Bir 3D yazıcının anatomisi ve 3D yazıcılar nasıl çalışır ?

   Kişisel 3D yazıcılar , günümüzün en merak edilen popüler teknoloji konularından bir tanesi. Özellikle genç ve teknolojiye meraklı pek çok insanın aklında 3D yazıcı sahibi olma veya 3D baskı yoluyla fikirlerini hayata geçirme arzusu var. Bu noktada insanlar , "acaba bu teknoloji benim beklentilerimi karşılar mı ?" , sorusuyla karşımıza çıkıyorlar. Bu soruya yanıt verebilmek için 3D yazıcıların nasıl çalıştığını bilmek gerekir. Çalışma prensibini tam analiz edebilmek için de 3D yazıcıyı oluşturan elementleri bilmek gerekir.

    Geçenlerde internette bu konuyla ilgili güzel bir yazı ilişti gözüme. Sizlerle ve özellikle 3D baskı ve yazıcılar dünyasına yeni adım atanlar için faydalı olacağını düşündüğüm için aşağıda paylaşıyorum.

Mekanik Bileşenler:

   Baskı Tablası:

• Baskı tablası objenizin üzerine inşa edildiği yüzeydir. Genellikle cam bir yüzeyden veya alüminyumdan imal edilir ve ısıtıcı elementlerle donatılmıştır. Bazı durumlarda yüzeyde plastiğin zemine tutunmasını kolaylaştıran özel bir kaplama malzemesi olabilir (Buildtak benzeri)

Baskı Plakası

   Isıtmalı/Isıtmasız :

• Çoğu baskı plakası yazdırma esnasında kıvrılmayı önlemek için ısıtmalıdır. Plastik soğurken termal çekmeden dolayı kıvrılabilir. Bu durumda basılan parçanın zemini yüzeye kenarlardan tutunamayacak ve yukarı doğru kıvrılacaktır. Isıtmalı baskı plakaları baskının başladığı ilk tabakaların yeraldığı baskı plakası zeminini sürekli ısıtarak bu soğuma kaynaklı kıvrılmayı önlerler. Ayrıca bakınız: Mahfazalar , baskı yüzeyleri ...
• Bazı yazıcıların ısıtmalı baskı plakaları yoktur. Bu nedenle bu tarz yazıcılar kısıtlı sayıda materyal tipiyle baskı almaya uygundurlar. Örneğin kıvrılmanın çok az yaşandığı PLA ve PET gibi malzemeler böyle yazıcılar için idealdir.

Baskı Yüzeyleri :

• ​Baskı yüzeylerinin , yazdırma esnasında plastiğin yüzeye tutunmasına yardımcı olmaları ve yazdırma sonunda parçanın kolayca yüzeyden ayrılmasını sağlayacak yapıda olmaları gerekir. Piyasada çok çeşitli baskı yüzeyleri mevcuttur. Çoğu yazıcı beraberinde bu tarz baskı yüzeyleriyle gelirler (Buildtak veya PEI film). Fakat çoğu durumda kullandığınız plastiğe uygun bir zemin seçmeniz gerekecektir.

Filament :

• Filament , yazıcınızın kullandığı hammaddedir. Ve makaralara sarılı halde temin edilirler. Yazıcılar iki farklı çapta filament kullanırlar: 1.75mm ve 3mm . Filamentler çok değişik hammadde kombinasyonlarında temin edilebilirler.

Ekstruder :

• Ekstruder , yazıcının kalbidir denilebilir. Plastik burada eritilerek baskı yüzeyine serilmek üzere çıkartılır. Özel tasarıma sahip bir "Sıcak Tutkal Tabancası" gibi çalışır. Hacimce küçüktür , fakat yazıcı üzerinde tüm teknolojinin yoğunlaştığı bir noktada yeralır. Ekstruder "sıcak uç" ve "soğuk uç" olmak üzere iki kısımdan oluşur."Soğuk uç"ta yeralan bir motor , filamenti makaradan çekerek ekstruder'a doğru sevk eder."Sıcak uç"ta filament eritilir ve katmanlar halinde serilmek üzere nozzle'dan çıkartılır.

Doğrudan Tahrikli veya Bowden Tipi Ekstruder'lar :

• Doğrudan tahrikli yazıcılarda soğuk uç ve sıcak uç aynı bölgede üst üste konumlandırılmıştır. Filament soğuk uçtan girer ve sıcak uçtan eriyerek çıkar.
• Bowden türündeyse soğuk ve sıcak uçlar birbirlerinden ayrılmıştır.Soğuk uç , yazıcının gövdesinde bir yere sabitlenmiştir. Filament , Bowden tüpü adı verilen bir plastik boru kanalıyla sıcak uca doğru sevk edilir. Bu , ekstruder'ın hafiflemesi ve daha rahat hareket etmesi anlamına gelir.

Yivli kasnak :

• Bu kasnak filamenti yakalayarak sıcak uca doğru sevk eder.

Yivli Dişli

Gezen Kasnak :

• Gezen kasnak aslında küçük bir rulmandır ve yay gücüyle filamenti yivli kasnağa doğru bastırır. Çoğu yazıcıda yay basıncını ayarlamak mümkündür. Bu sayede filament , yivli kasnak tarafından ne çok sıkı ne de gevşek tutulmuş olur.

Sıcak uç - Metal veya PEEK/PTFE :

• Bünyelerinde izolasyon malzemesi bulundurmadıklarından metal ekstruderlar , çok daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilirler. Bu nedenle çok değişik malzemeleri bu ekstruderlarda kullanmak mümkündür. Ancak , aktif bir soğutma işlemine gerek duyarlar.

Sıcak uç - Soğutucu ızgara / Sıcak uç fanı :

• Bunlar , sıcaklığın yukarılara sirayet edip , plastiği zamanından önce erimesini önleyerek , filamentin sevkini kolaylaştırırlar.
• Plastiğin erken erimesi sıklıkla nozzle tıkanmasına neden olabilir. Özellikle PLA gibi düşük ısılarda eriyen plastiklerde soğutma ızgaraları ve fanı çok önemlidir. Sıcak uç ısındığı zaman fan mutlaka çalışır vaziyette olmalıdır.

Soğutucu ızgara

Isıtıcı Kartuş :

• İsminden de anlaşılacağı üzere plastiği ısıtan elemandır. Temelde basit bir yüksek dirençli elemandır. Hemen hemen tüm yazıcılarda kartuş tipi (fişek) ısıtıcı kullanılır. Fakat bazı eski tip yazıcılarda , ekmek kızartma makinalarındakine benzer sistemde , bir telin halkalar şeklinde sarılmış hali ısıtıcı olarak kullanılabilir. Eğer ısıtıcı kartuşunuzu değiştirmeyi düşünüyorsanız sisteminizin hangi voltajda çalıştığından emin olun: 12 V veya 24V 

Isıtıcı

Termistör/Termokuple/RTD :

• Bunlar sıcak ucun sıcaklığını belirlemek için kullanılan değişik tiplerdeki sensörlerdir. Aslında birer elektronik termometredirler. Termistörler en yaygın kullanılan tip sensördürler. Fakat bazı yazıcılarda aşırı yüksek sıcaklıklara dayanabilen termokuple sensörleri de kullanılır.

Termistör

Nozzle :

• ​Nozzle , erimiş plastiğin ucundaki delikten dışarı çıktığı basit bir elemandır. Nozzle'lar değiştirilebilirler ve değişik ebatlarda bulunabilirler. 0.4 mm olanları genelde çok kullanılırlar. Eğer daha hassas baskılar istiyorsanız 0.4 mm'den küçük deliği olan nozzle'lardan kullanabilirsiniz. Veya hızlı yazdırmak istiyorsanız nozzle delik çapını daha büyük seçebilirsiniz. Nozzle'lar zaman zaman tıkanabilirler. Bu durum 3D yazıcılarda sıklıkla karşılaşılabilen bir durumdur.

Nozzle

Katman soğutucu fan :

• Nozzle tarafından katmanlar halinde serilen erimiş plastik , bir fan tarafından hızlı bir şekilde soğutulur. Bu sayede basılan nesnenin şekil almasına yardımcı olunur. Hangi türde plastikle çalıştığınıza bağlı olarak bu fanı çalıştırıp çalıştırmama kararı sizindir. Bu fan , sıcak ucu soğutan fanla karıştırılmamalıdır. Sıcak uç fanı basılan nesneyi soğutmaz .

Katman soğutucu fan

Hareket Kontrolu - X,Y,Z eksenleri :

Delta / Kartezyen :

• Kartezyen yazıcıları ,  X,Y ve Z eksenlerinin herbirinde bir veya iki hareket motoru barındırır. İsmini kartezyen koordinat sisteminden almıştır. Kare veya dikdörtgenimsi baskı alanları vardır ve bu tarz yazıcılar genelde küp şeklindedir.
• Delta yazıcılarda ekstruder'ı baskı alanının ortasında tutmaya yarayan üç kol bir araya gelmiştir. delta yazıcılar da kartezyen koordinat sisteminde çalışmalarına rağmen her eksenleri için birer hareket motoru bulunmaz. Ekstruderı taşıyan kollar koordineli bir biçimde hareket ederler.

Yivli miller ve vidalar :

• Bunlar genellikle yazıcıların Z eksenlerinde kullanılırlar. Dönerek , üzerlerindeki somunları aşağı yada yukarı yönde hareket ettirirler. Ucuz 3D yazıcılarda ekstra uzun civataların yivli miller yerine kullanılması mümkündür. Kaliteli 3D yazıcılarda krom kaplamalı yivli miller kullanılır ki bu durum Z ekseninde hareket kaçırmasını en aza indirir.

Yivli mil

Kayışlar :

• X ve Y eksenlerindeki hareket , motor mili üzerine takılı bir yivli kasnağa geçen triger kayış vasıtasıyla olur. Çoğu yazıcıda bu kayışı gerdirmek için özel aparatlar takılır.

Adımlı (kademeli) motorlar :

• DC motorların aksine adımlı veya kademeli motorlara akım verildiğinde kesintisiz bir dönme yerine kesintili bir dönme söz konusudur. Bu durum , motorların hareketleri kusursuz bir şekilde yönlendirmesini sağlar. Çoğu yazıcı bir devrinde 200 adım (kademe) bulunan NEMA 17 tarzı motorları kullanır.

Kademeli Motor

Çerçeve :

• ​Çerçeve veya tezgah herşeyi bir arada tutan elemandır. İlk çıkan yazıcılarda çerçeve için , kontraplaktan lazer yardımıyla kesilmiş plakalar kullanılırdı. Günümüzde yazıcılarda çerçeve malzemesi olarak metal levhalar , alüminyum profiller veya plastikler kullanılmaktadır. Bazı plastik çerçeve parçaları yazıcıdan çıktı olarak alınabilir. Çerçeve ne kadar sağlam olursa , yazıcının hareketleri de o kadar hassas olacaktır.

Mahfaza :

• 3D yazıcılarda mahfaza , genelde emniyet amaçlı tesis edilirler. Yazıcıda hareketli ve sıcak elemanlar vardır. Bunlardan korunmak bir mahfaza ile mümkündür. Yazıcı mahfazalarının bir diğer kullanım amacıysa kıvrılmaya hassas malzemelerin daha stabil çalışmaları için korunaklı bir hacim oluşturmaya çalışmaktır. 

Elektriksel Bileşenler:

Güç Kaynağı :

• Bu eleman , duvardaki prizden aldığı AC akımını yazıcınızda kullanan DC akımına dönüştürür. Bu esnada voltajı da ayarlar.
• ATX güç kaynakları : Bunlar bildiğimiz masaüstü PC'lerde kullanılan güç kaynaklarıdır. Oldukça güçlü ve kullanışlıdırlar. Ayrıca değişik voltajlarda akım sunabilirler(12V , 5V , 3.3V) .3D yazıcınızda bir PC güç kaynağı kullanabilirsiniz.
• Voltaj : Bazı yazıcılar 12V kullanırken diğerleri 24V kullanabilirler. Bu konu özellikle yazıcınızda eleman değişimi yapacağınız zaman dikkat etmeniz gereken bir durumdur.

Anakart :

• Anakart , yazıcının beynidir. Bilgisayarınız tarafından G-Code formatında gönderilen komutları alır ve işler. anakart bir mikro işlemci ve diğer bazı elemanları bünyesinde barındırır ve bu sayede yazıcınız bilgisayarınızla iletişimde olur. Sensörlerden gelen değerler de mikro işlemcide değerlendirilir , komuta dönüştürülür.

Anakart

Adım Sürücüler :

• ​Bu devreler , adımlı motorların çalışmasından sorumludur. Motorun adımlarını düzenler. Çoğu anakartta adım sürücü devreleri dahil olarak gelir. Bazılarında adım sürücü devreler sökülüp-takılabilir olarak gelir. Motora giden akımı kontrol ederek adım motorunun , Mikro Adım Kontrolu denilen bir teknikle , normalde yapabileceğinden daha fazla hareket kontrolu kazanmasını sağlar.

Adım Sürücü Devre

Kullanıcı Arayüzü :

• Bazı yazıcıların LCD ekranı vardır ve bilgisayara bağlanılmadan da kullanılabilirler. Bu ekranlar basit siyah-beyaz formatlı olabileceği gibi gelişmiş , WiFi özellikli ve renkli dokunmatik ekran da olabilir.

SD Kart Yuvası :

• Bazı yazıcıların SD kart girişi vardır. Bu sayede G-Code , yazıcıya bilgisayara ihtiyaç duyulmadan da aktarılabilir.

Limit Sviçleri (Herbir eksen için) :

• Limit sviçleri , yazıcının yönünü bulmasına yardımcı olurlar. Her eksenin başlangıç ve bitiş noktasını belirlerler. Bu sayede yazıcının hareketli elemanları her zaman ilk konumuna döndürülebilir. Çoğu yazıcıda mekanik limit sviçleri kullanılır. Fakat optik sviç kullananları da vardır.

Tablayı terazileme :

• Bazı yazıcıların tabla ve nozzle arasındaki mesafeyi otomatik olarak belirleyen mekanizmaları vardır. Bazılarında bu sistem yoktur , terazileme elle ayarlanarak yapılır.