Belirli Bilimsel Ekipmana Erişiminiz Yok mu? Endişelenmeyin – Katmanlı Üretimle Yazdırın

Bilimsel ekipmana olan ihtiyaç tüm dünyada artıyor. Bir tahmine göre, küresel bilimsel enstrüman pazarının büyüklüğü 2022’de 28 milyar ABD dolarının biraz üzerinde iken 2028’de 34 milyar ABD dolarının üzerine çıkacak ve %3,2 yıllık bileşik büyüme oranına (CAGR) sahip olacak. 

Farklı tipteki bilimsel ekipmanlar, insan hatası riskini azaltarak ve yinelemeli süreçleri otomatikleştirerek bilimsel gelişimi hızlandırmaya yardımcı olur. Bu, bilim insanlarının kavramlar ve çözümler üzerinde fikir üretmek için zaman kazanmasını sağlar.

Technology Networks’ın CEO’su Mikael Hagstroem’e göre, bir laboratuvar çalışanının zamanının %70’i idari görevler, hazırlık çalışmaları, veri bulma ve temizleme ya da raporlama gibi işlemlerde boşa harcanabilir.

Bilimsel enstrümanlar çok zaman tasarrufu sağladığı ve bir süreci etkili bir şekilde kolaylaştırdığı için, belirli bir bilimsel ekipmana doğru zamanda erişemek hayal kırıklığı yaratabilir. Ancak günümüzde bu tür bir erişilebilirlik konusunda şikayet edecek pek az neden var.

Katmanlı üretim, yaygın olarak 3D baskı olarak bilinir ve kurtarıcı olmuştur. Katmanlı üretimin belirli bilimsel ekipmanlara erişimi nasıl sağladığını önümüzdeki bölümlerde ayrıntılı olarak inceleyeceğiz. Ancak daha derine inmeye başlamadan önce, katmanlı üretim ya da 3D baskının ne olduğuna hızlı bir bakış atalım!

Katmanlı Üretim Nedir?

MIT Sloan School of Management tarafından yayınlanan katmanlı üretim üzerine ilgili bir açıklama, MIT Sloan School of Management, şöyle tanımlıyor: ‘bir nesneyi katman katman oluşturarak yaratma süreci. Katmanlı üretimin tersine, çıkarıcı üretimde bir nesne, malzemenin katı bir bloğu kesilerek son ürün tamamlanana kadar oluşturulur.’

Genel olarak, katmanlı üretim süreci üç adımlı bir sıralamayı izler, ki bu şu şekildedir: 

• İlk olarak, laboratuvarda bir tasarım oluşturulur. Bu, Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD) ve benzeri yazılımlar kullanılarak yapılabilir. Ya da doğrudan yazdırmak istediğiniz bir nesneyi tarayabilirsiniz.
• İkinci adım, yazılımın tasarımı adım adım katmanlı bir çerçeveye dönüştürmesidir; bu çerçeve katmanlı üretim ya da 3D baskı makinesi tarafından izlenecektir.
• Son adım, ki bu süreç 3D baskı olarak adlandırılmasının da nedeni, katmanlı çerçeveyi bir 3‑D yazıcıya göndererek nesnenin hemen üretimine başlamaktır. 

Katmanlı üretim ya da 3D baskı, polimerler, metaller, seramikler, köpükler, jeller, biyomalzemeler ve daha fazlası dahil olmak üzere çok çeşitli malzeme tipleriyle uyumludur. 

MIT’de malzeme bilimi ve mühendisliği doktora adayı Arvind Kalidindi’ye göre:

“İki parçayı yerel olarak birleştirmenin bir yolunu bulduğunuz sürece, onu 3‑D baskı yapabilirsiniz.”

Bu çok yönlülük ve neredeyse evrensel uyumluluk, 3D baskı ya da katmanlı üretimi belirli bilimsel ekipmanların üretimi için uygun kılar. Şimdi aşağıda bazı örneklere göz atacağız: 

3D Baskılı Taşınabilir Kütle Spektrometresi Bileşenleri ve Daha Fazlası

Kütle Spektrometresi, kimyasal maddeleri tanımlayabilen bir cihazdır. Kütle spektrometreleri, suç sahalarından jeolojik araştırmalara kadar çeşitli uygulama alanlarında kullanılır; birçok amaca hizmet eder. 

MIT’den bir araştırmacı grubu, kütle spektrometresinin temel bileşeni olarak çalışan bir 3D baskılı kütle filtresi geliştirdi. Dörtlü (quadrupole) olarak bilinen bu miniaturize filtre, geleneksel muadillerine göre oldukça daha hafif ve ucuzdur. Isıya dayanıklı cam‑seramik, reçine gibi malzemelerden üretilen ticari sınıf kütle filtreleri 100.000 ABD dolarının üzerinde bir maliyete sahipken, bu katmanlı üretimden elde edilen kütle filtreleri sadece birkaç dolar tutar ve saatler içinde üretilebilir. 

MIT Microsystems Technology Laboratories’tan baş araştırma bilim insanı Velasquez‑Garcia’ya göre, “Diğer miniaturize dörtlü filtreler de var, ancak bunlar profesyonel sınıf kütle filtreleriyle karşılaştırılamaz. Boyut ve maliyet daha küçük olabilirse, performansı olumsuz etkilemeden bu donanım için birçok olasılık var.”

Yukarıda belirtilen örnek, alandaki en son başarıların birisi olmakla birlikte, benzer örnekler bilim ve teknoloji AR‑Gİ alanında daha önce de kaydedilmiştir. Örneğin, McGill Üniversitesi araştırmacıları bir çip‑üzerinde‑laboratuvar tanı teknolojisi geliştirdi; bu teknoloji birçok laboratuvar cihazının kullanımını ortadan kaldırır ve miniaturize teknolojiler olarak işlev görür. Çip, 3D baskı kullanılarak 30 dakikada üretilebilir. Raporlar, bu çözümün sağlık profesyonellerine “bakım noktasında doğrudan belirli ihtiyaçlara yönelik özelleştirilmiş çözümler” oluşturma yeteneği sağlayarak güçlendirebileceğini gösteriyor. 

MIT araştırmacılarının bir başka ekibi, çoklu malzeme 3D baskı kullanarak kendi kendini ısıtan akışkan cihazlar oluşturdu; bu cihazlar yerleşik ısıtma elemanlarına sahiptir. Bunlar, akışkanları manipüle edebilen ve kimyasal reaksiyonları kolaylaştırabilen miniaturize makineler. Aynı anda çalışan birkaç yüksek kapasiteli büyük makine yerine, bu teknoloji kan ya da sıvı örneklerinin çok küçük miktarlarında hastalıkları tespit edebilir. 

Uzak Bir Konumdan Bilimsel Ekipmanlara Erişim

3D baskı ile bilimsel ve laboratuvar ekipmanları, fiziksel/coğrafi mesafenin getirdiği kısıtlamaları ortadan kaldırmaya da yardımcı oldu. Önceden, 3D yazıcıların siteye eğitimli bir 3D baskı operatörü gerektirdiği bir durum vardı. Ancak COVID‑19 pandemisinin başlangıcıyla birlikte, katmanlı üretim alanında uzaktan çalışmayı mümkün kılan çözümler ortaya çıktı.

Örneğin, MakerBot CloudPrint, mühendislik ekiplerinin uzaktan ya da farklı konumlardan etkili bir şekilde çalışabilmesi için bir çözüm geliştirdi. Bulut tabanlı 3D baskı platformu, birden fazla konumda varlığı olan ekipler için sorunsuz bir iş akışı sunar. Birden fazla konumda çalışan mühendisler, bu 3D yazıcılarla tarama ve 3D baskılarını doğrudan bir tarayıcıdan hazırlayarak etkili bir şekilde iş birliği yapabilir.

Cihaz, yerleşik kuyruklama ve izleme özelliklerine sahiptir ve kullanıcıların herhangi bir yerden bağlı MakerBot yazıcılara erişim eklemesine, izlemesine ve kontrol etmesine olanak tanır. Ayrıca baskı ilerlemesini merkezi olarak izlemek ve takip etmek için bir gösterge paneli bulunur. Canlı kamera akışları, baskı işleriyle ilgili en son durum güncellemelerini almayı sağlar. 

Bu ve benzeri çözümler, birçok bilimsel ekipman üreticisi için iş akışını sorunsuz, kesintisiz ve maliyet‑etkin hâle getirmiştir. 

Katmanlı Üretim/3D Baskıdan Yararlanan Bilimsel Ekipman Üreticileri Türleri

Uzay araştırma ekipmanları üreticileri, katmanlı üretim ya da 3D baskıdan önemli ölçüde fayda sağlayacak bir segmenttir. Bilimsel araştırmalar, uzay keşif projelerinin araştırmacılara sunduğu aşırı koşullarda kütle malzemelerini ölçmek için 3D baskılı laboratuvar ekipmanları inşa etmenin bir yolunu göstermiştir. 

2022’de, Nature Dergisi bir çalışmadan bahsetti; burada nanofluidlerin yüzey gerilimini ölçmek için 3D baskılı bir cihaz geliştirilmişti. Ölçüm sonucu ticari cihazlarla karşılaştırılabilir bir seviyedeydi. 

Çalışma ayrıca, malzeme ekstrüzyonlu 3D baskı yöntemiyle ölçüm aletleri kullanarak aşırı koşullarda kütle malzemelerin seçilmiş mekanik‑fiziksel özelliklerini ölçme olasılıklarını da araştırdı. 

Katmanlı üretim ya da 3D baskıdan fayda sağlayan bir diğer bilimsel ekipman üreticisi türü elektronik alanındadır. lazer‑tabanlı katmanlı üretim süreçlerinin hassasiyeti, mikroelektromekanik sistemlerin oluşturulmasına yardımcı olur. Bu süreçte ivmeölçerler ve jiroskoplar gibi karmaşık bileşenler geliştirilebilir. 

Eğitim enstrümanları üretimi, katmanlı üretimden verimli bir şekilde yararlanabilecek bir diğer alandır. Öğrencilerin hassas mühendislik donanımları ve endüstri sınıfı malzemelerle deney yapmalarına yardımcı olan 3D yazıcılar mevcuttur. 

Bu tesislerin ortak bazı özellikleri, tek bir platformda çeşitli hammadde türleriyle çalışabilme yetenekleridir. Kullanımı güvenlidir ve çok az ya da hiç kişisel koruyucu ekipman gerektirmez. Katmanlı üretim cihazları, kolay ve sorunsuz kontrol ve izleme için yerleşik yazılımlarla birlikte gelir. 

Birçok şirket, çeşitli endüstriler için katmanlı üretim ya da 3D Baskıyı kolaylaştırıyor. Şimdi bu şirketlerden bazılarına göz atacağız.

#1. Markforged

Markforged, endüstriyel 3D yazıcı makineleri, metaller, sürekli fiber ve kompozitler gibi yüksek performanslı malzemeler ve iş akışını iyileştiren kurumsal yazılım dahil olmak üzere katmanlı üretim çözümleri sunan kapsamlı bir yelpazeye sahiptir. 

Markforged, metal 3D yazıcılar, endüstriyel kompozit 3D yazıcılar ve masaüstü kompozit 3D yazıcılar olmak üzere üç tip 3D yazıcı sunar. Bu çözümler, havacılık, otomotiv, tüketici paketli ürünler, eğitim ve araştırma, elektronik üretimi, enerji, federal ve savunma, endüstriyel ekipman, tıp vb. sektörlerde kullanılmaktadır. 

Markforged’in en popüler ürünlerinden biri, şirketin yeni nesil endüstriyel kompozit 3D yazıcısı FX10’dur. Cihaz, bir vizyon modülü ve lazer mikrometresi, hızlı yükleme ve az kullanıcı müdahalesi için gelişmiş bir malzeme odası, 7 inç dokunmatik ekran ve 60°C’ye kadar ısıtılan bir yapı odası içerir. 

Markforged, Mart 2023’te dördüncü çeyrek ve 2022 tam yıl sonuçlarını açıkladı. Şirket, 2022’nin dördüncü çeyreğinde gelirini %11 artırarak 29,7 milyon dolar elde etti; bu, 2021’in aynı çeyreğinde 26,6 milyon dolardı. Tam yıl geliri, 2021’de 91,2 milyon dolar iken 2022’de %11 artarak 101,0 milyon ABD dolarına yükseldi. Ancak brüt kar, 2021’de 52,9 milyon dolar iken 2022’de %4 azalarak 50,7 milyon dolar oldu.

#2. Hewlett Packard

Herkese 3D baskı sunmaya büyük yatırımlar yapan bir diğer büyük ölçekli teknoloji şirketi Hewlett‑Packard (HP) dir. HP’nin 3D baskı çözümleri, havacılık, tüketici malları ve elektronik, eğitim, sağlık ve tıp, endüstri, imalat hizmetleri, kalıplanmış lif, ortotik ve protez, ulaşım ve otomotiv gibi birçok sektörde kullanılmaktadır. Bu uygulama alanlarından biri, belirli bilimsel ekipmana erişim gerektiren Eğitimdir. HP’nin çoklu jet füzyon teknolojisi, mühendislikten mimariye kadar eğitim/araştırma kurumları içinde birden çok disiplin boyunca parça ve fonksiyonel prototipler inşa etmeye yardımcı olur. 

HP’nin Jet Fusion 3D baskı çözümleri, geliştirme laboratuvarları, katmanlı üretim laboratuvarları, üniversite hizmet büroları ve hastane/tıp 3D laboratuvarları gibi temel ve ileri düzey 3D laboratuvar araştırmalarına yardımcı olur.

HP, 21 Kasım 2023’te Mali 2023 tam yıl ve dördüncü çeyrek sonuçlarını duyurdu. HP Inc. (HPQ ) ve bağlı şirketleri (“HP”), önceki yıl dönemine göre %15 (sabit döviz cinsinden %12) azalarak 53,7 milyar dolar net gelir kaydetti. Dördüncü çeyrek net geliri ise önceki yıla göre %6 (sabit döviz cinsinden %5) azalarak 13,8 milyar dolar oldu.

#3. Formlabs

Formlabs, 2011 yılında üç MIT mezunu tarafından, endüstriyel ve profesyonel parça kalitesine uygun, uygun fiyatlı ilk 3D yazıcıyı inşa etme misyonuyla kuruldu. O zamandan beri şirket, dünya çapında profesyonel stereolitografi ve seçici lazer sinterleme 3D yazıcıların en büyük tedarikçilerinden biri haline geldi. 

Formlabs portföyü, uygun fiyatlı, endüstriyel kalite masaüstü 3D yazıcılar, büyük format 3D yazıcılar ve sağlık sektörü için gelişmiş masaüstü 3D yazıcıların bir karışımını içerir. Yazıcıları, prototipleme ve son kullanım parçaları üretimi için 20’den fazla fonksiyonel reçineyle çalışabilir. Ayrıca en az altı yüksek performanslı endüstri sınıfı malzeme ile uyumludur; bunlar arasında nylon 11, nylon 12, TPU, polipropilen, cam ve karbon dolgulu nylon kompozitleri bulunur. Yazıcılar, sadece PU reçinelerin nem kontrolü için kuru bir kabin gerektirdiği dış ortam koşullarında çalışabilir. Ayrıca, hava ortamında ve azot atmosferinde, geliştirilmiş malzeme özellikleri ve daha düşük yenileme oranları için iyi çalışır.

According to2021’de yayınlanan raporlar, şirket, SoftBank Group’un Vision Fund 2 tarafından liderlik edilen 150 milyon ABD dolarlık bir finansman turunun ardından değerlemesini 2 milyar ABD dolarına ikiye katladı. Bu öncesinde, şirket Ağustos 2018’de New Enterprise Associates (NEA) tarafından 15 milyon dolar yatırım alarak 1 milyar doların üzerinde bir değerlemeye sahipti.

Katmanlı Üretim: Bilimsel Araştırma Alanında Oyun Değiştirici

Bilimsel araştırmalar, son teknoloji makineler gerektirir; ancak bu makineler yüksek maliyetli olup genellikle araştırma kurumları ve bağımsız araştırmacıların erişiminin ötesindedir. Bu bağlamda, 3D baskı ya da katmanlı üretim bir nimet olarak görülür; çünkü geliştirmesi kolay ve düşük maliyetlidir. Ayrıca, ticari cihazlarla karşılaştırılabilir bir hassasiyete sahiptirler; bu cihazlar çok daha pahalıdır ve genellikle büyük ölçekli şirketler ve kurumlar tarafından karşılanabilir.

Ayrıca, katmanlı üretim lojistik tarafından ortaya çıkan zorlukları da çözer. Bu, belirli bir zamanda tam olarak gereken bilimsel ekipmanı temin etmenin maliyetli ve zaman alıcı bir süreç olabilmesi nedeniyle kritiktir. Bu bağlamda, 3D baskı da bu sorunu çözmeye yardımcı olur.

Ayrıca, bilimsel ekipmanın fiziksel yönlerini düşündüğümüzde, genellikle ağır ve karmaşık olmaları ve zor yerlere taşınmaya elverişsiz olmaları, faydaları daha da netleştirir. Uzay keşifleri ve jeolojik araştırma senaryolarında gördüğümüz gibi, taşınabilir 3D yazıcılar ve ham maddeleri bu yerlere taşıyarak ekipmanı sahada geliştirmek faydalıdır.

Tüm bu faktörler, katmanlı üretimin bilimsel ekipmana erişimi sadece daha uygun maliyetli değil, aynı zamanda sorunsuz bir süreç haline getiren yeni bir ufuk açtığını göstermektedir.

En iyi 3D baskı ve katmanlı üretim hisse senetleri listesi için buraya tıklayın.