3D Yazıcı ile Plastik Enjeksiyon ve Silikon Kalıp İmalatı
“Lost-PLA” veya “Kayıp-PLA” olarak adlandırılan 3D yazıcı ile metal döküm kalıbı üretme konusunu adım adım anlattığımız kılavuzda, metal nesneler oluşturmak için 3D baskının geleneksel döküm ile nasıl buluştuğunu öğreneceksin.
3D baskı teknolojileri hızla ilerlemeye devam ederken, sınırlamalardan en sinir bozucu olanı metal parçaların üretiminde 3D baskının zor ve pahalı olmasıdır.
Markforged X gibi metal 3D yazıcılar yüz binlerce dolara mal olabilir ve kabaca kompakt bir araba boyutundadır ve çoğu hobi ve prototipleme bütçesini aşmaktadır. Neyse ki, metal baskılar elde etmek için direk metal malzeme ile baskı yapman gerekmiyor.
Kuyumculuk sektöründe yüzlerce yıldır “kayıp balmumu dökümü” (lost-wax casting) adı verilen bir metal işleme tekniği kullanılmış ve 3D yazıcının metal parçaları ve hatta akademi ödülleri üretmek için 3D baskı yöntemi ile birleştirilmiştir. Kayıp-PLA dökümüyle, kendin yap becerilerine ve PLA filament de dahil olmak üzere bir dizi malzemeye ihtiyacın olacak. Böylece, kendi metal baskını daha uygun fiyatlarda kendi evinde veya ofisinde de yapabileceksin.
Kayıp Mum Döküm Tekniği
Sürecin kısa bir özetini vermek gerekirse, döküm bir modelle başlar. Bu model genellikle özel bir mumdan yontulmuştur. Model bir alçı kalıba yerleştirilir ve kalıp, mum sıvılaşana ve alttaki bir delikten akana kadar ısıtılır. Dolayısıyla kayıp mum dökümünün “kayıp mum” kısmı gerçekleşmiş olur.
Sıvı metal daha sonra kalıba dökülür ve bu da fırınlanmış alçı sıvada kalan tasarımın kalıbına veya şekline akar. Metal soğudukça katılaşır ve çıkarılmaya, temizlenmeye, cilalanmaya ve kullanılmaya hazır hale gelir.
Soğuk Döküm için Silikon Kalıp ve Reçine Yöntemi
Eritilmiş alüminyum ile metal döküm yapmak istemiyorsan, sana tavsiyemiz reçine dökümü için silikon kalıp kullanmandır.
PLA filamenti ile 3D yazıcıda üretilen ve yüzey işlemleri ile düzleştirilen oldukça detaylı bir 3D baskı için kalıp hazırlanır. Silikon, blok kalıba dökülür ve neredeyse hiç büzülme olmaksızın her ayrıntı donar. Silikon donduktan sonra PLA ile basılan parça silikon kalıptan çıkarılır. Kalıp tekrar birleştirilerek bu sefer reçine kalıba dökülür ve PLA ile basılan modelin mükemmel bir kopyası oluşturulur. Silikon kalıplar yüzlerce kez kullanılabilir.
Kayıp-PLA Döküm
Lost-PLA yani Kayıp-PLA dökümünde de kayıp mumda olduğu gibi aynı adımlar izlenmektedir. Ancak, önemli bir fark, modeli mum ile şekillendirmek yerine, düşük erime noktasına sahip olan ve TPU gibi diğer filamentlerden çok daha kolay sıvılaşan PLA filamenti kullanılarak basılır. 3D yazıcıda PLA filament ile üretilen nesne, mum heykellerden daha hızlı, daha kolay ve daha güvenilirdir.
Thor çekicinin kayıp PLA yöntemi ile altından üretebilirsin. Detaylar aşağıdaki videoda:
Bu yazımızda sana; kayıp PLA dökümüne nasıl başlayacağını, güvenlik ipuçlarını, kendi ekipmanını nasıl yapacağını, malzemeleri nereden temin edeceğini, ilk kalıbının dökümü ve son rötuşlar dahil olmak üzere adım adım bilgiler vereceğiz. Mümkün olduğunda, satın alabileceğin malzemelere ek olarak, maliyetleri düşürmek için bazı pratik kendin yapabileceğiz alternatif aparatlar da sunacağız. Ancak bazen de profesyonel ekipman veya malzemelerin yerini hiçbir şey tutamaz.
Malzemelerle ilgili son bir not olarak bu yazımızda; ucuz, çoğu ülkede kolayca bulunabilen ve başlamak için kullanacağın herhangi bir metalin en düşük erime noktalarından birine sahip olan alüminyum ile döküm yapılmasını anlatacağız. Kalay veya gümüş gibi diğer metalleri kullanmayı seçersen, bazı kendin yap (do it yourself - DIY) seçenekleri daha yüksek erime noktalarının üstesinden gelmek için donatılmadığından ekipmanını genişletmen ve kalitesini yükseltmen gerekecektir.
Şimdi, asıl kalıbı yapmaya başlamadan önce, düzgün ve güvenli bir şekilde döküm altyapımızı kurduğumuzdan emin olmamız gerekiyor.
İş Sağlığı ve Güvenliği
Alüminyum ile döküm yapacaksan, erime noktasının 660°C olduğunu bilmende fayda var. Bu sıcaklık, korunmasız cilde bir saniyeden daha kısa sürede kalıcı hasara neden olacak kadar sıcaktır ve alüminyum kaynağına bağlı olarak gaz çıkarabilir.
Döküm yapmadan önce güvenli ve uygun ekipmanlar satın almak ilk önceliğin olmalıdır.
Çalışma Alanı
Kayıp PLA dökümü yapmak için özel bir çalışma alanı gereklidir. Vakumlu havalandırma (havanın bir eşanjörden emildiği ve dışarı atıldığı sistem), çimento veya taş zeminli ve hava şartlarından korunan bir atölye döküm yapmak için ideal bir çalışma alanıdır. Bu ortama sahip olamıyorsan, kumlu veya çakıllı bir alan hiç yoktan iyidir. Ancak, erimiş metal nemi sevmez. Bu nedenle yağmurda, karla karışık yağmur veya karda dökülmesi patlamasına neden olabilir.
Lütfen dikkat edin!
Genel Kurallar
Çalışma alanını veya dökümhaneyi (fırını); ahşap, kağıt, kumaş, kuru ot gibi yanıcı nesnelerden uzak tutmak çok önemlidir. Fırın gibi ağır ekipmanları çimento plakaların üzerine koy, bunları zeminden yükselt ve dökmek için eğilme ihtiyacını en aza indir. En iyi mesafe göğüs hizasının altıdır.
Bir tahliye planına sahip olmak, güvenlik çıkışlarının nerede olduğunu bilmek ve kontrolden çıkarsa arayabileceğin uygun acil durum numaralarını bilmek de önemlidir. Ek olarak, Reddit’in metal dökümhanesi gibi çevrimiçi toplulukları takip etmek, pahalı (ve acı verici) hatalardan kaçınmak için ipuçları, püf noktaları ve tavsiyeler için yararlı bir kaynak olabilir.
Yasalar ve Yönetmelikler
Birçok şehir veya belediye, kişisel mülklerde ateş yakılmasını veya özellikle metal işleme yapmayı kısıtlar veya tamamen yasaklar. Bulunduğun şehrin veya ilçenin bir web sitesi varsa, ekipman satın almaya başlamadan önce ilgili Büyükşehir Belediyesi’ni arayıp sormanda fayda var. Bir atölyeyi çalışma alanı olarak kiralamak, hatta depo veya fabrika bölgesi gibi endüstriyel kullanım için ayrılmış bir alanda arazi satın almak gerekebilir.
Bir çalışma alanını güvence altına aldıktan sonraki adım, onu ve kendini donatmaktır.
Kişisel Koruyucu Donanımlar (KKD)
Kendini güvene almanın en iyi yollarından biri kaynakçı kıyafetlerini almaktır. Polyester gibi kompozit malzemeler yüksek ısı altında cildinde eriyebileceğinden; maske, eldiven, bot ve önlükle birlikte KKD’nin altına yalnızca kalın pamuklu veya diğer doğal lifli giysiler giymelisin.
İşte gerekli KKD’ler:
- Kaynakçı maskesi
- Kaynakçı eldivenleri
- Kaynakçı önlüğü
- Kaynakçı botları veya deri çizme metatarsal korumaları
- N95 yüz maskeleri
Yangın Söndürücüler
Yangınlar, yakıt kaynaklarına göre sınıflandırılır. A Sınıfı yangınlar odun, kağıt, kumaş ve benzerlerinden kaynaklanırken, D Sınıfı yangınlar magnezyum veya alüminyum gibi yanıcı metallerden kaynaklanır. Her ikisine de sahip olmalısın.
- A sınıfı yangın söndürücü
- D sınıfı yangın söndürücü
Döküm İçin Tasarımlar
Modada olduğu gibi imalatta da harika tasarım esastır. Kendi modellerini yapmayı öğrendikten sonra, muhtemelen mümkün olan en kısa sürede baskı hizmeti almak istersin.
Ama bir modeli döküm için uygun kılan nedir? Dikkat edilmesi gereken birkaç şey var:
- Ayrıntılar: Döküm, öncelikle mücevher veya güzel sanatlar gibi küçük ayrıntılar önemli olduğunda kullanılır. Döküme başlarken en iyisi basit modellerdir. Bu Witcher kolye ucu gibi güçlü çizgilere ve sağlamlığa sahip bir tasarım seç.
- Şekil: Döküm ince detaylar için harika olsa da, sınırları vardır. 3D modelde bulunan zayıf destekler, döküm işlemi sırasında çökebilir ve kalıbı bozarak en baştan başlamana neden olabilir.
- Boyut: Erimiş alüminyum soğuduğunda, metre başına 13.02 mm oranında küçülür. Mücevher gibi küçük eşyalar için bu oran endişelenmek için çok düşüktür, ancak daha büyük projeler için modeli biraz büyütmek en iyisidir. En iyi sonuçlar için model ile kalıp sıvası ile doldurulacak mufla duvarı arasında en az 7 mm boşluk bırakılmalıdır. Daha büyük bir kalıp, bu benzersiz omurga kolye gibi daha büyük modelleri yapmana olanak tanır.
Yüzük veya kolye gibi birden fazla küçük nesne için döküm planlıyorsan, modelin ağaçtaki bir dal gibi balmumundan yapılmış küçük bir döküm ağacı oluşturabilirsin. Bu, aynı anda birkaç öğeyi veya bir öğenin kopyasını dökmene olanak tanır.
Thingiverse’de birçok döküm ağacı bulman mümkün. İşte onlardan bir tanesi:
Döküm İçin Malzemeler
Kayıp PLA döküm için sarf malzemeler; balmumu, alçı, PLA filamenttir. Bunlardan bazıları bu tür işler için olsa da, konuma bağlı olarak ev eşyaları veya satın alabileceğin şeyler de var.
Alüminyum
Bir zamanlar çok ender görülen alüminyum, artık pişirme folyolarından soda kutularına kadar yüzlerce günlük eşyada bulunuyor. Teorik olarak bu, döküm için ucuz ve neredeyse sınırsız bir metal tedariki anlamına geliyor.
Bununla birlikte, çim tozu kutularını eritmek, kutuları kullanılabilir duruma getirmek için fazladan ekipman gerektiren, zaman alan bir süreçtir. Ayrıca, yalnızca birkaç kilogram alüminyum için yüzlerce teneke kutuya ihtiyacın olacaktır. Bu da boya ve diğer safsızlıklardan çok miktarda atık malzeme ile sonuçlanacaktır.
Alternatif olarak, döküm yapmak için yapılmış külçeleri (metal blokları) satın alabilirsin. Fiyatlar ve boyutlar değiştiği için, projene ve bütçene uygun bir şeyler bulabilirsin.
Isı Kaynağı
Uygun yakıt kaynaklarının mevcudiyeti ve maliyeti değişiyor. Ancak, dört adet seçeneği ele alalım.
“En kirli” olandan başlayarak, kömür yakmak yeterli ve sabit hava akışı gerektirir ve genel olarak döküm için en iyi seçenek değildir. Bununla birlikte, güvenilir (ve ucuz) bir kaynak bulabilirsen, bu iyi bir başlangıç olabilir. Kömürün yavaş yandığını aklında bulundurmalısın. Ayrıca, işin bittikten sonra közü suyla ıslatman gerekebilir.
Saf kömürden bir adım ötede olan odun kömürü, odundan elde edilir ve düşük sıcaklıkta hızla yanar. Alüminyumu eritmek için gereken sıcaklıklara ulaşmakta zorlanabilir veya hiç ulaşamayabilir. Ancak, ucuzdur ve kömürden daha yaygın olarak bulunur. Doğru ısı kaynağını bulmak için denemeye istekliysen, odun kömürü doğru bir yakıt olabilir. Hızlı yandığı için ateşe odun eklemeye devam etmen gerektiğini unutma.
Bildiğimiz en iyi seçenek, petrol yan ürünü olan propan gazıdır. Bir mangal için 18 litre ile bir evi ısıtmak için yaklaşık 3.800 litre arasında değişen tanklarda depolanmış, muhtemelen bir arka bahçe dökümhanesi için mevcut en güvenilir yakıt kaynağıdır. İhtiyaçlarını belirlemek için küçük bir tankla başlamak en iyisidir.
Son olarak, elektrik ile doğru ekipmanı alırsan, alüminyumu eritebilir ve kalıbı dökebilirsin.
Diğer Araçlar
Özellikle alüminyumu sıvı hale getirmek istersen, elinde ekstra kaplara ve temizleme ekipmanına ihtiyacın olacak. Kaplar için, metali dökerken kalıbı tutabilecek birkaç kovaya ihtiyacın olacak. Bu iş için tasarlanmadığı için kova birkaç kullanımdan sonra erirse şaşırma.
Temizlemeye gelince, kimyasalları atölyendeki ısı kaynağından uzak tutmalısın. Başlangıç olarak sirke ve su veya güçlü bulaşık deterjanını deneyebilirsin.
PLA Filament
Polilaktik asit (PLA), muhtemelen 3D baskıda en yaygın olarak bulunan ve kullanılan filament türüdür. Düşük maliyeti ve erime noktası (200°C), bu proje için idealdir.
Bununla birlikte, PLA sıvılaştıktan ve kalıptan çıktıktan sonra geride kül bırakabilir. Bu nedenle, özellikle hassas döküm için formüle edilmiş ve arkasında neredeyse hiç kül bırakmayan Polycast filamentini deneyebilirsin.
Daha geleneksel bir balmumu dökümü için dökülebilir bir balmumu filamenti bile var. Ancak, ürünün web sitesinde bu filament ile çalışabilmesi için 3D yazıcının bazı parçalarının değiştirilmesi gerektiği konusunda uyarıyor.
Alçı
Kalıp, hassas dökümün en önemli parçası olduğundan, kötü bir kalıp kötü bir sonuç anlamına gelir. PLA yoğun ısı altında genişlerken balmumu genişlemediğinden, alçı gibi malzemeler alüminyum dökümünde uygun bir malzeme işine yarayacaktır.
Parlatma Aparatları
Dökme metal neredeyse yanmış gibi görünür. Parlatıcı mumlar ve bileşenler, kurumun altındaki parlaklığı ortaya çıkarmaya yardımcı olur. Parlatma aparatlarını denemeni öneririz.
Kum
Kum, tüm döküm sürecinin en önemli unsurlarından biridir. Kalıbı oluşturmak için önce sıva ile karıştırılır. Kalıp ateşlendikten (fırınlandıktan) sonra bir kova kuma konur ve içine sıvı metal dökülür. Yüksek saflıkta silikat kumu en iyisidir, ancak çok pahalıysa, oyun kumu kullanmayı deneyebilirsin.
Sprue Mumu
Dallar (Sprue), parçaları plastik levhaya bağlayan model kitlerinde bulunan desteklerdir. Burada, her şeyi tek bir parça halinde bir arada tutarak, 3B yazdırılan modeli koşucuya bağlamak için Sprue mumu kullanılır.
Yukarıdaki resimde olduğu gibi halkalar şeklinde birden fazla nesneyi aynı anda dökmek istiyorsan bu yöntem özellikle kullanışlıdır. Bunları daha fazla sprue mum ile ana dala takman yeterlidir. Bu işlem için normal mumu tavsiye etmiyoruz.
Döküm İçin Ekipmanlar
Sarf malzemeleri, döküm için kullanacağın sarf malzemeleri iken, ekipman tam tersidir. Başlangıçta zaman ve para yatırımı gerektiren, ancak közler söndükten sonra da başka işler için de kullanmaya devam edeceğin özel aletlerdir.
Satın alınan veya kendi yaptığın ekipman listesi muhtemelen şunları içerecektir:
- 3D Yazıcı: Kayıp PLA dökümünün kritik bir parçası PLA filamenttir. Bu yüzden, bir FDM 3 boyutlu yazıcıya ihtiyacın olacak.
- Potalar (Crucible): Bir pota, metallerin veya diğer maddelerin eritilebileceği veya çok yüksek sıcaklıklara maruz kalabileceği seramik veya metal bir kaptır. Geçmişte potalar genellikle kilden yapılmış olsa da, içeriğini eritecek veya içeriğini değiştirecek kadar yüksek sıcaklıklara dayanabilen herhangi bir malzemeden yapılabilir.
- Delikli Metal Silindirler (Flask): Silindir, alçının model üzerine döküldüğü ve pişirmek için fırına yerleştirildiği yerdir. Silindirin, modelini alçı ile tamamen kaplayacak kadar büyük olduğundan, ancak yine de fırınına önerilen toleranslarla sığdığından emin ol. Maliyetleri düşürmek istiyorsan, bir karton kalıp kutusu da işe yarayacaktır. Talimatlar için bu yazının ilerisindeki “Kalıp Yapımı” bölümüne bakabilirsin. Ancak, daha yüksek kaliteli kalıplar için silindirler önerilir.
- Fırın: Alçıyı pişirmek, plastiği eritmek ve metali eritmek için bir fırına (dökümhane olarak da adlandırılır) ihtiyaç vardır. İster soda kutuları ister külçe şeklinde olsun. Kömür ile çalışan bir fırında çelik kova kullanarak döküm yapabilirsin. Propan veya elektrikli döküm kitleri de bulman mümkün.
- Maşa: Döküm yapabilmek için pota maşasına ve silindiri tutmak için şişe maşasına ihtiyacın olacak. Pota maşası silindirleri tutabilse de, potalar için şişe maşası kullanılmamalıdır.
- Tambur (isteğe bağlı): Dökümü kalıptan çıkarıldıktan sonra, parlatma için bir tambura yerleştirilebilir. Kum ile doldurulan hazne döner, halkayı veya başka bir nesneyi aşındırarak parlatır. Başka yöntemler de var, ancak hiçbir şey tam olarak cam bardak gibi parlamaz.
- Vakum Alanı: Bir vakum alanı, sıvı haldeyken alçı karışımındaki tüm kabarcıkları giderir, bu da döküm işlemine müdahale edebilir ve hatta ısıya maruz kaldığında kalıbı bölebilir. Daha ucuz bir seçenek için vakum alanını kendi yapabilir veya satın alabilirsin.
Malzemelerini topladıktan, ekipmanlarını aldıktan, çalışma alanını kurduktan ve tasarımını seçtikten sonra şimdi sıra nihayet gerçekten döküm yapmaya başlama zamanı!
3D Yazıcı Satın Al
3D yazıcılar ile silikon kalıp yapmak için öncelikle iyi bir 3D yazıcıya sahip olmalısın. Yeni özelliklere sahip 3D yazıcılara göz atmaya ne dersin? Sessiz, hassas ve büyük baskılar almak istemez misin?
Hangi yazıcıyı alacağına karar veremiyorsan, senin için uygun fiyatlı ve yüksek performanslı 3D yazıcıları inceledik.
3D Baskı
Zaten bir 3D baskı uzmanıysan, bu bölümü atlayabilirsin. Ancak, ilk 3D yazıcını sadece bu proje için aldıysan, bilmen gereken birkaç şey var:
Sonuçtan memnun kaldığında, döküm modelini yazdırmayı dene. Birkaç deneme yapman gerekirse cesaretin kırılmasın. İstediğin modeli elde ettiğinde sıra kalıp yapmada!
Kalıp Yapımı
3D baskılı modelinle artık kalıbı oluşturmaya başlayabilirsin.
PLA’yı Eritme ve Boşaltma
Bu aşama, PLA’yı eritme ve kalıbın altındaki bir delikten fırına boşaltma işlemidir. Delik, sıvılaştırıldıktan sonra plastik modelin tabanından gelir, bu nedenle devam etmeden önce modelin tabanını görebilmen çok önemlidir.
Bu olurken, periyodik olarak “ısı yayılması” olmadığından emin olmak için ısıdan yalıtılması gereken bileşenlerin ısınmadığından emin ol. Yakıt borusunu (propan veya benzer bir gaz kullanılıyorsa) veya yakıt kabının dışını (kömür kabini veya odun kömürü fırını gibi) kontrol et.
Isı yayılması meydana gelirse, yakıt kaynağını güvenli bir şekilde kapat, kalıbı çıkar ve her şeyin soğumasını bekle. Fırını çatlaklar var mı diye ve ısının kaçmış olabileceği diğer yerler için kontrol et ve bunları onar.
Döküm
Bu adım en önemli ve en tehlikelisidir. Hem çevrenden hem de ne yaptığından emin ol ve yangın söndürücünü kullanmaktan veya uygun olduğunu düşünüyorsan acil servisleri aramaktan çekinme. Her zaman daha sonra tekrar deneyebilirsin.
Kalıbı Suda Soğutma
Kalıp biraz soğuduktan sonra içindekileri çıkarma zamanı:
Son İşlem: Yüzey İşleme
Elbette tüm bu adımlar doğru yapılsa bile, metale dökülmüş bir nesne bozuk, yanmış ve çirkin görünebilir. Yüzey işlemenin (finishing) devreye girdiği yer bu aşamadır.
Son işlemin üç ana bileşeni vardır: temizleme, parlatma ve cilalama.
Kayıp PLA ile Döküm Hakkında Kaynaklar
Neyse ki, kayıp PLA döküm hakkında sana derinlemesine destek sağlayacak çevrimiçi birkaç yer var.
Youtube Kanalları
- MyFordboy: Bir ev dökümhanesi inşa etmeye yönelik mükemmel öneriler sunuyor.
- Tobho Mott: Kalıp oluşturma ve ekipmanlar hakkında detaylar veriyor.
- Veg Oil Guy: Kayıp PLA ve reçine dökümünün yanı sıra kendin yap ekipmanlarını tanıtıyor.
Web Siteleri
- Backyard Metal Casting: Dökümhane için bir “kahve kutusu fırını” da dahil olmak üzere birçok arka bahçende bile yapabileceğin projeler.
- Instructables: Adım adım talimatlar içeren yüzlerce proje.
- Makezine: Dökümden cosplay’e, 3D baskıdan robotiklere kadar birçok projeyi kapsıyor.
Forumlar
- Alloy Avenue: Backyard Metal Casting YouTube kanalı için ana forum sitesi.
- Metal Dökümhane (Reddit): Her türden metal döküm üzerine birçok konu içeriyor.
- Metal Döküm (Reddit): Metal dökümhaneden daha çok döküm sürecine odaklanan bir sayfa.
Metal 3D baskılar uygun maliyetli ve kolay erişebilir olduğunda (önceden mürekkep püskürtmeli kağıt yazıcılarda olduğu gibi), kayıp PLA ile döküm önemsiz hale gelecek. O zamana kadar, bir ortaçağ demircisi gibi maşa, fırın ve gözlüklerle atölyede metal dökümler yapmak, yaratıcılığını ve ev yapımı ekipmanını yeni bir şey yapmak için kullanmak heyecan verici!