Araştırmacılardan Ütü Tekniğiyle 3B Baskıda Renk ve Doku Kontrolü

3B baskı teknolojisi, özelleştirilmiş cihazların üretimi için inanılmaz olanaklar sunuyor. Ancak çoklu malzeme kullanan mevcut 3B yazıcılar, farklı renk ve dokular oluşturmak için birden fazla nozul arasında geçiş yapmak zorunda. Bu da zaman kaybına ve malzeme israfına yol açıyor. MIT ve Delft Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları, ısıya duyarlı malzemeler kullanarak tek adımda çoklu renk, ton ve dokuya sahip nesneler basabilen daha verimli bir teknik geliştirdi.

Hız ayarlı ütüleme adı verilen bu yöntem, çift başlıklı bir 3B yazıcı kullanıyor. İlk başlık, ısıya duyarlı filamenti bırakırken, ikinci başlık basılan malzemenin üzerinden geçerek ısı kullanarak opaklık veya pürüzlülük gibi belirli tepkileri etkinleştiriyor. İkinci başlığın hızını kontrol ederek, araştırmacılar malzemeyi belirli sıcaklıklara kadar ısıtabiliyor ve ısıya duyarlı filamentlerin rengini, tonunu ve pürüzlülüğünü hassas bir şekilde ayarlayabiliyor. Önemli olan, bu yöntemin herhangi bir donanım değişikliği gerektirmiyor olması.

Hız Ayarlı Ütüleme Tekniği

Araştırmacılar, “ütüleme” başlığının hızı temelinde, malzemeye ne kadar ısı transfer edeceğini tahmin eden bir model geliştirdi. Bu modeli, renk, ton ve doku özelliklerini karşılayan baskı talimatlarını otomatik olarak üreten bir kullanıcı arayüzü için temel olarak kullandılar. Bu teknik, 3B baskı süreçlerinde devrim yaratma potansiyeline sahip. Hız ayarlı ütüleme ile, basılı bir nesne üzerindeki rengi değiştirerek sanatsal efektler yaratılabilir. Ayrıca ellerinde güçsüzlük olan bireyler için kavraması daha kolay dokulu tutamaklar üretilebilir.

Çalışmanın yazarlarından Mustafa Doğa Doğan, “Günümüzde birkaç mürekkebin akıllıca kombinasyonunu kullanarak bir dizi ton ve doku üreten masaüstü yazıcılara sahibiz. Aynı şeyi bir 3B yazıcı ile yapabilmek istiyoruz; sınırlı sayıda malzeme kullanarak 3B baskılı nesneler için çok daha çeşitli özellikler yaratmak istiyoruz” diyor. Bu proje, TU Delft’te yardımcı doçent olan Zjenja Doubrovski ve MIT Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü’nde TIBCO Kariyer Geliştirme Profesörü ve MIT Bilgisayar Bilimleri ve Yapay Zeka Laboratuvarı (CSAIL) üyesi olan Stefanie Mueller’in araştırma grupları arasında bir iş birliği.

Sıcaklık Kontrolü için Hız Modülasyonu

Araştırmacılar, tek bir malzemeyle çok özellikli 3B baskı elde etmenin daha iyi yollarını araştırmak için projeyi başlattı. Isıya duyarlı filamentlerin kullanımı umut vericiydi, ancak mevcut yöntemlerin çoğu baskı ve ısıtma için tek bir başlık kullanıyor. Yazıcı, malzemeyi bırakmadan önce başlığı her zaman istenen hedef sıcaklığa ısıtmak zorunda.

Ancak, başlığı ısıtmak ve soğutmak uzun zaman alır ve başlık daha yüksek sıcaklıklara ulaştıkça başlıktaki filamentin bozulma tehlikesi vardır. Bu sorunları önlemek için ekip, malzemenin bir başlıkla basıldığı ve ardından yalnızca yeniden ısıtan ikinci, boş bir başlıkla etkinleştirildiği bir ütüleme tekniği geliştirdi. Araştırmacılar, malzeme tepkisini tetiklemek için sıcaklığı ayarlamak yerine, ikinci başlığın sıcaklığını sabit tutuyor ve basılı malzemenin üzerinden, katmanın üstüne hafifçe dokunarak hareket ettiği hızı değiştiriyor.

AlAlawi, “Hızı ayarladıkça, ütülediğimiz basılı katmanın farklı sıcaklıklara ulaşmasını sağlıyoruz. Parmağınızı bir alevin üzerinden geçirdiğinizde olanlara benziyor. Hızlı hareket ettirirseniz, yanmayabilirsiniz, ancak alevin üzerinden yavaşça sürükleseniz, parmağınız daha yüksek bir sıcaklığa ulaşacaktır” diyor. MIT ekibi, ikinci başlığın malzemeyi belirli bir sıcaklığa ısıtmak için ne kadar hızlı hareket etmesi gerektiğini tahmin eden teorik modeli geliştirmek için TU Delft araştırmacılarıyla iş birliği yaptı.

Hız Ayarlı Ütüleme Tekniği ile Daha Hızlı Üretim

Model, basılı nesnede belirli renkler, tonlar veya dokular elde etmek için tam başlık hızını belirlemek üzere bir malzemenin çıktı sıcaklığını ısıya duyarlı özellikleriyle ilişkilendiriyor. AlAlawi, “Elde ettiğimiz sonuçları etkileyebilecek birçok girdi var. Çok karmaşık bir şeyi modelliyoruz, ancak sonuçların ince taneli olduğundan da emin olmak istiyoruz” diyor.

Ekip, modellerine dahil ettikleri bir dizi benzersiz malzeme için uygun ısı transfer katsayılarını belirlemek için bilimsel literatürü araştırdı. Ayrıca, fanlar tarafından dağıtılabilecek ısı ve nesnenin basıldığı odadaki hava sıcaklığı gibi bir dizi öngörülemeyen değişkenle de mücadele etmek zorunda kaldılar. Modeli, bilimsel süreci basitleştiren, bir üreticinin 3B modelindeki pikselleri nesnenin çift başlıklar tarafından basıldığı ve ütülendiği hızı kontrol eden bir dizi makine talimatına otomatik olarak çeviren kullanıcı dostu bir arayüze dahil ettiler.

Yaklaşımlarını üç ısıya duyarlı filamentle test ettiler. İlki, ısıtıldıkça genişleyen parçacıklara sahip köpüren bir polimer, farklı tonlar, saydamlıklar ve dokular veriyor. Ayrıca, her ikisi de giderek koyulaşan tonlar üretmek için kömürleşebilen odun lifleriyle dolu bir filament ve mantar lifleriyle dolu bir filamentle de deneyler yaptılar. 3B baskı işlemi için kullanılan bu filamentler sayesinde ürünler istenen özelliklere kavuşur.