Metale Hükmetmek: Metal Baskı İçin Kritik Tasarım Kuralları (Minimum Duvar Kalınlığı, Destek Açıları)
İstanbul, Türkiye – 12 Haziran 2025 – Metal eklemeli imalat (3D baskı), endüstriyel parçaların üretimi konusunda devrim yaratıyor. Ancak plastik baskıya kıyasla metal baskı, malzeme özellikleri ve üretim süreçlerindeki farklılıklar nedeniyle tasarım aşamasında özel dikkat gerektirir. Başarılı bir metal baskı elde etmek, sadece doğru makine ve malzeme seçimiyle değil, aynı zamanda metale özgü tasarım kurallarını titizlikle uygulamakla da mümkündür.
Bu blog yazısında, metal baskıda sıklıkla karşılaşılan zorlukların üstesinden gelmek ve yüksek kaliteli, dayanıklı parçalar üretmek için hayati önem taşıyan iki temel tasarım kuralına odaklanacağız: Minimum Duvar Kalınlığı ve Destek Açıları.
Minimum Duvar Kalınlığı: Çökme ve Deformasyonu Önlemek
Metal tozunun lazer veya elektron ışını ile eritilip katılaşması sürecinde, erimiş metalin viskozitesi ve yüzey gerilimi, ince duvarların doğru şekilde oluşmasını zorlaştırabilir. Eğer bir metal parçasının duvarları çok ince tasarlanırsa, aşağıdaki sorunlarla karşılaşılabilir:
- Çökme (Collapse): Erimiş metal, yeterli desteğe sahip olmadığı için yerçekimi etkisiyle çökebilir veya deforme olabilir.
- Eğrilme ve Bükülme (Warpage and Buckling): İnce duvarlar, baskı sırasında oluşan termal streslere karşı daha dayanıksızdır ve kolayca eğrilebilir veya bükülebilir.
- Düşük Mukavemet: Çok ince duvarlar, istenen mekanik özellikleri (dayanım, sertlik vb.) sağlayamaz.
- Başarısız Baskı: En kötü senaryoda, çok ince duvarlar hiç oluşmayabilir ve baskı başarısızlıkla sonuçlanabilir.
Genel Kural: Metal baskı teknolojisine ve kullanılan malzemeye bağlı olarak, minimum duvar kalınlığı genellikle 0.4 mm ile 1 mm arasında değişir. Ancak bu sadece genel bir kılavuzdur.
Tasarımcılar Nelere Dikkat Etmeli?
- Kullanılan Malzeme: Titanyum gibi bazı metaller, paslanmaz çeliklere göre daha yüksek viskoziteye sahip olabilir ve bu da minimum duvar kalınlığını etkileyebilir. Malzeme tedarikçinizin önerilerini dikkate alın.
- Baskı Teknolojisi: Lazer Yatak Füzyonu (LPBF), Doğrudan Enerji Biriktirme (DED) gibi farklı teknolojiler, erime havuzunun boyutu ve kontrolü açısından farklılık gösterir. Teknolojiye özgü minimum duvar kalınlığı önerilerini araştırın.
- Parça Geometrisi: Yüksekliği genişliğine oranla fazla olan ince duvarlar, çökmeye karşı daha hassastır. Bu tür durumlarda kalınlığı artırmak veya geçici desteklerle güçlendirmek gerekebilir.
- Simülasyon: Baskı simülasyon yazılımları, ince duvarların termal stres altında nasıl davranacağını öngörmek ve minimum kalınlığı optimize etmek için değerli bir araçtır.
İpucu: Güvenli tarafta kalmak için, tasarımlarınızda mümkün olduğunca önerilen minimum duvar kalınlığının biraz üzerinde değerler kullanmaya çalışın. Kritik ince detaylar için ise, lokal olarak kalınlığı artırmayı veya tasarımınızı desteklenebilir hale getirmeyi düşünebilirsiniz.
Destek Açıları: Başarılı Çıkıntıların Sırrı
Metal baskıda, belirli bir açının altında kalan çıkıntılar (overhangs), altlarında katılaşmış bir malzeme olmadığı için havada asılı kalma eğilimindedir. Bu durum aşağıdaki sorunlara yol açabilir:
- Çökme ve Sarkma (Sagging): Erimiş metal, yerçekimi etkisiyle aşağı doğru sarkabilir veya tamamen çökebilir.
- Bozuk Yüzey Kalitesi: Alttan desteklenmeyen çıkıntıların alt yüzeyleri pürüzlü, düzensiz ve istenmeyen bir görünüme sahip olabilir.
- Başarısız Baskı: Özellikle büyük ve düşük açılı çıkıntılar, baskının tamamen başarısız olmasına neden olabilir.
Bu sorunları önlemek için destek yapıları kullanılır. Ancak desteklerin miktarı, yerleşimi ve geometrisi de baskı süresini, malzeme tüketimini ve son işlem maliyetini doğrudan etkiler. İşte bu noktada kritik destek açısı devreye girer.
Kritik Destek Açısı: Yatay düzleme göre ölçülen ve bu açının altındaki tüm yüzeylerin desteklenmesi gerektiği düşünülen açıdır.
Genel Kural: Metal baskıda, kritik destek açısı genellikle 30° ile 45° arasında değişir. Bu, 30° veya 45°'den daha düşük açılı tüm çıkıntıların desteklenmesi gerektiği anlamına gelir.
Tasarımcılar Nelere Dikkat Etmeli?
- Malzeme: Bazı metaller (örneğin nikel bazlı süper alaşımlar), daha yüksek erime sıcaklıkları nedeniyle daha fazla sarkma eğilimi gösterebilir ve daha düşük bir kritik açı gerektirebilir.
- Baskı Teknolojisi: Farklı teknolojiler, erime havuzunu kontrol etme yetenekleri açısından farklılık gösterir. Daha hassas teknolojiler daha yüksek kritik açılara izin verebilir.
- İstenen Yüzey Kalitesi: Çıkıntıların alt yüzeylerinin pürüzsüz olması isteniyorsa, daha düşük bir kritik açı (daha fazla destek) gerekebilir.
- Destek Tasarımı: Desteklerin tipi (blok, ağaç, çizgi vb.), yoğunluğu ve bağlantı noktaları, hem desteğin etkinliğini hem de sökme kolaylığını etkiler.
Tasarım İpuçları:
- Destek Gerektirmeyen Açılar Oluşturun: Tasarımınızı, mümkün olduğunca 45° ve üzeri açılarda çıkıntılar oluşturacak şekilde optimize etmeye çalışın.
- Kendi Kendine Destekleyen Geometriler Kullanın: Kemerler veya köprüler gibi bazı geometriler, belirli bir mesafeye kadar kendi kendilerini destekleyebilir.
- Pah Kırma ve Yuvarlama: Keskin köşeler yerine pah kırma veya yuvarlama kullanarak, kritik açıyı artırabilir ve destek ihtiyacını azaltabilirsiniz.
- Simülasyon: Destek optimizasyon yazılımları, minimum destekle en iyi sonucu verecek stratejileri belirlemenize yardımcı olabilir.
Sonuç olarak, metal baskı için tasarım, geleneksel yöntemlerden farklı bir düşünce yapısı gerektirir. Minimum duvar kalınlığı ve destek açıları gibi temel kurallara dikkat etmek, başarısız baskı riskini önemli ölçüde azaltır, malzeme israfını önler ve yüksek kaliteli, fonksiyonel metal parçalar üretmenizi sağlar. Metale hükmetmek, doğanın ve teknolojinin kurallarını anlamaktan geçer.
