3D Yazıcılar için Grafen Filamanı

 

Grafen Filamanı 

Grafen: elmastan daha güçlü, bakırdan daha iyi iletken, kauçuktan daha elastik… Grafen katkılı PLA artık hizmetinizde. FDM 3D yazıcılar ile artık grafen filamanı ile  baskı yapabilirsin.

2010 yılı nobel fizik ödülü, grafen konusu üzerine verilmiştir. Peki nedir bu grafen? Grafeni özel kılan nedir? Grafen yaşamın en temel atomlarından birisi olan karbon atomlarından oluşur. Grafen ile elması oluşturan atomlar tamamen aynıdır. Aralarındaki fark karbon atomlarının birbirleriyle konumlanma biçimidir. Grafende karbon atomları bal peteği düzeninde sıralanmıştır.  

Kuantum fiziği grafenin bazı ilginç özellikleri olduğunu söyler. Bunlardan bazıları elektriği ve ısıyı mükemmel iletmesi, ışık geçirgenliğinin yüksek olması, sağlam ve elastik olmasıdır. Örneğin grafenin elektriksel iletkenliği bakırdan çok daha üstündür. (Aynı hacme sahip grafen ve bakırın ağırlıkları oranı 1/6 dır. ) Grafen insanoğlunun bildiği en sağlam malzemedir. Çelikten yaklaşık 200 kat daha sağlamdır. Grafenin diğer bir özelliği esnek yapısıdır. Grafen  orjinal uzunluğunun kabaca %25’i kadar esneyerek uzayabilir. Grafen ilginç özellikleri ile geleceğin malzemesi olacak gibi görünüyor. Grafen aynı zamanda transparan bir malzemedir. Üzerine düşen görünür bölgedeki ışığın %97-98 inin geçirir. Grafenin esnek ve transparan özelliği değişik uygulamalar için idealdir. Örneğin transparan ekran yapımında kullanılabilir. Sağlam ve bükülebilir olması, kırılmadan deforme edilebilen, katlanabilir elektronik cihazlar yapımında kullanılmasının önünü açar. Detektör, transistor, batarya, iletkenler, ekran, elektronik, enerji, tıp ve diğer bir çok alanda uygulamaları vardır.

Grafenin plastik gibi bir başka malzeme ile karıştırılması ile farklı ihtiyaçlara cevap veren kompozitler üretilmekte ve yeni kompozitler de geliştirilmektedir. 2015 yılında piyasaya sürülen grafen filamanı böyle bir kompozitdir.

Grafen & 3D YAZICI 

 Katmanlı üretim teknolojisi 1980’lerden itibaren kullanılmasına rağmen ancak son zamanlarda popülerlik kazanmaya başlamıştır. ABS ve PLA gibi termoplastik malzemelerin FDM teknoloji ile  sarf malzeme olarak kullanılmaya başlanması  fiyatları düşmesine ve 3D yazıcıların popular olmasına katkı sağlamıştır. FDM yazıcılarda termoplastik malzeme belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılır ve mikron ölçeğinde çapı olan püskürtücü (nozzle) tarafından katman katman atılır. Çıkan 3 boyutlu ürünün fiziksel ve kimyasal özellikleri PLA veya ABS malzemelerinin özelliklerine sahiptir. Farklı ihtiyaçlara cevap veren 3D yazıcılarda kullanılabilecek yeni malzemelerin ortaya çıkması, 3D yazıcıların kullanım alanlarını artıracaktır. Hemen hemen her hafta yeni bir kompozit 3D yazıcı sarf malzemesi insanoğlunun kullanımına sunuluyor. Sonuç olarak sarf malzemelerinin listesi uzamaktadır.  2015 yılında 3D sarf malzeme listesine eklenerek heyecan oluşturan yeni malzeme ise grafen filamanıdır.

Grafen filamanı için uzun süreden beri firmalar arasında ciddi bir rekabet vardı. Yarışı kazanan Grafhen 3D Lab isimli NewYork’da üretim tesisi olan bir şirket oldu. (Şirket sadece grafen üzerine çalışmıyor, örneğin Taulman 3D şirketiyle bulaşık makinasında kullanılabilecek ve kaynayan suya dayanıklı olacak naylon filamanının geliştirilmesi üzerine ortaklık anlaşması imzaladı.) 2015 yılı mart  ayında grafen içeren ilk 3d yazıcı filaman şirket tarafından piyasaya çıkarıldı. Unutulmamalıdır ki piyasaya sürülen filaman tam anlamıyla grafen değil. Grafen nanofiberli nanokompozit PLA olduğundan dolayı grafenin tüm fiziksel özellikleri filamanda yoktur. Bununla birlikte hala bir çok ilginç uygulamaları var.

1,75 mm çaplı siyah renkli grafen PLA sargısı internet üzerinden satılmaktadır. 100 gramlık sargısı 55 dolardan internet üzerinden satışı yapılmaktadır. Bu alanda tek çalışan Grafen 3d Lab şirketi değil. Örneğin Grafen üzerine araştırmalar yapan ve bir çok patent başvurusu olan Grafoid şirketi gelecek yıllarda patlama yapacağını düşündüğü 3D yazıcı sarf malzeme işine gireceğini açıklamıştı. Kanada’lı Grafoid firması Altamat şirketi ile pudramsı MesoGraf grafen ve 3D yazıcı filamanı üretimi için iş birliği yaptığını 2014 yılının başlarında açıkladı. Kanada’nın Kingston şehrindeki teknoloji merkezi kurdukları merkezde 3D yazıcılarda kullanabilecekleri grafen üretmeyi planlamaktadır. Grafoid şirketi grafene duyulan küresel ihtiyacında standartları belirleyen şirket olmayı hedeflemektedir.  Bu alanadaki başarı grafen özelliklerini maksimum düzeyde taşıyan ve en ucuz üretim yapan firmaya ait olacak. 3D yazıcılar için grafen zerinde çalışan bir diğer kurum ise Manchester metropolitan üniversitesi. Araştırmacılar  grafen ile 3D yazıcıdan pil ve süperkapasitör yapmak için bir proje yürütüyorlar. Telefon, tablet, güneş ve rüzgar türbinlerinin ürettiği enerjinin depolanması gibi yerlerde kullanılabilir.

Grafen Filamanı elektriği ileten bir malzemedir

Grafen filamanının en önemli özelliği iletken  olmasıdır. Filamanın hacimsel özdirenci 0,6 Ohm.cm’dir. (Direnç uzunluk arttıkça artar.) Şirketin ürettiği grafen filamanı maksimum 12 Volt ve 100 mili Amper güç kaynağına kadar kullanılabiliyor.  Grafen filamanı 50 derecede yumuşadığı için bu sıcaklığın altındaki uygulamalar için kullanılabilir. Grafen katkılı PLA malzemezinin 3D ile üretilen sensör, iletken devre gibi uygulamalarda kullanılabilir. Yakın gelecekte grafen filamanının  3D basılmış elektronik uygulamaların önünü açtığını göreceğiz. Örneğin giyilebilir elektronik cihazlar dünyasında 3D yazıcıyla kullanılan grafen filamanı önemli bir rol oynayabilir. BlackMagic şirketinin grafen filamanı  Voxel 8 veya herhangi bir ısıtılmış platforma sahip, 170 santigrat derece civarı sıcaklıkta  püskürtebilen FDM 3D yazıcı ile kullanılabilir.

Grafen çelikten 100 kat daha ser bir malzeme.  Grafen filamanı bu kadar sağlam bir malzeme değildir. Fakat standart ABS ve PLA malzemelerinden sağlamdır ve mekanik streslere dayanıklı çeşitli parçalar üretmek için kullanılabilir.

Grafen filamanı ile dokunmatik kapasitif sensor yapılabilir. (Kapasitif sensor metal, lastik, kağıt, tahta vb. gibi malzemeleri algılayan sensor çeşitidir.) Kapasitif sensorlerle ayrıca  ivme, konum, nem, akışkanın yüksekliği gibi parametrelerin ölçümü için kullanılabilir.

Grafen filamanının kullanılabileceği bir diğer yer ise elektromanyetik dalgalardan korunmasını istediğiniz sistemlerdir. Otomotiv, havacılık, telekomünikasyon alanlarında ve tıbbi cihaz uygulamalarında grafen filamanı ile yapılan baskılar kullanılabilir.

3D olarak istediğiniz şekilde basacağınız pil ilginici çeker miydi? Grafen filamanı ile artık bu iş hayal olmaktan çıktı. Grafen filamaı ile 3 boyutlu olarak basılan pillerin voltajı piyasada satın alabileceğiniz kalem piller ile aynı voltaja sahiptir. 3 boyutlu basılan piller otomobil, giyilebilir elektronik ve minyatürize edilmiş elektronik elemanlarda kullanılabilir.

Grafen filamanı için tavsiye edilen püskürtücü ve platform taban sıcaklıkları sırasıyla 220 ve 50 derecedir. 220 derecenin altı sıcaklıklarda tıkanma yaşanabilir. Şirket ayrıca filamanın ısıtılmış nozzle içinde uzun süre bırakılmamasını tavsiye ediyor. Ayrıca yazıcıyı kullanmıyorsanız, grafen filamanının nozzle içinde bırakılması ter
mal genleşmeye yol açıp tıkanmaya sebep olabilir. Eğer çift püskürtücüye sahip bir 3D yazıcı kullanıyorsanız, PLA ile kullanmanız tavsiye ediliyor. Grafen filamanını kuru, tozun olmadığı yerlerde saklanmalıdır.

Grafen Nedir?

Grafen karbon atomlarının bal peteği yapısında bir araya gelmesinden oluşan 2 boyutlu bir malzemedir. Şekilde de görüldüğü gibi altıgen yapının her bir köşesinde karbon atomu bulunur. Grafitin (kurşun kalem vb. gibi) tek bir atom kalınlığına getirilmiş haline grafen denir. Tabakanın kalınlığı yaklaşık olarak 0,35 nanometredir. (1 nanometre=1 milimeternin milyonda biri) . Grafen ancak 2004 yılında laboratuvar ortamında üretilebilmiştir. Bu çalışma A. Geim ve K. Novoselov’a 2010 yılında Nobel ödülü kazandırmıştır. Modern tarihin en büyük buluşlarından birisi olarak düşünülen grafenin ismini yakın gelecekte sıkça duyacağız.


 

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir