3. Endüstri Devrimi?

3 Boyutlu Baskı ve Masaüstü İmalat

Esin ERTEK

TSKB Ekonomik Araştırmalar | erteke@tskb.com.tr

Kasım 2014

3. e

TSKB Ekonomik Araştırmalar / Esin ERTEK

3. Endüstri Devrimi?

İlk endüstri devrimi İngiltere’de tekstil atölyelerini, ikincisi ise ABD’de montaj hattı ve seri üretimi

getirdi. Her iki devrim de imalatı verimli hale getirip bazı ülke ve insanları zenginleştirdi. Peki ya

üçüncüsünün zamanı geldi mi?

Bir süredir, üretim ve ekonomi ile ilgili mevcut paradigmaları kökünden değiştirecek yeni bir devrimin

sesleri yükseliyor. Bu devrimin ön saflarında 3D yazıcılar var. Bu makinalar, geleneksel yazıcılardaki

mürekkebin yerini farklı materyaller ile dolduruyor ve bildiğimiz anlamda üretimin keserek, bükerek,

lehimleyerek gerçekleştirdiklerini kat üstüne kat inşa ederek yapıyor: Bir çekiç, keman ya da bisiklet

tamponu.

Bugüne kadar materyal kısıtlamaları ve teknolojinin yetersizliği nedeniyle çoğunlukla prototip

uygulamalarında ve kalıp yapımında kullanılan 3D yazıcıların son ürün imalatında kullanılması, üretim

için bünyesinde farklı makinaları bulunduran dev fabrikalar kurma, uluslararası tedarik zincirleri

yönetme ve ucuz iş gücü bulma ihtiyacını sarsıyor. Üretimde yüksek maliyetli ve değiştirilmesi zor

kalıplar yerine üzerinde kolayca oynama yapılabilen elektronik şablonlar kullanılması, tüketicilerin

standardizasyon yerine kişiselleştirme istediği bir dünyada ölçek ekonomisinin bugünkü önemini

yitirmesine yol açabilir ki bu da düşük hacimli üretimin yüksek maliyet engeline takılmadan

yapılabilmesi demek. Bu anlamda temel yaşamsal ihtiyaçlara erişimde sıkıntı yaşayan insanlara

yardım etme potansiyeli de var. Hızlı yayılan bir epidemi karşısında, bir konteynere sığabilecek

boyuttaki prosesler modern üretim tesislerinin uzağında gerekli ilaç üretimini hızla sağlama olanağı

verebilir.

Elbette devrimin çelişkileri de var. İmalat için kullanılan elektronik şablonların kısıtlama olmadan

paylaşılabilir ve üzerinde oynanabilir olmasının, evde silah üretimini mümkün kılmasından fikri

mülkiyet hakları ve patent kanunlarındaki açıklara, yeni sorunlar getirmesi kaçınılmaz. Ancak Napster

ve öncüllerinin açtığı yolun online müzik devrimini geri dönülemeyecek bir biçime getirmesi gibi,

Shapeways, Cubify, Thingiverse ve benzerlerinin de bu yeni devrimi hızlandırmasını önlemek mümkün

olmayabilir.

3. e

TSKB Ekonomik Araştırmalar / Esin ERTEK

3. Endüstri Devrimi?

3D yazıcılar her biri bir önceki katmanın üzerine inşa edilen

tabakalar yoluyla 3 boyutlu nesneler imal edebilen, bir diğer

ifadeyle katmanlı/eklemeli üretim (additive manufacturing)

yapabilen makinalardır. Mürekkep püskürtmeli yazıcıların

kontrollü mürekkep akışıyla 2 boyutlu görüntü yaratmasına

benzer şekilde 3D yazıcılar da genel olarak küçük materyal

parçalarının bir platform üzerine kat kat enjekte edilmesi

prensibi ile çalışırlar.

3D Yazıcıların Genel İşleyiş Şeması

Katmanlı Üretim Teknolojileri

Katmanlı üretim ve 3D baskı çoğu zaman birbirleri yerine kullanılan terimler olsalar da 3D baskı

haricinde birçok katmanlı üretim teknolojisi mevcuttur. Günümüzde son kullanıcı fiyatları $1.000

seviyesinden başlayan ev kullanımına uygun basit 3D yazıcılardan uçak motoru parçalarının

üretiminde kullanılan endüstriyel yazıcılara geniş bir yelpazeyi kaplayan bu teknolojilerden bazıları

aşağıdaki gibidir:

Steryolitografi: Katmanlı üretim teknolojisinin nüveleri 1950’lerde DuPont tarafından geliştirilen ve

bir çeşit ışığa duyarlı plastik olarak ifade edilebilecek olan fotopolimer reçinelerine dayanır.

1960’larda fotopolimerlerin lazer ışınları ile katılaştırılarak 3 boyutlu obje etme çalışmalarına

başlanırken 1980’lerin başında Japonya, ABD ve Fransa’da eş zamanlı olarak geliştirilen ve

ticarileştirilmeye yaklaşan teknolojiler fon yetersizliği nedeniyle yarım kalmıştır. 1986’da 3D Systems

(ABD), genel olarak steryolitografi adı verilen bu teknolojiyi patentleyerek bir sonraki yıl ilk ticari

katmanlı üretim sistemi olan SLA-1’i piyasaya çıkartmıştır.

Yazılım

•AutoCad 3D, Solidworks vb gibi programlar ile nesne tasarımı yapılır.

3D Tarayıcı

•Opsiyonel olarak mevcut bir obje taranarak 3 boyutlu modeli çıkartılır.

Dijital Dosya

•Yazılım ile yapılan tasarım ya da mevcut objenin bilgileri 3D yazıcının işleyebileceği bir katman dosyasına dönüştürülür (ör. STL/AML).

Üretim

•Ürün detayı, katman inceliği ve yazıcının işlemci gücüne bağlı olan "çözünürlüğü" ile orantılıdır.

3. e

TSKB Ekonomik Araştırmalar / Esin ERTEK

3. Endüstri Devrimi?

Fused Deposition Modelling (FDM): Katmanlı üretim teknolojisinin günümüzde en ucuz ve portatif

hali olan FDM yönteminde termoplastik malzeme, ısıtılmış bir kafaya lif halinde gönderilir. Bu kafa

bilgisayar kontrollü olarak istenilen kesit formlarını tabakalar halinde oluşturur. Mısır ve şeker kamışı

gibi bitkilerden elde edilen bir biyoplastik olan PLA, LEGO’larda da kullanılan ABS, suda çözünebilen

PVA gibi termoplastikler kullanılarak cep telefonu kılıfı, takı, oyuncak gibi çeşitli nesneler renkli olarak

üretilebilmektedir.

Direct Laser Sintering (DLS): Almanya’da geliştirilen ve lazer ışınları yoluyla metal tozlarının

birleştirilerek katmanlar yaratılmasına dayanan DLS metodu ile günümüzde paslanmaz çelik, kobalt-

krom, inkonel ve titanyum gibi materyallerden 3 boyutlu nesneler oluşturulmaktadır.

Electron Beam Melting (EBM): Metal tozlarının eritilerek birleştirilmesini sağlayan bir diğer üretim

prosesi İsveç’de geliştirilen EBM metodudur. Lazer yerine elektron demetlerinin kullanıldığı EBM

yöntemi özellikle tıbbi implantlarda kullanım alanı bulurken jet motorlarındaki türbin bıçaklarının bu

teknolojinin bir varyantı ile üretilmesi konusunda önemli aşama kaydedilmiştir.

Geleneksel Üretim (subtractive manufacturing)

Katmanlı Üretim

(additive manufacturing) Yüksek yatırım maliyeti, çoğu

durumda ürüne tahsis edilmiş üretim hattı

İlk Yatırım ve Sabit Giderler Yazıcı, “mürekkep” ve dijital

model

Değişken (ortalama %5-%20 ) İşgücü Maliyeti Yok sayılabilir

Değişken (çoğu durumda %10’a kadar)

Atık ve Fire Yüksek verim

Çok çeşitli Girdi Basıma uygun kısıtlı materyal

seçeneği

Standart Ürün Dizayn Toplu Kişiselleştirme

Ölçek … Ekonomisi Birin

3. e

TSKB Ekonomik Araştırmalar / Esin ERTEK

3. Endüstri Devrimi?

Örnek Katmanlı Üretim Uygulamaları

Emniyet Kemeri Tokası: Geleneksel üretim yöntemleri ile imal edilen uçak

koltuğu emniyet kemeri tokaları, ortalama 120 (alüminyum) ile 155 gram

(demir) arasında ağırlığa sahiptir. DLS katmanlı üretim yöntemi ile

titanyumdan imal edilen aynı etkinlikteki tokanın ağırlığı ise 70 gramın

altındadır (sağ alt resim). Bu yolla uçak toplam ağırlığının azaltılması

sonucunda toplam yakıt tüketiminde ve CO2 emisyonlarında yaşanan

iyileşme havayolları açısından avantaj sağlarken üretimde sadece ürünün

son halinde gerektiği kadar hammadde kullanılması %75’e varan

hammadde tasarrufu sağlayarak üreticiler için maliyet avantajı

getirmektedir.

Ancak DLS teknolojisinin üretim aşamasındaki yoğun enerji gereksinimi

nedeniyle birçok ürün grubunda geleneksel üretim yöntemlerine göre

maliyetlerde henüz rekabetçi seviyelere ulaşılamadığı görülmektedir. Kaynak: www.eos.info

Kişiselleştirilmiş Atletizm Ayakkabısı: Ayakkabı renginin ve üzerindeki baskının özelleştirildiği

geleneksel kişiselleştirmeden farklı olarak atletlerin vücut yapısına ve kullanım amaçlarına bağlı

olarak, kalıp kullanılmadan tamamen 3 boyutlu baskı yoluyla ve plastik tozunun lazer ışınları ile

sertleştirilmesi yöntemiyle çivilerin monte edileceği taban plakaları

üretilebilmektedir. Bu yolla, geleneksel üretim metotları ile üretimi

mümkün olmayan karmaşık tasarımlar mümkün olurken her

anatomik farklılık için ayrı kalıp üretilmesi ihtiyacı ortadan kalkmakta

ve prototipten üretime geçilme süreci hızlanmaktadır. Kaynak: www.newbalance.com

Biyo-yazıcılar: Hücre biyolojisi ve malzeme biliminin kesişiminde doku mühendisliği yoluyla mürekkep

olarak kök hücrelerden üretilen canlı hücreler kullanılarak hasar görmüş insan doku ve organlarının

tamir edilebilmesi mümkün olabilir. Mevcut durumda organ üretiminin önündeki en büyük teknolojik

engel dokuların hayatta kalmasını sağlayacak damar gelişiminin başarılması olarak görünmektedir.

Yenilikçi ilaç geliştirme aşamalarında kullanılması hedeflenen minyatür insan karaciğeri üzerinde

çalışmalar yapan Organovo (ABD) gibi örnekler biyo-yazıcıların potansiyel kullanım alanlarına ışık

tutmaktadır.

Gıda Basımı: Besin maddelerinin 3 boyutlu baskı yoluyla üretilmesi, işler damar ağlarına ihtiyaç

duyulmaması nedeniyle canlı dokulara göre daha kolay gerçekleşebilir. Bu doğrultuda biyo-

materyallerden kırmızı et ve deri üretimine yönelik çalışmalar yapan Modern Meadow’dan (ABD)

Barcelona-Activa girişim inovasyon bölgesinde kurulan ve taze gıdaları kullanan bir 3D yazıcı

geliştirmeye çalışan Natural Machines’e (İspanya) çok farklı seviyelerde AR-GE yoğunluğuna sahip iş

modelleri bulunan start-up örnekleri mevcuttur.

3. e

TSKB Ekonomik Araştırmalar / Esin ERTEK

3. Endüstri Devrimi?

“Bir”in Ekonomisi ve Üretimin Demokratikleşmesi (?)

Internet’in gelişimi ve yaygınlaşması ile bilginin ve haberleşmenin demokratikleşmesi gibi katmanlı

üretimin gelişmesi ile yüksek hacimli ve standardize imalat dışındaki üretimin demokratikleşmesi de

mümkün olabilir. Fikirlerin yüksek makine parkı yatırımlarına gerek duyulmadan hızla uygulamaya

geçirilebilmesi, özellikle gelişmekte olan ülkelerdeki girişimcilerin iş kurarken finansman bulma

sıkıntısını azaltırken, 3 boyutlu basım hizmetlerine erişimi olan tüm bireylerin daha kolay üretici

konumuna geçebilmesini sağlayabilir.

Diğer taraftan yedek parçaların istenildiği zaman tek tek ya da küçük partiler halinde üretilebilme

imkânı, bir taşıtın ömrü boyunca gerekebilecek parçalar için sürekli bir üretim hattı işletme ve ürün

stoklama gereksinimini kaldırarak, büyük ölçekli işletmelere operasyonel verimliliklerini artırma

olanağı sağlayabilir.

Katmanlı üretim metotlarının endüstriyel ve kişisel düzeyde yaygınlaşması ile her devrimsel

teknolojide olduğu gibi, sadece mevcut iş yapış şekilleri etkilenmekle kalmayacak, hukuki altyapının

da yeni düzene uyum sağlaması zorunlu hale gelecektir.

Günümüzde özellikle FDM teknolojili 3D yazıcıların yaygınlaşması ile 3dhubs.com gibi online servisler

yoluyla kullanıcılar yakınlarındaki 3D baskı imkanı sunan noktalar ile bağlantı kurma imkanı bulurken,

3D tasarım dosyalarının ücretsiz paylaşıldığı online topluluklar hazır (ve bazı durumlarda patent

koruması altında olan) ürün tasarımlarına ulaşmayı kolaylaştırmakta ve lisanssız üretime imkan

vermektedir.

Ancak tüm bu değişimlerin gerçekleşebilmesi için önümüzdeki dönemde 3 boyutlu baskı

teknolojilerinin öncelikli olarak başarması gereken en önemli ortak nokta, baskıda kullanılan

”mürekkep” çeşitliliğinin artırılması ve bu mürekkeplerin depolanma ve dağıtımı olarak

görünmektedir. Bu noktada malzeme bilimi merkezli Ar-Ge çalışmalarının başarısı, 3 boyutlu baskı

teknolojilerinin yaygınlaşarak geleneksel üretim ve tedarik zincirlerini sarsma gücünü ve dolayısıyla

kaderini belirleyecektir.

Üretici ve Tüketici

Düzeyinde Gelişen Yeni İş

Modelleri

Demokratikle-şen Üretim (?)

Veri Standartları, Fikri ve Sınai

Mülkiyet Hakları

Çevresel, Sosyal ve

İnsani Etkiler

Güvenlik ve Ürün ile İlgili Sorumluluk

3. e

TSKB Ekonomik Araştırmalar / Esin ERTEK

3. Endüstri Devrimi?

Ek Bilgi: Digital Agenda for Europe. Futurium. European Commission http://ec.europa.eu/digital-agenda/futurium/en/content/3d-printing 3-D Printing and the Future of Stuff. WIPO Magazine. http://www.wipo.int/wipo_magazine/en/2013/02/article_0004.html

The National Additive Manufacturing Innovation Institute. https://americamakes.us/index.php Printing Batteries. MIT Technology Review. http://www.technologyreview.com/demo/521956/printing-batteries/ The Road Ahead for 3-D Printers. PwC. http://www.pwc.com/us/en/technology-forecast/2014/issue2/features/future-3d-printing.jhtml 3D Printing and the Democratisation of Design. Carolyn Conner-Seepersad. TEDx Jamaica. http://tedxtalks.ted.com/video/TEDx-Jamaica-Carolyn-Conner-See 3D Printing Shows Promise But a New Industrial Revolution Will Have to Wait. CityAM. http://www.cityam.com/article/1381718090/3d-printing-shows-promise-new-industrial-revolution-will-have-wait

3. e

TSKB Ekonomik Araştırmalar / Esin ERTEK

3. Endüstri Devrimi?

Bu doküman Türkiye Sınai Kalkınma Bankası A.Ş.’nin uzman kadrosunca güvenilir olarak kabul edilen kaynaklardan elde edilen verilerle hazırlanmıştır. Notta yer alan görüşler ve öngörüler, not kapsamında belirtilen ve kullanılan yöntemler ile sektör temsilcileriyle yapılan görüşmelerle üretilen sonuçları yansıtmakta olup bu verilerin tamlığı ve doğruluğundan Türkiye Sınai Kalkınma Bankası A.Ş.'nin herhangi bir sorumluluğu bulunmamaktadır. Notta yer alan sonuçlar, görüşler, düşünceler ve öngörüler, Türkiye Sınai Kalkınma Bankası A.Ş. tarafından açık ya da gizli olarak bir garanti ve beklenti oluşturmaz. Diğer bir ifadeyle; bu dokümanda yer alan tüm bilgi ve verileri kullanma ve uygulama sorumluluğu, doğrudan veya dolaylı olarak, bu rapora dayanarak yatırım kararı veren ya da finansman sağlayan kişilere ait olup, elde edilen sonuçtan dolayı üçüncü kişilerin doğrudan ya da dolaylı olarak uğradıkları zarardan Türkiye Sınai Kalkınma Bankası A.Ş. hiçbir şekilde sorumlu tutulamaz. Bu doküman ileriye dönük tahminleri de kapsamaktadır. Türkiye Sınai Kalkınma Bankası A.Ş., bu tahminlere ulaşılamaması ya da Doküman’daki bilgilerin tam ve doğru olmamasından sorumlu tutulamaz.

© 2014 Bu dokümanın tüm hakları saklıdır. Türkiye Sınai Kalkınma Bankası A.Ş.’nin izni olmadan raporun içeriği herhangi bir

şekilde basılamaz, çoğaltılamaz, fotokopi veya teksir edilemez, dağıtılamaz.