Seramik alanında üç boyutlu yazıcılarla tasarım
Designing by three dimensional printers in ceramics
Yazar: NİL GÖKSUN KILIÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEHER BAŞLIK
Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enformatik Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Ortamında Sanat ve Tasarım Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
Gelişen dünyada her alanda olduğu gibi teknolojide de hızla ivmelenen ilerlemeler mevcuttur. Bu ilerlemelerin ışığında çeşitli alanlarda gün geçtikçe yeni üretim yöntemleri ortaya çıkmaya başlamıştır. Bu üretim yöntemlerinden biri olarak, eklemeli üretim örneklerinden üç boyutlu yazıcı teknolojisinden söz edilebilir. Bu yazıcılar; endüstride model tasarımına sağladıkları katkılar, gerekli olabilecek düzeltmeleri önceden farkedebilme imkanı verme, sanataçılara fikirlerini daha hızlı ve kolay bir şekilde somutlaştırabilme, rastantısal olarak yeni biçimler ortaya koyma gibi hususlardan ötürü henüz seri üretimle eşit hızda ve kalitede üretim yapamıyor olmasına karşın farklı alanlardaki kullanımları bakımından hızla yayılmaktadır. 
Plastik, metal, gıda ve buna benzer birçok farklı malzeme ile üretim yapabilen üç baskı yapan yazıcılar, şimdilerde fabrikalarda üretilen, kullanıma hazır ürüne oldukça yakın kalitede ürün şekillendirebilmektedir. üç boyutlu yazıcılar seri üretim anlamında fabrikalar kadar hızlı iş yapamasa da yeni yöntemlerin geliştirilmesiyle kendi içinde hız kazanmıştır. 
Her ne kadar seramik sanatında el becerisi çok önemli olsa da karmaşık yapıdaki objelerin üretiminin zorluğu, sanatçıları tasarım aşamasında kısıtlayan bir unsurdur. üç boyutlu yazıcılarla  üretim, tüm dezavantajlarına rağmen bu tür kısıtlamaları kaldırmak için iyi bir yoldur. Bu yöntem sanatçıya başka  bir takım  kısıtlamalar getirmekle birlikte tasarımda yenilik ortaya koymaya olanak sağlamaktadır. üç boyutlu modellerin yazıcılara aktarılmasında kullanılan tasarım programlarının sürekli olarak geliştirilmesi de üretim tekniklerinin gelişmesini pozitif anlamda etkilemektedir. Bilinen yöntemlerle  yapılan şekil verme, kesme, yapıştırma, yığma gibi işlemlerdeki hataların üç boyutlu yazıcı ile çok daha aza indirilmesi ve istendiğinde modelin komple baştan üretilmesinin veya bir kısmının tasarımının değiştirilmesinde sağladığı kolaylıklar sebebiyle bir çok sanatçı bu yeni yöntemleri de benimsemiştir. Sanatçılar üç boyutlu yazıcı kullanımındaki raslantısal kusurlardan avantaj sağlamaktadır. Bu sanatçılara ve verdikleri eserlerin örneklerine bu tez kapsamında yer verilmiştir. Sanatçıların bu yeni yöntemleri benimsemesindeki bir diğer etmen, üç boyutlu yazıcı teknolojisi çıktılarının yalnızca bir ürün olmanın ötesinde, aynı anda bir tasarım, üretim ve tüketim felsefelerini içermesidir. Kısaca, teknolojinin sanattan bağımsız olmadığı, yalnızca tüketiciye uygun ürünlerin daha kolay ve kısa sürede üretiminin sağlanabildiği söylenebilir.
Üç boyutlu seramik ürünlerin yazıcılar vasıtasıyla üretimi çok eskiye dayanmasa da çağımızda kullanımı gittikçe yaygınlaşmaktadır. Ülkemizde henüz çok yaygın olmamakla birlikte dünya genelinde bir çok sanatçı bu alanda çalışmalar vermektedir. Bu çalışmada, seramik ürünlerin üç boyutlu yazıcılar yardımıyla nasıl ortaya konabileceği hakkında bilgi verilmektedir. Çalışmanın amacı, üç boyutlu yazıcı teknolojisinin gösterdiği gelişmeler ve seramik endüstrisi ve sanatı üzerine etkilerinin araştırılması ve bu bağlamda üç boyutlu yazıcı teknolojisinin seramik alanında uygulanmasında kullanılan yöntemlerin avantaj ve dezavantajlarının sunulmasıdır. Bununla birlikte bir ürünün, bilgisayar destekli tasarımından kullanıma hazır hale gelme süreci incelenip örnek çalışma yapılarak aşamaları aktarılmış, yöntemin avantaj ve dezavantajları irdelenmiştir. Bunun dışında, üç boyutlu yazıcıların seramik alanında kullanılmakta olan şekillendirme tekniklerine fayda getirmesinin mümkün olup olmadığının araştırılması amaçlanmıştır.
Bu bağlamda öncelikle seramik ürünlerin ve sanat objelerinin üretiminde kullanılan yöntemlerle üretim teknikleri ile üç boyutlu yazıcı teknolojilerinde kullanılan farklı yöntemler araştırılmıştır. Endüstriyel ve artistik seramikte üretim yapmak için kullanılan şekillendirme yöntemleri ile seramik üç boyutlu yazıcılar yardımıyla üretime olanak sağlayan, Toz Bağlama (Powder Blending) ve Harç Yığma (Fused Deposition Modeling) yöntemleri hakkında bilgiler verilmiştir. Bu bilgilerden ve üretim örneklerinden yola çıkılarak yöntemlerin tasarıma katkısı, detay hassasiyeti, hızı, ekipman ve revize kolaylığı gibi yönleri ele alınarak, birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları irdelenmiştir.
Üç boyutlu yazıcı teknolojisini kullanmakta olan sanatçılar ve eğitimcilerin görüşlerine yer verilmiş ve son olarak üç boyutlu yazıcı teknolojisinin uygulamadaki başarısının test edilmesi amacıyla üç adet uygulama yapılmıştır. Üretilen seramik ürünler; dört ayaklı vazo, rölyefli vazo ve amorf vazodur. Dört ayaklı vazo FUSION360 programında tasarlanmış, diğer iki uygulama için açık kaynaklı dijital platformlardan yararlanılarak model seçilmiştir. Daha sonra bu tasarımlar Eskişehir'de bulunan Tripedia şirketinin ti-bot Venus Seramik Yazıcısı ile üretilmiştir. Uygulamalara ait tasarım ve üretimdeki hazırlık aşamaları, üretim aşamaları ve üretim sonrası aşamalara ait tüm bilgiler tezde yer almaktadır.

Abstract:
As in every field in developing world, there is also rapid progress in technology. In the light of these developments, new production methods have started to emerge in various areas. As one of these production methods, three-dimensional printer (3D) technology from additive production samples can be mentioned. Usage of these printers in different areas has been spreading when considering their contributions to making prototypes,  the ability to embody the ideas more quickly and easily, and introduce new forms and give them the freedom to recognize any corrections earlier although they are not yet able to produce equal speed and quality with serial manufacturing in the industries.
Ceramic is one of the new application areas of 3D printers that are capable of manufacturing with using plastic, metal, food and many other materials. 3D printers using ceramic materials can now produce objects of very close quality to the ready-to-use product from factories. Although they cannot perform as fast as factories in terms of mass production, they have gained speed in the development of new methods.
The forming methods used in the art of ceramics  are very important but the difficulty of the production of complex objects is a factor that restricts the artists to design. Production with 3D printer is a good way to remove such restrictions despite all the disadvantages. Despite these methods introduces other constraints, they allows for innovation in design. In addition, the continuous development of design programs used to transfer 3D models to printers also positively affects the development of production techniques. 
Many artists have also adopted these new methods due to their simplicity of making the model complete or possibility to change the design of the part when it is requested and to reduce the errors in the processes of conventional methods such as forming, cutting, gluing and stacking. Examples of these artists and their works are included in this thesis. Another factor that artists take to adopt these new methods is that 3D printer technology outputs are not only a product, but also a philosophy of design, production and consumption at the same time. In short, it can be said that the technology is not independent from art, only products that are suitable for the consumer can be produced more easily and in a short time.
Although the production of 3D ceramic products by printers is not very old, it is becoming increasingly popular in our age. This kind of production has not very widespreaded in our country yet, but many artists from all over the world have been working in this field. In this study, information is given about how ceramic products can be produced with the help of 3D printers. The aim of the study is to investigate the developments of  3D printer technology and the effects of these techniques on ceramic art and industry, and to present the advantages and disadvantages of the methods used in the ceramic field. Besides, the process of making a product ready for use from a computer-aided design has been examined and its steps have been transferred to a sample 3D printing study. Then, the advantages and disadvantages of the method and the machine have been emphasized. In addition, it is aimed to investigate whether 3D printers are able to bring innovation to the production techniques in the ceramic field.
In this context, firstly, different methods of ceramic production applications and also 3D printer technologies have been investigated. The methods used in ceramic art and industry and the innovative methods used as ceramic 3D printing technics; Powder Blending and Fused Deposition Methods have been described in detail in this research thesis. Based on the information and production examples, the contribution of methods used in ceramic and 3D printing methods are examined and compared considering design, detail accuracy, speed, equipment and revision ease factors and etc., then and advantages and disadvantages of each are summarized. 
All methods used in ceramics are different in application. These differences create various advantages and disadvantages between the methods. For example; shaping with dry pressing is that products are very close to the desired size due to the small size of the firing, is an advantage of the method. It is also advantageous in terms of drying. Yet, the disadvantage of the method is that the thickness is not the same at all sides of the product. This risk can cause deformations and cracks during drying or cooking. This is not the case for isostatic presses, since the pressure is evenly distributed to each side of the sludge. These kinds of positive and negative sides are emphasized within this study.
According to the literature review, in general, it can be concluded that production with 3D printer is easier than the other methods while considering all techniques. The fact that the user does not need any skills except design and knowledge of the technique of 3D printers; besides, ability to product much faster, model easily, change at any time makes the 3D printers advantageous. 
3D printers are easy to shape, but they are not yet economical, sufficient speed and efficiency for industrial ceramics. However, it provides advantages in terms of personal products, artistic studies and prototyping. 
When considering an infinite number of different product types and usage areas, the possibilities and advantages of production by 3D printing methods can be mentioned. These materials are used in many areas ranging from construction to health sector. 
In terms of costs, ceramic products have a high manual labor value and unpredictable prices for the buyer can occur. However, it is an advantage that the product price can be calculated in 3D printer production. In addition, materials used as input for 3D printers is various and can be selected according to the budget.  
Three applications have been implemented to test the success of 3D printer technology in application. The products are; four-legged vase, relief vase and amorphous vase. 
The selected objects to be produced in a 3D printer, is designed to be difficult to produce by conventional methods. The product accommodates opposite angles and sharp lines and is drawn asymmetrically so that the top and bottom are different from each other. 
The four-legged vase was designed in the FUSION360 program and the other two objects were selected by using open source digital platforms. Later on, these designs were produced with the ti-bot Venus Ceramic Printer of Tripedia Company located in Eskişehir. All processes of the design and production of the applications, and the post-production stages are included in the thesis.
As a result of the 3D printing applications, it can be said that ceramic forming in the 3D printer has a definite advantage in terms of time while comparing to conventional methods. However, although the production is faster with the printer, there is not enough efficiency for mass production. Although there is a need for continuous observation during single production, it can be done with less labor and labor force.
Moreover, making arrangements with the printer is faster and easier than using conventional methods. The method may also be used by persons without manual skills or art education. These factors brings users the opportunity to make the product they want. However, if a ready product is not selected from the recommended ones, technical knowledge about the method is required to create or select the design.
According to the 3D printing application results, it may be emphasized that the products produced in the 3D printer are not as perfect as they are created by conventional methods; details on the printer cannot be operated with sufficient precision. In addition, the 3D printer does not bring convenience to the conventional  method for perforated or hollow shapes, and also it is not suitable for producing models over a certain size in one go. Dimensions should be determined by the capacity of the printer or removed and then joined together manually. This way brings some limitations for both producers and the products. The technical equipment required by conventional methods is more common and easily accessible than the 3D printer, but as the technology progresses, it becomes easier to access printers and software. In general, it is possible to say that 3D printers are both advantageous and disadvantageous according to the characteristics of the objects to be produced.
Visible advances in today's technology and interdisciplinary work to create design products signal that in the future, 3D printer applications will create many different profiles, both artistic and industrial, as well as ceramic.These advances will increase the power of the digital platforms used in the production stage, provide the sharing of information and thus cause to create the variety of products.