Sanayiyi değiştirecek teknoloji

Desktop Metal, kendi makine metal parçalarının baskısını yapabilmenin pratik ve düşük maliyetli bir yolunu bulduğunu düşünüyor. Bu şirketin ilk ürün lansmanını gerçekleştirmesinin iki ay öncesi bile değildi. CEO Ric Fulop bir masa üzerine yayılmış sıra sıra 3D yazıcılar, birkaç büyük mikrodalga fırın ve muhtelif metal parçalarla heyecanlı bir şekilde sunum yapıyordu. Kapalı bir kapının arkasında ise ortaklaşa kullanılan bir çalışma masasının etrafında endüstriyel tasarımcı ekibi kocaman bir ekrana bakıyordu. Onların arkasındaki duvar bu start up’ın iddialı ürünlerinin çeşitli olası resimleriyle kaplıydı: Metal parçaları yeterince ucuz ve hızlı yoldan imal edebilecek 3D yazıcılarla…. Desktop Metal adındaki bu şirket, geçenlerde önde gelen risk sermayesi şirketleriyle General Electric, BMW ve Alphabet gibi firmaların girişim birimlerinden yaklaşık 100 milyon dolar tutarında fon aldı. Şirket kurucuları arasında dört meşhur MIT profesörü var ve onlardan biri de 1989 yılında 3D baskının ilk patentlerinden birini alan ve MIT’nin malzeme bilimi fakültesinin başındaki Emanuel Sachs. Ancak onca paraya ve uzmanlığa rağmen bu şirketin metal parçaları üretme tarzımızı yeniden icat ederek imalatın önemli bir kısmını baştan aşağıya dönüştürme hedefini tutturacağının garantisi yok. HAYAL KIRIKLIĞI MI? Fulop geniş ve açık çalışma alanında dolanırken onun yüzündeki heyecan ve çoşkunun yerini endişenin aldığı görülüyor. Çünkü ticari yazıcılar henüz tamamlanmış durumda değil. Çalışanlar bu makineleri düzeltmekle meşgul ve üretilmiş test objeleri pek de iyi sonuç vermiyor. İlerleme kaydediliyor, ancak zamanın azaldığı da bir gerçek. Ön kapının yanındaki bir köşede ve giriş alanında zemin bomboş ve tertemiz, oysa çok kısa bir sürede bu alanın yaklaşmakta olan fuar için bu şirketin önceden planlanmış yerinde sergileyeceği çalışır durumdaki örnek bir ürün ile kaplanması gerekiyor. Desktop Metal eğer başarılı olursa aslında 3D baskı geliştiricilerini 30 yıldan uzunca bir süredir uğraştıran ve bu teknolojinin etkisini önemli derecede sınırlayan göz korkutucu bir meydan okumanın çözümüne katkıda bulunmuş olacak. Gerçekten de o kadar tantanaya ve ateşli hayran kitlesine rağmen 3D baskı pek çok yönden bir hayal kırıklığı oldu. Amatör meraklılar ve kendinden menkul üreticiler bu pek de pahalı olmayan 3D yazıcıdan plastikten yapılma muazzam karmaşık ve zekice şekiller yaratmakta faydalanabiliyor. Bazı tasarımcılar ile mühendisler de bu makinelerin potansiyel ürünlerin tam boy maketini yapmakta fevkalade kullanışlı olduğunu düşünüyor. Ancak üretim alanında özel yapım işitme cihazlarıyla diş implantları gibi az sayıda birkaç özel ürün dışında polimer parçaların baskısına pek rastlanmıyor. 

OLDUKÇA PAHALI 

Her ne kadar bugün metallerin 3D baskısını yapmak mümkün olsa da bu iş hem çok zor hem de fevkalade pahalıya patlıyor. GE gibi gelişmiş imalatçı şirketler az sayıda aşırı değerli parçayı üretmek için özel yapım çok güçlü lazerleri olan muazzam pahalı makineler kullanıyor. Ancak metallerin baskısı işi bugün daha çok ekipmanlara milyonlarca dolar harcayabilecek şirketler, lazer kullanabilen tesisler ve tüm bunları çalıştırabilecek kapasitede kalifiye çalışanları olan işletmelerle sınırlı. Ayrıca halen ürün tasarımı ve geliştirmesi süreci boyunca metal bir parçanın çeşitli ardışıklarının baskısını yapmak isteyen şirketler için elde kullanılmaya hazır bir seçenek yok. 3D baskının eksiklikleri onun kendi taraftarlarını uzunca bir süredir heyecanlandıran vizyonunun kaygan bir zeminde olduğunu gösteriyor. Onlar ne zaman ellerine 3D bir yazıcı geçse derhal dijital bir tasarım yaratmak, sonradan test edip iyileştirebilecekleri prototiplerin baskısını yapmak ve ardından bu optimumlaştırılmış sürümün dijital dosyasından faydalanarak ticari bir ürün ya da onun bir parçasını yaratmak isteyebilir. Bu vizyonun bir gerçekliğe dönüşmesinde metal parçaların makul fiyatlı ve hızlı bir şekilde baskısının yapılabilmesi önemli bir adım olacaktır. 

AVANTAJLARI VAR

3D yazıcılar, tasarımcıların karmaşık ve diğer üretim yöntemleriyle kolaylıkla yapılamayan çok zor şekilli cihazların yaratılmasına yardımcı olabiliyor. Aynı zamanda manyetik bir metalin manyetik olmayan bir diğerinin yanına baskısını yaparak çeşitli malzeme kombinasyonlarını yan yana getirerek mühendislerin yeni işlevleri ve özellikleri olan parçalar yaratmalarını sağlayabiliyor. Tüm bunların dışında bu yazıcılar, seri üretimin ekonomilerini yeniden tanımlayabilir, çünkü baskı maliyeti kaç adet parça üretildiğinden bağımsız olarak aynı kalacaktır. Bu durum imalatçıların fabrikaların ölçeği, yedek envanter gereksinimi ve özel yapım ürünler için imalat sürecinin özelleştirilmesi hakkında düşünme sistematiklerini değiştirecektir. İşte bu yüzden 3D baskıyı parçaları üretmenin yeni bir yöntemine dönüştürmeye yönelik bir yarış yaşanıp duruyor. İçinde Stratasys ve 3D Systems’ın da olduğu uzun süredir 3D yazıcı tedariği yapan şirketler, her geçen gün imalatçıların kullanımı için yeterince hızlı çalışabilen daha ileri makineleri piyasaya sürüyor. HP geçen yıl bir 3D yazıcı serisini görücüye çıkardı ve bu yazıcıların imalatçıların çok yaygın kullanılan bir termoplastik olan naylonla prototipler ve ürünler yapabilmesine imkan vereceğini söylüyor. Geçen sonbahar aylarında GE, metal parçaların 3D baskısında uzmanlaşmış bir çift Avrupalı şirkete 1 milyar dolardan fazla para harcamıştı. Ancak Desktop Metal için asıl rekabet muhtemelen 3D baskı yapan şirketlerin sayısının artmasında değil. Bir kere HP, Stratasys (Desktop Metal’e yatırım yapanlardan biri) ve 3D Systems’ın yazıcıları çeşitli plastik türlerini kullanıyor. Oysa Fulop’un şirketi kendi yazıcılarında geniş bir yelpazeye yayılmış metalleri kullanmak istiyor. GE’nin en pahalı makineleri, Desktop Metal’in pazar ihtiraslarıyla çok az örtüşüyor. Aksine Desktop Metal’in asıl rakibi daha çok oturmuş metal-işleme teknolojileri. Bunların arasında iPhone’ların ultra ince alüminyum arka kapaklarının yapımında kullanılan bir yöntem olan otomatik talaşlı imalat teknikleri ve metal ürünlerin seri imalatında yaygın kullanılan bir teknik olan ve metal püskürtmeli kalıplama denilen hızla kabul gören bir uygulama bulunuyor. Diğer bir ifadeyle Desktop Metal diğer 3D yazıcılara üstün gelmek yerine imalatçıları kendi işlerinin merkezinde yer alan üretim yöntemlerinden uzaklaştırmaya çalışmak gibi zorlu bir işe soyunuyor. Fulop, “Metal parçaların imalatı trilyon dolarlık bir endüstri” diyor. Ayrıca 3D baskının bu pazardan küçücük bir pay alması durumunda bile bunun multi milyar dolarlık bir fırsatı temsil etmiş olacağını da ekliyor. 

~

BASKISI YAPILAMAYACAK KADAR SICAK 

Etrafınıza bir bakın. Her yerde metal görürsünüz. Ancak plastik parçaların üretiminde 3D baskı yaygın bir şekilde kullanılıyor olsa da MIT’de malzeme bilimi ve mühendisliği bölümü başkanı ve Desktop Metal’in eş kurucusu Chris Schuh’un dediğine göre bu teknoloji metal parçaların üretiminde çok dar bir alana hapsedilmiş durumda. 3D baskıyla metal parçalar üretmek birkaç nedenden dolayı çok zor. En bariz neden metallerin işlenebilmesi için çok yüksek sıcaklık seviyelerine ihtiyaç duyulması. Plastiklerin baskısının yapılmasında kullanılan en yaygın yöntemde polimerler ısıtılır ve yazıcının kafasından malzeme fışkırtılır. Sonrasında plastik çabucak sertleşerek istenilen şekli alır. Bu süreç yaklaşık bin dolar mertebesinde satılan bir 3D yazıcıda kullanılabilecek kadar basittir. Ancak alüminyumun 660°C, yüksek karbonlu çeliğin 1.370°C ve titanyumun 1.668°C’de eridiği göz önüne alındığında doğrudan metal püskürten bir 3D yazıcı imal etmek hiç de pratik değil. Metal parçaların istenen mukavemete ve diğer mekanik özelliklere sahip olmalarını sağlamak için ayrıca birkaç yüksek ısılı süreçten daha geçirilmeleri gerekir. Metal parçaların imalatında kullanılabilecek kadar hızlı bir 3D yazıcı yapmak için Desktop Metal yüzünü 1980’lerin sonlarında kullanılan bir teknolojiye çevirdi. Bu, şirket eş kurucusu Sachs liderliğindeki bir MIT mühendisler ekibinin “üç boyutlu baskı teknikleri” patentini almak için başvurduğu sırada olmuştu. Bu patent başvurusunda ince bir metal tozu katmanının oluşturulduğu ve sonra mürekkep püskürtmeli bir baskı yöntemiyle bu tozu seçici bir şekilde bağlayarak bir araya getiren bir sıvının kullanıldığı bir süreç tarif ediliyordu. Metal bir parçayı oluşturmak için yüzlerce veya binlerce kez tekrarlanan bu süreçle bir insan neredeyse sınırsız geometrik karmaşıklıkta ürün yaratabilir. Sachs, bu MIT araştırmacılarının kendi baskı yöntemlerinin metal ve seramik parçaların imalatında da kullanılabileceğini bildiklerini söylüyor. Ancak bu gurup, bu işlemin pratik olamayacak kadar yavaş kaldığını ve o dönemde bu süreç için gerekli metal tozların aşırı pahalı olduklarını da biliyordu. Sachs sonra içinde fotovoltaiklerin imalatını geliştirmeye yönelik bir çabanın da olduğu diğer araştırma alanlarına yöneldi. Gelecek 10 yıllarda 3D baskı resmen uçacak ve çok sayıda ürün tasarımcısının hayallerini süsleyecek. 2009 yılında MakerBot tarafından piyasaya sürülen hem ucuz hem de kullanımı kolay olan bir 3D yazıcı çoğu mucitin ve teknoloji meraklısının aklını başından almıştı. Ancak bu makul fiyatlı 3D yazıcılar yine kendilerinin sadece az sayıdaki ucuz plastiklerle sınırlı oldukları gerçeğine toslamıştı. Üstelik bu makineler her ne kadar karmaşık plastik şekillerin baskısını yapabiliyor olsa da nihai ürün sıklıkla konvansiyonel teknolojiyle yapılan plastik parça kadar iyi olmuyordu. Bu arada GE gibi endüstriyel imalatçılarda çalışan araştırmacılar metallerin baskısı için 1980’lerin sonlarında icat edilmiş lazer tabanlı teknolojileri geliştiriyordu. Bu makineler, bir metal toz katmanı içinde malzemeyi ısıtarak şekiller çizmek için lazerlerden veya bazı durumlarda da yüksek enerjili elektron ışınlarından faydalanıyor. Onlar erimiş tozdan üç boyutlu nesneyi yaratabilmek için bu süreci devamlı tekrarlıyor. Bu süreç teknik kapasite bakımından çok etkileyici, ancak çok yavaş ve aşırı pahalı. Hatta diğer yöntemlerle yapılamayacak kadar karmaşık olan fevkalade değerli parçalarda kullanıldığında dişe dokunur bir süreç. Burada bilhassa GE’nin sofistike 3D baskı püskürtme memesi kullanan yeni jet motoru ön plana çıkıyor. Motorların içinde girift soğutma kanalları olduğundan çok daha hafifler ve dayanıklılar.

100 KAT DAHA HIZLI 

Desktop Metal’in kurucuları çok daha yaygın bir şekilde erişilebilir bir 3D metal baskı yöntemi geliştirmeye karar vermişti ve onların iki farklı türden makine satması gerekiyordu: Tasarımcılar ve mühendislerin prototipler üretmekte kullanabilecekleri pek de pahalı olmayan bir “masa üstü” model ile imalatçılar için yeterince büyük ve hızlı başka bir model. Şansları yaver gitmişti ki kaydedilen birkaç inovasyon sayesinde Sachs’ın orijinal icadı nihayet seri üretime uygun pratik bir çözüm haline geldi ve bu inovasyonlardan biri de yapıştırıcının çökertilmesi için çok yüksek hızlı mürekkep püskürtmeli baskının geliştirilmesiydi. Her biri 50 mikrometre kalınlığında olan ve birkaç saniyede çökelen ardı ardına yapılan yaklaşık 1.500 katman baskıdan sonra bu üretim-ölçekli yazıcı bir saat içinde 16.4 cm3’lük bir parçayı üretebiliyor. Bu süreç metal parçaların yapılabildiği lazer tabanlı bir 3D yazıcıdan yaklaşık 100 kat daha hızlı. Desktop Metal kendi prototipleme makenesi için plastic tabanlı 3D bir baskı yöntemi seçti. Ancak burada yumuşatılmış polimer yerine akışkan bir polimer yapıştırıcıya karıştırılmış metal tozlar kullanılıyor. Bu formülasyon metal tozlarını istenen şekle kümelemek için basılan yapıştırıcıdan faydalanarak püskürtmeyle haddeleniyor. Ancak nihai parça ister prototipleme makinesiyle isterse de üretim modeliyle basılmış olsun, sonuçta ortaya çıkan nesne yani plastik bağlayıcı parçayla metal parça tek bir metalin mukavemetine sahip olamıyor. Bu yüzden parça malzemenin daha yoğun olması için ısıtılarak istenilen özelliklere kavuşmasını sağlayan bir süreç olan sinterleme için özel olarak tasarlanmış mikrodalga bir fırından geçiriliyor. Sinterleme sürecinde dikkatlice ayarlanmış bir aşamalar serisinde bu polimer yakılıp kül ediliyor ve sonra metal onun erime noktasının bir hayli altındaki bir sıcaklıkta kaynaştırılıyor. 

SATIŞ BECERİSİ

Hayranlarının vaatlerine göre 3D baskı teknolojisi endüstriyel imalatçılara duyulan gereksinimi azaltacak ve yerel zanaatkarları güçlendirecek. Gerçekte ise büyük bir ihtimalle bundan çok farklı ama yine de fevkalade etkili bir şeyler olacak. Endüstriyel üretimdeki pek çok sektör her geçen gün otomasyondan ve ileri yazılımlardan daha fazla faydalanıyor ve 3D baskı da bu süregelen akımı dijital imalata doğru yönlendiriyor. Bazı bakımlardan metal bir parça yaratmak için dijital bir dosyayı ortadan kaldıran otomatik bir talaşlı imalat sürecinin olması pek mümkün değil. 3D baskıda farklı olan onun çok daha karmaşık nesneleri yapmanın bir yolunu sunması ve üretim sürecinin tasarımcılarla mühendislerin önüne çıkardığı kısıtlamaların pek çoğunu ortadan kaldırması. Bu yazıcı imalatçılara kendi lojistiklerini ve üretim stratejilerini değiştirmeleri konusunda ilham kaynağı da olabilir. Oldukça az miktarlarda üretilen mallar için 3D baskı çok daha ucuz olabilir, zira o metallerin ve plastik nesnelerin seri üretiminde gerekli olan aletle işleme, döküm ve kalıplamayla ilgili maliyetleri ortadan kaldırıyor. Tüm bunları kurmak için gerekli zaman ve para, seri üretimin bir imalatçı tarafından söz konusu para kazanmak olduğunda sıklıkla tercih edilmesini açıklayan bir neden olabilir. Yığınsal ölçekte üretime yönelik onca teşvik olmasa fabrikalar üretim planlarını değiştirebilir ve talebe karşı çok daha hassas tepki vererek tam zamanında imalata hiç olmadığı kadar yakın olabilirler. Desktop Metal’in eş kurucularından biri olan ve MIT’de makine mühendisliği profesörü unvanıyla dersler veren John Hart, buna müşteriye özel seri üretim diyor. İmalatçılar artık devasa miktarda birbirinin aynısı parçalar üretmek ve onları dünyanın dört bir yanına nakletmek için dev tesislere sahip olmak yerine farklı ürünler seti yapan ve gerektikçe onların üretimini artıran dağınık fabrikalar kurabilir. Hart, “10 veya 20 yıl içinde olabilecekler bizim hayal gücümüzü aşıyor. Hatta ben bile bizim bu teknolojilerle aslında neler yapabileceğimizi gerçekten bildiğimi zannetmiyorum” diyor. Şimdilik Desktop Metal’in önünde duran en ciddi mesele kendi ekipmanlarını şirketlerin gelecek nesil ürünlerinden sorumlu tasarımcıların ve mühendislerin ellerine ulaştırmak. Bu kış Fulop bu şirketin ilk ürünü olan prototipleme makinesini mayıs başında Pittsburgh’da düzenlenecek bir fuarda sergilemek için hazırlık yapmıştı. Fulop’un işi fuar katılımcılarını Desktop Metal’in prototipleme yazıcısına 120 bin dolar harcamaya ve sinterleme sürecinin kendi şirketlerinin geleceği için kaçınılmaz olduğuna ikna etmekten ibaret. Fulop için en uygun iş satış yapmaktır. Daha 16 yaşında memleketi Venezuela’da yaşarken kurduğu ilk şirketiyle bilgisayar donanımı ve yazılımı ithal ederek iş hayatına atıldıktan sonra bugüne kadar yarım düzineden fazla şirket kurdu. Ancak hayatında en büyük şöhreti 2000’li yılların sonlarında en yüksekten uçan start uplar’dan biri olan A123 Systems adındaki bir pil fabrikasını kurduğunda yakaladı. Zira 2009 yılında bu şirketi borseye kote ettiğinde 371 milyon dolar toplayarak zirveye çıktı. Bu şirket Desktop Metal’in eş kurucularından biri olan MIT profesörü Yet-Ming Chiang tarafından geliştirilmiş yeni bir lityum iyon teknolojisini temel alıyordu. A123 de tıpkı mevcut 3D baskı start up’ı gibi devasa bir pazarda devrim yapmak için malzeme bilimindeki uzmanlığını uygulamayı ümit ediyordu. A123 gayet hızlı bir büyüme yakalamasına ve son derece başarılı bir halka açılma süreci gerçekleştirmesine rağmen bu şirket 2012 yılında iflasını açıkladı. Fulop’a A123 tecrübesinden ne gibi dersler çıkardığını sorduğunuzda şöyle diyor: “Pil piyasası zaten çok düşük kâr marjlı bir pazardır.” Gerçekten de A123 giderek kalabalıklaşan pil piyasasında rekabet etmekte çok zorlanmıştı ve bu şirket yeni palazlanan hybrid araç pazarında zafer kazanmak için klasik lityum iyon piller konusunda yeterince radikal bir performans gösterememişti. Desktop Metal’in yüzleşeceği meydan okumalar ise çok daha farklı olacak. Metal parçalara yönelik devasa bir pazar zaten halihazırda var. Bu start up kendi teknolojisinin en azından kısa vadede doğrudan rakibinin çok az sayıda olacağına inanıyor. Chiang start up’ın “gerçekten çok zengin” patent portföyüne dikkat çekiyor. “Teknoloji ne kadar çetrefilleşirse o pazara girişin önündeki duvarlar da o kadar yüksek olur” diyor.