Üç boyutlu baskı

1940-1950

3B baskı konsepti ilk olarak Murray Leinster [en] tarafından 1945 tarihli "Things Pass By" adlı kısa öyküsünde tanımlanmıştır: “Ama bu yapıcı (constructor) hem verimli hem de esnektir. Bu hareketli kola manyetronik plastikleri günümüzde evler ve gemiler yapmak için kullanılan malzemeyi besliyorum. Kol, foto-hücrelerle taradığı çizimleri takip ederek havada çizimler yapıyor. Ancak çizim kolunun ucundan plastik çıkıyor ve çıkarken sertleşiyor… yalnızca çizimleri takip ederek.”

Ayrıca Raymond F. Jones [en] tarafından, Astounding Science Fiction [en] dergisinin Kasım 1950 yılında yayımlanan "Mesleğin Araçları" adlı öyküsünde de tanımlanmıştır. Jones, öyküde buna "Moleküler püskürtme" adını vermiştir.

1971

1971 yılında Johannes F. Gottwald, Liquid Metal Recorder (Sıvı Metal Kaydedici) için ABD patenti 3596285A'yı aldı. Bu cihaz, yeniden kullanılabilir bir yüzey üzerinde çıkarılabilir metal üretim yapmaya yarayan sürekli mürekkep püskürtmeli bir metal malzeme cihazıydı. Üretilen bu metal yüzey ya doğrudan kullanılabiliyor ya da eritilerek tekrar baskıda değerlendirilebiliyordu. Bu, hızlı prototipleme ve talep üzerine kontrol edilen desen üretimiyle 3B baskıyı tanımlayan ilk patent olarak görünmektedir.

Patentin ifadesi şu şekildedir:

"Burada kullanılan “baskı” terimi dar anlamda değil, yazı yazmayı veya başka sembol, karakter ya da desen oluşturmayı da kapsar. Buradaki “mürekkep” terimi yalnızca boya ya da pigment içeren maddeleri değil, aynı zamanda semboller, karakterler veya bilgi desenleri oluşturmak için yüzeye uygulanmaya uygun herhangi bir akışkan madde ya da bileşimi ifade eder. Tercih edilen mürekkep türü sıcak eriyik (hot melt) tipidir. Buluşun gereklerini karşılayabilecek ticari olarak mevcut mürekkep bileşimlerinin kapsamı henüz bilinmemektedir. Ancak bu buluşa göre tatmin edici baskı, mürekkep olarak iletken metal alaşımı kullanılarak sağlanmıştır."

Bununla birlikte, bu denli büyük ve sürekli ekranlar için malzeme gereksinimleri, o dönemde bilinen oranlarda tüketilip boyut artışına bağlı olarak daha da yükseldiğinde, yüksek maliyet böyle bir sürecin ya da düzeneklerin yaygın kullanılmasını ciddi biçimde sınırlayacaktı.

Bu nedenle buluşun ek amacı, süreçte kullanılan malzeme miktarını en aza indirmektir.

Buluşun bir diğer amacı, süreçte kullanılan malzemelerin geri kazanılarak yeniden kullanılmasıdır.

Buluşun bir başka yönüne göre, yazı yazma veya benzeri bir işlem için tasarlanan bir kombinasyon, bir taşıyıcı üzerinde bilgi desenini görüntülemeyi ve desenin taşıyıcıdan silinmesini sağlayan bir düzeni içermektedir.

1974 yılında ise David E. H. Jones, New Scientist dergisindeki düzenli köşesi Ariadne'de 3B baskı kavramını ortaya koymuştur.

1980'ler

1980'li yıllarda ilk katkı üretim (additive manufacturing) ekipmanları ve malzemeleri geliştirildi. Buna rağmen 2010 yılından sonra adı daha fazla duyulmaya başlanmış ve günümüzde çok daha yaygın bir şekilde kullanılır hale gelmiştir. Yaygın kullanımın başlıca nedenleri arasında; medyada daha fazla yer almaya başlaması, birçok girişimci firmanın bu teknolojiye yatırım yapması, akademik çevrelerin ilgi göstermesi, teknolojinin birçok alanda getirdiği kolaylıklar ve avantajlar ile üretim maliyetlerinin düşmesi gösterilebilir. İlk üç boyutlu yazıcı 1984 yılında Chuck Hull ile birlikte 3D Systems [en] firması tarafından üretilmiştir.

Günümüzde ise birçok firma üç boyutlu yazıcı üretmeye ve satmaya başlamıştır. 2012 yılı itibarıyla üç boyutlu yazıcıların piyasa hacmi 2,2 milyar dolara erişmiş ve 2011 yılına göre %29'luk bir artış göstermiştir.^{[kaynak belirtilmeli]} Üç boyutlu yazıcılar büyük oranda kendi parçalarını basabilir. Elektronik parçalar ve motorlar dışında neredeyse bütün mekanik parçalar 3D yazıcı tarafından basılabilir. İleride üç boyutlu yazıcıların kendisini tamamıyla basabilecek yeteneğe sahip olması bazı iddialar arasındadır. Örneğin, diğer 3B basım teknolojilerinin baz aldığı RepRap, kendini çoğaltabilecek yeteneğe sahiptir. Günümüzdeki 3D yazıcıların çoğunluğu ilk düşük maliyetli yazıcılardan olan açık kaynaklı RepRap projesini baz almıştır. RepRap projesi açık kaynak 3D yazıcıların geliştirilmesine katkı sağlamıştır.

3B basılabilir modeller

Üç boyutlu tasarımlar bilgisayar ortamında CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) programları ile tasarlanabilir. Ayrıca herhangi bir obje üç boyutlu tarayıcılar ile taranıp sanal ortama üç boyutlu tasarım olarak geçirilebilir. Üç boyutlu tarama işlemi gerçek bir objenin analiz edilmesi ve veri toplanması ile yapılır. Bu sayede üç boyutlu taranan herhangi bir objenin dijital ikizini basmak mümkün hale gelmektedir.

Bilgisayar ortamında 3B tasarım yapmak deneyim gerektirebilir. Shapeways, Thingiverse bu tasarımların bulunabileceği web sitelerinden bazılardır. Bu web siteleri üzerinde birçok baskıya hazır üç boyutlu tasarım ücretsiz olarak indirilebilir ve basılabilir.

Baskı işlemi

Konvansiyonel FDM tipi 3D yazıcılarda baskı işlemi bilgisayar ortamında başlayıp yazıcının baskıyı yapmasıyla tamamlanır. Bazı üç boyutlu yazıcılar bilgisayar bağlantısına gerek duymadan hafıza kartı üzerindeki tasarım dosyasını okuyarak baskı yapabilmektedir. Üç boyutlu tasarım dosyaları bilgisayar yazılımı aracılığı ile dilimleme işleminden geçirilir ve üç boyutlu olarak basılabilir dosya formuna dönüştürülür. Bu dosyalar STL dosya formatındadır. Üç boyutlu yazıcının baskı sırasında yapacağı bütün hareketler ve ne zaman hammaddeyi dökmeye başlayacağı bilgisi gibi bilgiler bu dosya içerisindedir. Yazıcının çözünürlüğü katmanın kalınlığına ve x-y eksenleri üzerindeki hareket hassaslığına bağlıdır. Genelde baskı kalınlığı 100 µm (250 DPI), fakat bazı yazıcılar çok daha yüksek çözünürlükte baskı yapabilmektedir. 16 µm (1,600 DPI). Baskı süresi yazıcıya ve basılan tasarıma göre değişkenlik göstermektedir.

Stereolitografi (SLA), sıvı haldeki fotopolimer reçineyi bir lazer veya projektör yardımıyla katman katman sertleştirerek üç boyutlu nesneler üreten bir katmanlı imalat teknolojisidir. Sistem; sıvı reçine içeren bir hazne ve modelin her katmanını reçine üzerinde seçici olarak polimerleştiren bir ışık kaynağından oluşur. Bir katman tamamlandığında baskı platformu dikey eksende hareket ederek bir sonraki katman için gerekli mesafeyi sağlar ve bu döngü model bitene kadar tekrarlanır. FDM tabanlı yazıcılara kıyasla çok daha yüksek yüzey pürüzsüzlüğü ve mikroskobik düzeyde detay hassasiyeti sunabilmektedir. Genellikle daha küçük baskı hacimlerine sahip olmaları nedeniyle özellikle minyatür, figür yapımı ve detaylı prototipleme süreçlerinde tercih edilir.

FDM yazıcı konfigürasyonlarında filament besleme mekanizmasına göre iki temel yaklaşım bulunur:

Bowden Sistemler:

Ekstruder motorunun baskı kafasının (hotend) dışında yer aldığı, filamentin uzun bir PTFE tüp aracılığıyla itildiği sistemlerdir.

Direct Drive (Doğrudan Tahrik) Sistemler:

Ekstruder motorunun doğrudan baskı kafasının üzerinde bulunduğu sistemlerdir. Bu yapı, özellikle esnek (flexible) filamentlerin basılmasında ve geri çekme (retraction) hassasiyetinde daha yüksek kontrol ve kararlılık sağlar.

Endüstriyel kullanım

Daha maliyetli ve diğer yazıcı türlerine kıyasla daha iyi sonuç veren yazıcılar kullanılır. Heykel üretimi, yedek parça üretimi, model ve figür üretimi gibi alanlarda kullanılabilir.^{[kaynak belirtilmeli]}

Tüketici kullanımı

Birçok model ve türde yazıcılar bulunmaktadır. Klasik masaüstü üç boyutlu yazıcıların üretim maliyetleri düşmektedir.^{[kaynak belirtilmeli]}

Uzay araştırmalarında kullanımı

NASA uzayda 3B basım teknolojisini kullanarak besin üretimi yapmak için araştırma yapmaktadır.^{[kaynak belirtilmeli]} NASA ayrıca uluslararası uzay istasyonuna astronotlara yardımcı olması ve kabiliyetlerini artırmak için 3B yazıcı gönderdi ve uzayda ilk 3-D basılı nesneyi üretti.^{[kaynak belirtilmeli]}