Merhaba Sevgili Gelişen Kariyerim okurları, 3D yazıcılar bilindiği üzere tıp sektöründe, biyolojik dokuların ve yapay organ üretiminde kullanılan hücrelerin tutunabileceği kalıpların hazırlanmasında, kimyasal bileşik veya ilaç üretiminde, nanoteknoloji gibi birçok alanda etkin hale gelmiş durumda. Singapur ve Çin’deki araştırmacılardan oluşan bir ekip, 3 boyutlu yazıcıyla sıkıştırılabilir batarya üretmek için benzersiz bir süreç geliştirdi.
3D baskı nediR, 3D yazıcı nasıl çalışır, 3D yazıcıların avantajları nelerdir? Gelin bu sorulara cevap bulmak için önce 3D baskı teknolojisinde daha derine inelim!
İçindekiler
3D Baskı Nedir?
Üç boyutlu baskı veya katkı maddesi üretimi, 3D modele dayalı fiziksel bir nesne oluşturmak için plastik gibi katkı maddeleri kullanma işlemidir. Bu işlemleri yapan makinelere de 3D yazıcı denir. Modelleme yazılımı kullanılarak tasarlanan hemen hemen her şey, oyuncaklar, Aletler, mücevherler ve hatta silahlar da dahil olmak üzere bir 3D yazıcı tarafından oluşturulabilir.
Her Şey Nasıl Başladı ?
3D yazıcılar son zamanlarda çok dikkat çekmiş olsa da, bu teknoloji yeni olmaktan uzak. 1983’te Charles Hull, CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) kullanarak 3D modellere dayalı katı nesneler oluşturmayı mümkün kılan stereolitografi (SLA) adı verilen bir süreç yarattı. Hull, modern 3D baskıda hala kullanılan çeşitli patentlere sahiptir. Bu teknoloji başlangıçta üretim sürecinin bir parçası olarak prototip tasarımlar oluşturmak için kullanılmıştır. Son yıllara kadar, 3D baskı geniş bir kitleye ulaşmak için yeterince uygun hale geldi, bu da daha fazla yeniliğe yol açtı ve çok fazla medya kapsamı sağladı.
3D Yazıcılar Nasıl Çalışır?
Bir 3D nesneyi yazdırma işlemi, bir 3D modelleme programında (CAD gibi) dijital bir tasarım oluşturmakla veya bir 3D tarayıcı kullanarak mevcut bir nesneyi taramakla başlar. Tarayıcı, nesnenin bir kopyasını yaparak ve daha sonra bir 3D modelleme programına koyarak çalışır. Tasarım daha sonra modeli yüzlerce veya binlerce katmana bölen dijital bir dosyaya dönüştürülür. Bir 3D yazıcı, tasarımın her katmanını okuyabilir ve her seferinde bir tane yazdırabilir, yazdırırken sorunsuz bir şekilde bir araya getirebilir. Sonuç, orijinal dijital modelle aynı olan pürüzsüz, 3D bir nesnedir.
Üç Boyutlu (3D) Yazıcıların Avantajları
- Bilgisayar ortamında çizimi yapılmış her çeşit ürünün modeli saatler hatta dakikalar içinde somut nesnelere dönüştürüp incelenebilir hale getirebilir.
- 3D yazıcılar sayesinde geleneksel yöntemlerle üretim yapılırken ihtiyaç duyulan makine, teçhizat ve işçilik gibi etkenler ortadan kalkabilir.
- 3D yazıcılar sayesinde karmaşık yüzey geometrisine sahip tasarımlar rahatlıkla gerçek nesnelere dönüştürülebilir.
- Kullanılan sarf malzemesi PLA filamentleridir. Bu malzemenin temini hem kolaydır hem de uygun fiyattadır.
- İşçiliği ortadan kaldırdığı için zamandan tasarruf sağlar. Yapılan tasarımların geleneksel yöntemlere oranla daha hızlı prototipleri üretilip incelenebilir.
- Üretim maliyeti daha azdır. İşçilik masraflarının ortadan kaldırılması parça üretiminin kolay olması gibi etkenler maliyetleri düşürmektedir.
3 boyutlu yazıcıların avantajları olduğu kadar belirli sınırlamaları da vardır.Biraz da onlara değinelim.
Sınırlamalar Nelerdir?
Bir 3D yazıcı satın almak bir fabrika kurmaktan çok daha ucuz olsa da, ürettiğiniz ürün başına maliyeti daha yüksektir, bu nedenle 3D baskı ekonomisi henüz geleneksel seri üretimde aktif rol alamamaktadır. Ayrıca, endüstriyel makinelerin pürüzsüz yüzeyiyle eşleşemez ve endüstriyel proseslerde mevcut olan çeşitli malzemeler için boyut aralığı sunamaz. Ancak belirlenen fiyatlar düşer ve 3D yazıcı yetenekleri zamanla geliştiği taktirde bu sınırlamalar ortadan kalkacaktır.
Asıl konumuza dönelim. Ve 3 boyutlu yazıcıyla sıkıştırılabilir batarya üretimi’ni yakından inceleyelim.
3 Boyutlu Yazıcıyla Sıkıştırılabilir Batarya Üretildi
Araştırmacılar, iyonları bolca emmek için özenle tasarlanmış ve işlenmiş mikro yapıların 3D baskı katmanları ile pilleri üretebildiler. Bunlar 8 mm yüksekliğe kadar yığınlar halinde bir araya getirildi ve gümüş ve PET malzeme katmanları ile çevrelendi.
Buradaki 3D baskının avantajı; teknolojinin araştırmacıların baskıya çok özel yapısal tasarımlar “yazmasına” izin vermesidir ve bu da genel nesnenin tamamlanmasını sağlar.
Peki 3 boyutlu yazıcıyla sıkıştırılabilir batarya nasıl üretildi?
Nasıl Üretildi?
Sulu çözeltilerdeki grafen oksitler kararlı dispersiyonlar ürettikleri ve reolojik özellikleri nedeniyle belirli bir dereceye kadar ayarlanabildikleri için popüler bir “mürekkep” malzemesidir. Bununla birlikte, 3 boyutlu bir yazıcının çalışabileceği viskoziteye sahip bir grafen oksit aerojel elde etmek için kalsiyum iyonları, karbon nanotüpler ve selüloz nanofiberler gibi katkı maddelerine ihtiyaç vardır.
Bu yöndeki araştırmalar, grafen oksit’in 3 boyutlu baskılı ultra hafif yapılarına yani, malzemenin daha fazla grafen gibi olması için oksijeni çıkarmak için muamele edilmiş büyük iletkenlik ve sıkıştırılabilirliğe yol açmıştır. Ancak nano karbon yapıları tek başına elektrokimyasal enerji depolamaz ve bir pil üretmek için baskı mürekkebine elektrokimyasal olarak aktif bazı katkı maddeleri eklemek gerekebilir bu da mürekkebin reolojik özellikleri ile ilgili sorunlara yol açabilir.
Bunun yerine; Yang ve meslektaşları ilk önce nanokarbon aerojellerini basıp ve daha sonra elektrokimyasal olarak aktif demir ve nikel bazlı nanomalzemeler basılan yapıya püskürttüler. Böylece araştırmacılar yapılan çalışmalarla karbon nanotüplü grafen oksit tanecikleriyle harmanlanmış ve uygun viskoziteye sahip bir mürekkebe sahip oldular.
Baskı mürekkebinin istenen viskozitesini elde etmek için, grafen oksit pullarını karbon nanotüpler ile karıştırdılar. Daha sonra basılı kafes yapılarını nikel sülfat da dahil olmak üzere amonyak ve sülfatların bir karışımına batırdılar ve bu da Ni(OH) oluşumuna yol açtı. Nanokarbon kafesini demir nitrat ve demir klorür ile sentezlediklerinde kafesin yüzeyinde gözenekli aFe2O3 nano çubuk dizilerinin büyüdüğünü gözlemlediler.
% 60 Oranında Sıkıştırılabilen Ultra Hızlı Piller
Nikel-demir yarı-katı hal pillerin düşük maliyet, yüksek döngüsel ve iyi mekanik stabilite dahil olmak üzere bir çok özelliği mevcut. Bu tarz avantajları nedeniyle oldukça ilgi çekmiştir. Yang ve ekip arkadaşları Ni(OH)’ nin reolojik ve elektrokimyasal performansını incelediler ve aFe2O3 yüklü nanokarbon yapıları, yapı boyutlarını ayarlamak için sulu sıvı veya polimer jel potasyum hidroksit kullandılar. % 60 oranında sıkıştırılabilen (10.000 şarj-deşarj döngüsünden sonra ~%91.3 kapasite tutma) ve ultra yüksek enerji yoğunluğuna sahip bir pil elde ettiler. Ayrıca bu pillerle dört cihazı seri olarak bağlayarak, cihazların mavi bir LED yakabileceğini gösterdiler.
Araştırmacılar stratejilerinin sadece 3 boyutlu baskı ile sıkıştırılabilir pillerin üretimi için etkili bir yöntem sağlamakla kalmadığını, aynı zamanda strese dayanıklı esnek/giyilebilir elektronik cihazlar için gelecekteki uygulamaları da teşvik ettiklerini belirtiyor.
Diğer yazılarımızı aşağıdaki bağlantılardan okuyabilirsiniz.
