla birlikte, 3D baskı süreci, nanoskobik ölçekte bile, hâlâ yavaştır. Ayrıca, özellikle nanoskobik baskıda kullanılabilecek malzeme türleri konusunda sınırlamalarla karşı karşıyadır.
2022’de araştırmacılar, dayanıklılıkta üstün, koruma sağlayan ve aynı yoğunlukta diğer malzemelerin iki katı enerji emebilen bir malzeme kullanarak yeni bir nanoskobik 3D baskı yöntemi geliştirdi. Bu ilerleme, dronlar, uydular ve mikroelektronik gibi alanlarda çok sayıda uygulamayı açığa çıkarıyor.
3D baskı teknolojisini benimsemedeki bir diğer büyük zorluk maliyettir. Kullanılan malzemeler pahalıdır ve belirli özelliklerde ürün üretebilme yeteneğine bağlı 3D baskı makineleri de maliyetlidir.
Ayrıca, yazılım, teknolojik bakım ve sistem entegrasyonu giderleri bu tekniğin toplam maliyetini daha da artırır. Bu kadar yüksek maliyet nedeniyle, 3D baskı daha çok küçük ölçekli ve yüksek derecede uzmanlaşmış üretimler için uygundur.
Bu alandaki araştırmalar, farklı sorunları hedeflemek için bir süredir devam ediyor. Örneğin, birkaç yıl önce bir araştırmacı ekibi gösterdi karmaşık nanoskobik 3D nesneleri hızlı ve pürüzsüz özelliklerle üreten bir 3D baskı tekniğini.
Bununla birlikte, birçok cihazı ilerletme potansiyeline rağmen, nanoskobik 3D baskının maliyeti son derece yüksek kalmaktadır. Yeni araştırmalar, maliyetleri ve giriş engellerini büyük ölçüde azaltan bir yaklaşım bulduğu için bu durum nihayet değişebilir ve süreç ticarileşme için mümkün hale gelebilir.
Işık Kullanarak Küçük Metal Yapıları Daha Hızlı ve Daha Ucuz Yazdırmanın Yolu
En en son araştırma nano ölçekli metal yapıları düşük yoğunluklu ışığa dayalı yeni bir baskı yöntemi geliştirdi. Bu yeni ışık temelli yaklaşım son derece hızlıdır; mevcut yöntemlerden 480 kat daha hızlı olup aynı zamanda ucuzdur.
Bu yeni çalışma, “Superluminescent Light Projection (SLP) ile Metal Nanoyapıların Ölçeklenebilir Baskısı” adıyla, Georgia Tech’in makine mühendisliği programinde yardımcı doçent olan Sourabh K. Saha ve Saha’nın laboratuvarında doktora öğrencisi olan Jungho Choi tarafından yakın zamanda yürütülmüştür.
Saha’ya göre, maliyet ve hız, çok küçük yapıların üretimi ve imalatı üzerinde çalışırken “bilim topluluğunda büyük ölçüde değersizleştirilen” iki faktördür. Bilim dünyasında göz ardı edilse de, bu ölçütler laboratuvardan endüstriye keşiflerin aktarılması söz konusu olduğunda gerçek dünyada gerçekten önemlidir.
“Bu ölçütleri göz önünde bulunduran üretim tekniklerine sahip olduğumuzda, nanoteknolojiyi toplumsal fayda için tam anlamıyla kullanabileceğiz.”
– Saha dedi
Choi ve Saha, SLP patent başvurusunun da mucitleridir; bu başvurunun fikri mülkiyet hakları Georgia Tech Research Corporation’a atanmıştır.
Haftalık hakemli bilimsel dergi Advanced Materials’da yayınlanan yeni çalışma, bu araştırmacıların nanoskobik metal yapılarını daha hızlı, daha ucuz ve ölçeklenebilir bir şekilde ışık temelli olarak baskılayacak bir yöntem geliştirdiğini ortaya koydu.
Bu teknoloji, maliyetli ve yavaş olan katmanlı imalat alanını dönüştürme potansiyeline sahiptir. Bu atılım, piyasada mevcut olan teknolojilere göre 35 kat daha az maliyetlidir.
Aslında, nano ölçekli metal yapıların baskısına dayanan birçok teknolojik ilerleme bulunmaktadır; bu teknik nanopatterning olarak bilinir. Bu alanlar arasında sensörler, elektronik cihazlar, fotonik, güneş enerjisi dönüşümü, biyomedikal ve tanı sistemleri ve diğer sistemler yer alır.
Nanoskobik baskı söz konusu olduğunda, prosedürün yüksek yoğunluklu bir ışık kaynağına ihtiyaç duyduğu düşünülmektedir. Bu araçlardan biri, odak noktasına ultrakısa lazer darbeleri sağlayan femtosaniye lazeridir.
Gerçekten faydalı olmasına rağmen, bu araç oldukça pahalıdır. Yarı milyon dolar gibi bir maliyeti olduğu için, bu araç çoğu araştırma laboratuvarı ve elbette küçük işletmeler için uygulanabilir değildir.
Saha’nın belirttiği gibi, bu maliyet, bu atılımların gerçek dünyada hayata geçmesini zorlaştırmakta ve sonuçta sadece laboratuvar projeleri olarak kalmaktadır. Şöyle dedi:
“Bilim topluluğu olarak, bu nanomalzemeleri yeterince hızlı ve uygun maliyetle üretebilme yeteneğine sahip değiliz; bu yüzden vaat eden teknolojiler genellikle laboratuvarla sınırlı kalıyor ve gerçek dünya uygulamalarına aktarılmıyor.”
Dolayısıyla bir sonraki bariz soru, gerçekten böyle yüksek yoğunluklu bir araca ihtiyaç var mı? Cevap olumsuzdu; Saha şöyle dedi:
“Hipotezimiz, istediğimiz baskı tipini elde etmek için o ışık kaynağına ihtiyacımız olmadığıydı.”
Sonuç olarak, araştırmacılar düşük yoğunluklu ancak femtosaniye lazerler gibi odaklanabilen düşük maliyetli bir ışık aramaya başladılar. Ve ticari olarak bulunabilir oldukları için süperluminescent ışık yayan diyotları (SLED’ler) buldular.
SLED, süperluminesans tabanlı kenar yaymalı bir yarı iletken ışık kaynağıdır; lazer diyotlarının parlaklığı ve yüksek gücünü, geleneksel LED’lerin düşük koheransıyla birleştirir. SLED’lerin yaydığı ışık, femtosaniye lazerlerin ışığından çok daha az yoğundur.
Düşük Yoğunluklu Işık Tabanlı Projeksiyon Tarzı Nano Ölçekli Baskı
Bu araştırma ile Choi ve Saha, ilk projeksiyon tarzı baskı teknolojisini geliştirmeyi amaçladı. Bu sistem, dijital görüntüleri optik hale dönüştürerek bir cam yüzeye yansıtma şeklinde dijital projektör gibi çalışacak şekilde tasarlanmıştır.
Bununla birlikte, bu baskı teknolojisi tarafından üretilen görüntüler daha keskin odaklanmıştır. Bu keskinlik, süperluminescent ışığın benzersiz özelliklerinden yararlanılarak elde edilmiştir.
Bu SLP ya da süperluminescent ışık projeksiyon tekniği, daha az yoğunluklu ışıkla alt-difraksiyon (kullanılan ışığın kırınım sınırından daha kısa boyut) nanoyapıları hızlı bir şekilde basar. Araştırmacılar, diyot tabanlı süperluminescent ışığın uzamsal ve zamansal koherans özelliklerinden yararlandı.
Araştırmaları için, metal tuzu ve diğer kimyasalları kullanarak ışığı absorbe edebilen şeffaf bir mürekkep çözeltisi geliştirdiler. Projeksiyon sistemlerinden gelen ışık çözeltiye çarptığında kimyasal bir reaksiyon gerçekleşti ve çözelti metal haline geldi. Bu metal nanopartiküller cam yüzeyine yapışarak nanoyapıları oluşturdu.
Projeksiyon tarzı bir baskı teknolojisi olması, tüm yapıları bir kerede basabilmesi anlamına gelir. Nokta nokta ilerlemek yerine tek seferde tüm yapıyı basması, bu tekniği diğer geleneksel yöntemlerden daha hızlı kılar.
Işık temelli projeksiyon tarzı nano ölçekli metal baskının testleri, görüntüler keskin odaklandığı sürece düşük yoğunluklu ışıkla da çalıştığını ortaya koydu.
Choi ve Saha’ya göre, çalışmaları ticari olarak temin edilebilen donanımla diğer araştırmacılar tarafından hızlı bir şekilde tekrarlanabilir. Bu da çok maliyetli olmayacak; araştırmalarında kullanılan SLED tipi yaklaşık 3.000 $’a mal oluyor.
Bu şekilde, araştırma küçük işletmelerin, araştırma merkezlerinin ve hatta bireylerin teknolojiye erişip yenilik yapmak için deney yapmalarını mümkün kılıyor. Choi’ye göre:
“Şu anda, sadece önde gelen üniversiteler bu pahalı teknolojilere erişebiliyor ve hatta o bile ortak tesislerde bulunuyor ve her zaman kullanılabilir değil.”
Buna ek olarak, Choi şöyle dedi:
“Nanoskobik 3D baskı yeteneğini demokratikleştirmek istiyoruz ve araştırmamızın bu tür bir sürece düşük maliyetle daha geniş erişim sağlaması için kapıyı açmasını umuyoruz.”
Bu atılım, yeni teknolojilerin nihayet araştırma laboratuvarlarından çıkıp dünyada kullanılabilir hale gelmesine gerçek bir potansiyel sunuyor.
Araştırma kesinlikle geniş bir uygulama potansiyeline sahiptir; araştırmacılar, tekniklerinin özellikle karmaşık metalik nanoyapılar gerektiren optik ve plazmonik alanlarda faydalı olacağını belirtiyor.
Gelecekte kullanılabileceği diğer potansiyel alanlar arasında akıllı telefonlar, bilgisayarlar ve giyilebilir cihazlar için daha küçük ve daha verimli elektronik bileşenler yer alıyor. Ayrıca, gelişmiş sensörler, aktüatörler, mini iletişim sistemleri, implant ve tanı cihazları gibi biyomedikal cihazlar, kameralar ve görüntüleme sistemleri için küçük ölçekli optikler, enerji toplamak için minik cihazlar ve özel özelliklere sahip yeni malzemelerin geliştirilmesi bulunuyor.
Nanoskobik 3D baskı, araştırmalara ve daha uygulanabilir çözümler bulmaya daha da yardımcı olacaktır.
Katmanlı İmalatta Öncü Şirketler
Şimdi, Katmanlı İmalatta öncülük eden birkaç şirkete bir göz atalım:
#1. Stratasys
ABD merkezli 3D baskı çözümleri sağlayıcısı, katmanlı imalat sektöründe uluslararası bir liderdir. Stratasys, otomotiv, sağlık, eğitim, uzay ve çeşitli diğer sektörlere bir dizi 3D yazıcı ve malzeme temin etmektedir. Şirket ayrıca modeller, prototipler, üretim araçları ve üretim parçaları oluşturmak için kullanılan birçok katmanlı teknoloji patentine sahiptir.
Şirketin en yeni 3D yazıcısı F3300, hız ve maliyet açısından önemli iyileştirmeler sunar. Artırılmış taşıma (gantry) hızları, daha hızlı ekstrüzyon oranları ve zaman tasarrufu sağlayan otomatik kalibrasyon sayesinde verimlilik artar. Bu makine, son kullanıcı parça üretimi için tasarlanmıştır ve aynı zamanda prototipleme için de kullanılabilir.
(SSYS )
902,6 milyon dolar piyasa değerine sahip Stratasys hisseleri şu anda hisse başına 13,05 $’dan işlem görmekte ve yılbaşından bu yana %8,61 düşüş kaydetmiştir (YTD). Şirket, son on iki ayda (TTM) 630,52 milyon $ gelir elde etmiş, EPS (TTM) -1,61 ve P/E (TTM) -8,10 olarak raporlamıştır.
#2. 3D Systems
Katmanlı imalat sektöründe tanınmış bir isim olan 3D Systems, donanım ve yazılımdan malzemelere kadar geniş bir 3D baskı çözümü yelpazesi sunar ve sağlık, uzay, savunma, otomotiv, tüketim malları ve genel imalat gibi sektörlere hizmet verir.
3D Systems’in teknolojileri arasında Doğrudan Metal Baskı, Seçici Lazer Sinterleme, MultiJet Baskı, ColorJet Baskı, Stereolitografi (SLA) ve SLA tabanlı biyobaskı yer alır.
Geçtiğimiz yılın sonlarında, şirket, Basel Üniversitesi Hastanesi’nde bir kranioplasti sırasında başarıyla kullanılan hasta-özelleştirilmiş 3D baskılı kranial implantı duyurdu. 3D baskılı kranial implantların kullanımının bu on yılın sonuna kadar 2,1 milyar $’lık bir pazar büyüklüğüne ulaşması bekleniyor.
(DDD )
677,845 milyon dolar piyasa değerine sahip 3D Systems Corp hissesi şu anda 5,08 $’dan işlem görmekte ve yılbaşından bu yana %20 düşüş kaydetmiştir (YTD). Şirket, son on iki ayda (TTM) 505,95 milyon $ gelir elde etmiş, EPS (TTM) -0,74 ve P/E (TTM) -6,85 raporlamıştır.
#3. GE Additive
Teknoloji devi General Electric’in bir bölümü olan GE Additive, farklı pazar segmentlerindeki şirketlerin yenilik yapabilmesi için kapsamlı bir yazıcı, tüketim malzemeleri ve yazılım çözümleri yelpazesi sunar.
Geçtiğimiz ay, şirket Avrupa’nın en büyük katmanlı imalat (AM) fuarında metal bağlayıcı jet teknolojisini sergiledi. Bunun için GE Additive, sadece uzay sektörünün ötesine geçmek amacıyla yeni bir sektör olan tıpla çalışıyor. Bağlayıcı jetlerle şirket, “tedarik zinciri sorunu yaşamanız durumunda ikincil bir üretim yöntemi” sunmayı hedefliyor.
(GE )
141,4 milyar dolar piyasa değerine sahip General Electric Co hisseleri şu anda 129,93 $’dan işlem görmekte ve yılbaşından bu yana %1,8 artış kaydetmiştir (YTD). Şirket, son on iki ayda (TTM) 67,95 milyar $ gelir elde etmiş, EPS (TTM) 8 ve P/E (TTM) 16,24 raporlamıştır. GE ayrıca %0,25 temettü verimi ödemektedir.
Son Düşünceler
Araştırmanın erken aşamalarında olmasına rağmen, nanoskobik 2D baskı ve katmanlı imalat alanı hızlı bir şekilde ilerliyor. Görüldüğü gibi, daha hızlı ve daha ucuz baskı teknikleri geliştirilmekte ve nanoskobik metal baskıyı ölçeklenebilir ve ticari olarak uygulanabilir kılmaktadır.
Maliyet ve malzeme sınırlamaları gibi konular üzerinde yeni araştırmalar devam ettikçe, giriş engellerini ortadan kaldıran ve kişiselleştirilmiş, sürdürülebilir ürün tasarımları üreten yeni çözümler ortaya çıkacak. Bu, tekniklerin tıp, moda, tüketici ürünleri, ileri elektronik ve daha birçok alanda yaygın olarak kullanılmasına yol açacak; nihayetinde nano destekli cihazların gerçek dünyada kullanılma olasılığını önemli ölçüde artıracak ve 3D baskıyı pazarlanabilir hâle getirecek.
