Üretilecek parçanın mekanik performansını geliştiren kafes yapılarda, dikkat edilmesi gereken parametreleri ve ne tür mekanik geliştirmeler yapılabildiğini inceledik.
3D Baskı, hızlı prototipleme ve son kullanıcı parça üretiminin yanında çok önemli bir kapı daha açtı; karmaşık geometrilerin üretimi. Kafes yapılar da bunun en önemli ve başarılı örneği.
Birbirlerine düğüm noktalarından bağlı doğrusal çubuklardan oluşan sistemlerdir. Uygulamaya göre parçayı, en ideal yapıyı bulmaya yönelik tasarım süreçlerinden geçirmeye imkan verir. Bu yapı ile beraber, yapısal bütünlük korunarak ağırlık büyük ölçüde düşürülebilir. Böylelikle parçanın dayanımı ve mekanik özellikleri düşürülmeden, parçanın ağırlığı düşürülebilir.
Kafes yapılar aynı zamanda görsel değişiklik yapabilmek ve geniş boş alanlar açmak için de uygun bir yapıdır. Mimaride de sıklıkla kullanılan kafes yapılar sayesinde binalar, kuleler ve çeşitli yapılar daha açık ve transparan bir yapı ile üretilebilmiş, hem estetik katmış hem de daha az malzeme kullanılmıştır. Aslında bunun en güzel örneği en çok bilenen Eyfel Kulesi’dir. Kafes yapılar dendiğinde, herkesin aklında kolaylıkla canlandırabileceği için ilk Eyfel örneği verilmektedir. Yüksek bir yapı olan Eyfel, kafes yapı sayesinde yüksek -dayanım / ağırlık- oranı vermekte ve bu sayede kendi metal ağırlığını taşıyabilmektedir.
Çoğu kafes yapının tasarımı, doğada kendiliğinden oluşan ve atomların, iyonların ve moleküllerin oluşturduğu kristal yapıdan esinlenerek yapılmıştır. Küçük, geleneksel üretim yöntemleri ile erişmesi güç ve karmaşık yapıları olan kafes yapıları ise normal üretim yöntemleri ile üretmek imkansıza yakındır. Bu noktada 3D Baskı (Katmanlı Üretim) bu yapıları üretmemize imkan veriyor. Böylelikle mühendisler için yeni bir tasarım alanı açıyor ve parçanın tasarımını yeniden düşünme izni veriyor.
Günümüzde bir çok endüstri tarafından 3D baskı ile üretilmiş kafes yapılar kullanılmaktadır. Çünkü mühendisler ve ürün tasarımcıları parçaları hafifletmek ve güçlendirmek için sürekli yeni yollar aramakta ve kafes yapılar bu anlamla büyük kolaylık sağlamaktadır.
Geleneksel üretim yöntemlerinde parça hafifletilirken, önemli ve kritik olmayan kısımlardan parça eksiltilerek işlem gerçekleştirilir. Ancak kafes yapılarda geniş bir alanda , karmaşık bir yapıda azaltmaya gidilebilir.
Kafes yapılarda ağılık düşürüldüğünde, ilk baştaki henüz tasarımı değiştirilmemiş ana parçaya göre dayanımda azalma olabilir ancak dayanım-ağırlık oranı ciddi oranda artırılmaktadır.
Bu tip uygulamalar uzay havacılık ve otomotivde, parçaların ağırlığını düşürmek için tasarımları tekrar gözden geçirmeye sebep oldu. Çünkü ağırlığın bu sektörlerde yakıt tüketimine doğrudan bir etkisi bulunmaktadır. Bir çok firmanın AR-GE birimi ve üniversiteler de kafes yapıların geliştirilmesi konusunda araştırmalarını sürdürmektedir.
Kafes yapılar , sadece hafif parçalar üretmekle kalmayıp aynı zamanda parça üzerinden geniş yüzey alanları yarattı. Bu sayede ısı eşanjörleri ve soğutma bloğu tertibatları (heat sink) gibi ısı transferi uygulamalarında , araştırma ve geliştirme aşamalarında öne çıkan bir teknoloji oldu.
Soğutma blokları, bilindikleri üzere, yüzey alanları arttıkça ısıyı daha iyi bir şekilde dışarı yayarlar. Böylelikle ısının uzaklaştırması gereken uygulamalarda daha sağlıklı çalışabilirler. ( Örn: Bilgisayar parçalarının soğutulması) Kafes yapılar , yüzey alanlarının geleneksel üretim yöntemleriyle daha fazla artırılamadığı yerlerde devreye girerek, soğutma bloklarının tasarımlarının tekrar gözden geçirilmesini sağlayıp, yüzey alanlarını artıran daha verimli uygulamalar sağlayabilmektedir.
Kafes yapıların bir diğer mekanik avantajı da, darbe emici ve çarpma stresini azaltıcı şekilde, parçayı tasarlama imkanı sunmasıdır. Çarpma ve darbeden korunmak istenen cihaz, parça veya herhangi bir yapı için kafes yapılar kullanılmaktadır.
Kafes yapıları tasarlarken dikkat edilmesi gereken ve bilinmesi önemli 4 farklı özellik mevcut:
Bir kafes yapı, içinde tekrarlayan ve belli bir yapıda olan hücrelerden oluşur. Kafes yapıların içindeki bu hücrelerin yapılarını farklı şekillerde tasarlanabilmektedir. Genellikle, hücre yapılarının şekilleri kübik, yıldız, sekizli, altıgen, elmas, tetrahedron veya benzeri standart şekillerde gelir. Bu farklı şekiller , tasarımcılar ve mühendisler tarafından aynı parça içerisinde, tek yapı şeklinde seçilebileceği gibi aynı zamanda farklı şekilleri de kombine ederek kullanılabilir. Bununla birlikte, belli parça özelliklerini oluşturabilmek için hücreler düzenli bir yapıda olmayıp , belli bir şekli izlemeden tamamen düzensiz bir yapıda da olabilir. Tüm hücre yapıları eşit değildir. Bu nedenle hangi şekillerin olduğu ve hangi sırayla tekrarlandığını seçmek önemlidir. Bu seçimlere göre, yüksek sertlik-ağırlık oranı, enerji sönümleme özelliği ve estetik açıdan parçanın duruşu gibi faktörler etkilenmektedir.
Hücre boyutu ve yoğunluğu, kafes yapının içindeki hücrelerin büyüklüğünü ve o hücrelerin ne kadar yoğunlukta tekrar ettiği anlamına gelir. Hücrenin boyutu, onu oluşturan yapı elemanlarının kalınlığına ve uzunluğuna bağlı olmakla birlikte aynı zamanda bağlantı düğümlerine de bağlıdır. Yüksek tekrar yoğunluğu ise basit anlamda; bir birim alan içinde daha fazla tekrar eden aynı şekiller olduğu anlamına gelir.
Büyük hücreler daha kolay üretilirken , daha sert (esnek olmayan) bir yapı verebilir. Daha küçük hücreler ise daha homojenize bir sistem özelliği gösterip daha esnek yapılar oluşturabilir.
Malzeme seçimi 3D baskıdaki herhangi bir parça üretiminde önemli olduğu gibi kafes yapılarda da önemlidir. Çünkü kafes yapının , yoğunluk, sertlik, ağırlık ve boyut gibi özelliklerini tanımlar. Aynı zamanda, tüm malzemeler tüm kafes yapılar için uygun değildir. Elastik ve yumuşak malzemeler tasarlanıp üretilirken büyük hücre yapıları ile basılamayabilir çünkü büyük gözenekli bölümlerde parçada sarkmalar meydana gelir. Genel malzeme yapısına göre;
Elostomer ve yumuşak malzemelerde, baskı sırasındaki sarkmaları önlemek için daha küçük ve daha yoğun bir hücre popülasyonu gerektirir.
Orta sertlikteki malzemeler, sert malzemelere göre daha kalın elemanlar ve düğümler gerektirir.
Sert Malzemeler, daha ince yapı elemanları ve daha büyük hücre boyutlarına göre tasarıma imkan verir. Bu sebeple daha geniş bir tasarım imkanı sunar.
Hücrelerin üretildiği açı ve oryantasyon , 3D baskı sırasında üretilmesi için gereken destek malzemesinin miktarını ve destek malzemesinin yerini değiştirebilir. Bu etken de baskının başarısını doğrudan etkiler. Ancak kafes yapıların en önemli özelliklerinden biri kendi kendilerini desteyecek şekilde tasarlanabilir oluşlarıdır. Eğer üretim sırasında iyi ve doğru seçilmiş bir oryantasyonda baskı alınırsa, kafes yapıdaki destek ihtiyacı azaltılabilir veya tamamen ortadan kaldırılabilir. MJF ve SLS gibi toz ile 3D Baskı teknolojilerinde , üretim sırasında destek malzemesi tozun kendisi olduğundan, kafes yapının tasarımından ve üretim oryantasyonundan bağımsız olarak destek malzemesi kullanmaya gerek yoktur. Ancak DMLS, FDM, SLA ve Polyjet teknolojilerinde, kendini taşımayan yapılar için destek kullanıldığından hücrelerin açı ve oryantasyonu hem tasarımda hem de üretim sırasında dikkat edilmesi gereken parametrelerden biridir.
Çevrimiçi ve profesyonel 3D baskı servisiniz Bicisim olarak , kafes yapıda tasarladığınız parçalarınızı üretebiliyoruz. FDM, SLA, SLS, MJF ve Polyjet teknolojileri ile sağladığımız katmanlı üretim servisimiz ile karmaşık yapıdaki parçalarınızı üretiyoruz.
){kind=link}