یکی از جدیدترین فناوریهای روز دنیا همین پرینترهای سه بعدی است که با استقبال خیلی زیادی رو به رو شده است. خصوصا از طرف کسانی که خلاقیتهای زیادی برای ساخت اشیا و یا خلق ایدههای جدید دارند و باعث شد تا خیلی از موانعها از سر راه این افراد برداشته شود.
در این روزها شاهد هستیم که علاوه بر دنیای بزرگ صنعت که وجود پرینترهای سه بعدی باعث رشد آنها و کم کردن هزینههای آنها شد، در بیمارستانها و آزمایشگاهها برای تحقیقات بر روی اکتشافات جدید نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
.
پرینتر سه بعدی چیست؟
دستگاه پرینتر سه بعدی Three-Dimensional Printingیا به اختصار 3D Printing در واقع دستگاهی شبیه به دستگاههای سی ان سی است که میتواند یک فایل سه بعدی طراحی شده با استفاده از نرم افزارهای سه بعدی و یا اسکنر سه بعدی را با استفاده از یک متریال، لایه هایی را در سه بعد مختصات با دقت در کنار قرار دهد و به یک شیء فیزیکی قابل لمس تبدیل کند.
.
نحوه کار پرینتر سه بعدی چگونه است؟
نحوه کار پرینترهای سه بعدی بدین صورت است که فایل سه بعدی بعد از اسلایس شدن و اعمال تنظیمات نحوه پرینت و انتقال آن به دستگاه و بارگذاری مواد مصرفی و یا همان فیلامنت، دستگاه شروع به کار نموده و مدل فیزیکی را بصورت لایه به لایه پرینت نموده و میسازد.یکی از کاربردهای پرینترهای سه بعدی، مدلسازیهای اولیه و در پاره ای از موارد ساخت محصول نهایی است.
بطور کلی میتوان گفت که مهمترین کاربرد این دستگاه، نمونه سازی اولیه محصول جهت کنترل و ایراد یابی محصول طراحی شده و رفع ایرادهای احتمالی و در نهایت تولید انبوه محصول توسط روشهای تولید دیگر مانند ریخته گری و یا تزریق پلاستیک است.
.
اساس کار پرینتر سه بعدی
بر خلاف دستگاههای تولید سنتی مانند دستگاه تراش و یا دستگاه فرز که قطعه سه بعدی با براده برداری و یا تراش فلز تولید میشود، در چاپگر سه بعدی، مدل سه بعدی با بارگذاری و یا افزودن مواد بر روی همدیگر تولید میشود.
این کار شباهت بسیار زیادی به کار ساختمان سازی و یا دیوار سازی توسط یک بنا دارد. همانطور که بنا برای ساخت دیوار آجرها را لایه به لایه بر روی هم میچیند، در پرینترهای سه بعدی نیز مواد بصورت لایه به لایه روی همدیگر چیده میشوند تا در نهایت مدل سه بعدی ساخته شود.در پرینترهای سه بعدی با تکنولوژی FDM، مواد و یا همان فیلامنت توسط اکسترودر به داخل هیتر و یا گرم کن هدایت شده و در آنجا ذوب شده و از طریق نازل تزریق میگردد.
مواد تزریق شده توسط یک سیستم حرکتی بر روی صفحه و بر اساس یک برنامه از پیش تعریف شده تزریق میگردد و این کار آنقدر تکرار میگردد تا قطعه سه بعدی ساخته شود. به همین دلیل به آن تکنولوژی ساخت افزایشی و یا additive manufacturing گفته میشود. لازم به ذکر است که انواع مختلفی از پرینترهای سه بعدی با تکنولوژیهای مختلف وجود دارد که در این جا به بررسی برخی از آنها پرداخته میشود.
.
انواع تکنولوژی و فناوریهای پرینتر سه بعدی
پرینتر سه بعدی FDM (fused deposition modeling) یا FFF (fused filament fabrication):
معروف ترین و پر کاربردترین تکنولوژی پرینتر سه بعدی است. در این تکنولوژی مواد پلاستیکی (ترموپلاستیک که فیلامنت نامیده میشود) به صورت رشته وارد دستگاه شده و بعد از ذوب در نازل، بر روی صفحه تزریق شده و لایههای یک جسم روی هم گذاشته میشود و مدل سه بعدی پرینت میگردد.
پرینتر سه بعدی FDM برای نمونه سازی سریع و کم هزینه قطعات ساده ، مانند قطعاتی که معمولاً ماشینکاری میشوند ، مناسب میباشد.
پرینتر سه بعدی رزینی (DLP – digital light processing) :
در این نوع از پرینترهای سه بعدی، از مواد رزین حساس به نور استفاده میشود که توسط نور UV جامد میشوند. به طور کلی سه مدل سیستم تابش نور وجود دارد که نام تکنولوژی بر اساس نوع نور مورد استفاده تغییر میکند.
فناوری SLA (Setereo Lithography Aparatu)
در صورتی که نور با استفاده از لیزر نقطه ای بر روی صفحه ساخت تابیده شود به آن پرینتر سه بعدی SLA گفته میشود. اولین پرینترهای سه بعدی ، از این روش استفاده میکردند و به عبارتی فناوری SLA نخستین فناوری در چاپگرهای 3 بعدی میباشد.
در این روش از رزین فوتوپلیمر برای ساخت اجسام به صورت نرم استفاده میگردد که آن را به صورت انتخابی توسط لیزری با طول موج معین ، سفت و جامد میکنند.
در روش SLA میتوان اجسام به صورت شفاف نیز تولید کرد که دقت بالایی نیز دارند. در این فناوری نیاز است تا در زیر قسمت هایی از جسم که دارای زاویه منفی هستند ، ساپورت گذاری انجام شود که این کار توسط نرم افزارهای مربوطه انجام میگردد. نیاز به فرایند ساپورت گذاری در روش چاپ SLA ، برخی محدودیتها را در چاپ اجسام ایجاد میکند.
LCD وDLP
در صورتی که نور UV با استفاده از پروژکتور تابیده شود به آن پرینتر سه بعدی DLP گفته میشود و در نهایت در صورتی که نور توسط ال سی دی ایجاد شود به آن پرینتر سه بعدی LCD گفته میشود که مورد سوم ارزان ترین و پرکاربردترین نوع است.
پرینترهای سه بعدی فلزی یا پودری
این نوع پرینترهای سه بعدی از پودر پلیمر و یا فلز جهت ساخت قطعه استفاده میکنند و از دقت و کیفیت بسیار خوبی برخوردار هستند.
در صورتی که پودر از نوع پلاستیک و یا پلیمری باشد به آن پرینتر سه بعدی SLS گفته میشود و برای پودرهای فلز از پرینتر سه بعدی SLM استفاده میشود که توان لیزر بالاتری دارند و همچنین مجهز به محفظه خلاء و یا گاز خاص میباشند.
این چاپگرها کاربرد بسیار خوبی در صنعت دارند و هم اکنون کمپانیهای بزرگ کشورهای صنعتی از آن استفاده میکنند.
فناوری PolyJet :
PolyJet یک فناوری پرینت 3 بعدی قدرتمند است که قادر است قطعاتی صاف، دقیق، نمونههای اولیه و انواع ابزارآلات را با دقتی تا 0.014 میلی متر، تولید کند. پرینتر سه بعدی PolyJet قادر است دیوارههای نازک و هندسههای پیچیده را با استفاده از وسیع ترین طیف مواد و همچنین رنگهای موجود با هر فناوری تولید کند.
در این تکنولوژی از سفت شدن قطرات رزین فوتوپلیمر با استفاده از نور فرابنفش استفاده میشود. هر چند گفتنی است که هزینهی پرینت با این دستگاهها بالا است و قطعات تولیدی نیز شکننده هستند.
.
فیلامنت چیست؟
پرینترهای سه بعدی برای ساخت قطعات سه بعدی به فیلامنت (Filament)، که موادی پلاستیکی که شبیه به رشتههای ماکارونی هستند نیاز دارند. فیلامنت در واقع ماده اصلی مورد استفاده در پرینترهای 3 بعدی میباشد. پرینتر 3 بعدی یا چاپگرهای سه بعدی بدون فیلامنت کاربردی ندارند و مثل خودکار بدون جوهر هستند.
.
مراحل چاپ سه بعدی
با اینکه روشهای مختلفی برای چاپ سه بعدی وجود دارد، اما مراحل اصلی همهٔ آنها مشترک است:
- ساخت فایل سه بعدی: اولین مرحله در چاپ سه بعدی ساخت مدل سه بعدی آن در رایانه است. این کار به کمک تمامی نرم افزارهای مدل سازی سه بعدی مرسوم یا CAD انجام میشود. از مهندسی معکوس و اسکن سه بعدی قطعه ای که موجود است نیز در بعضی موارد میتوان استفاده کرد.
- ساخت فایل STL مدل: برای اینکه چاپگر سه بعدی، بتواند مدل سه بعدی طراحی شده را شناسایی کند، فرمت CAD این مدل باید تبدیل به فرمتی شود که برای چاپگر3بعدی قابل خواندن باشد؛ برای این منظور، فایل باید تبدیل به فرمت اس تی ال (STL: STereoLithography) شود. فرمتهای 3DP و OBJ نیز با محبوبیت کمتری کاربرد دارند. فرمت اس تی ال برای معرفی مدل به چاپگر از چندوجهیها یا مثلثها استفاده میکند. پس از ساخت فایل اس تی ال، آن را داخل یک برنامه ـ که عمل لایه گذاری فایل را انجام میدهد و «Slicer» نامیده میشود ـ در اصطلاح، Import یا واردسازی میکنیم. برنامهٔ «اسلایسر» مدل را میگیرد و آن را تبدیل به G-code میکند. جی کد زبان برنامه نویسی دستگاههای سی ان سی و چاپگرهای سه بعدی است.
- چاپ مدل: دستگاههای مختلف وجود دارند که هر کدام با سازکارهای مختلفی قطعهٔ مدل را چاپ میکنند.
- جدا کردن قطعهٔ چاپ شده: در بعضی دستگاهها جدا کردن قطعهٔ کاملاً ساده و بدون مشکل انجام میشود. در بعضی مدلهای صنعتی تر، این کار یک فرایند کاملاً فنی و دقیق است.
- پس پردازش (Post-Processing): پس پردازش یا مرحلهٔ پس تولید در فناوریهای مختلف متفاوت است. در بعضی موارد قطعه باید زیر اشعهٔ فرابنفش به عمل آید.
.
مزایای پرینتر سه بعدی
اگر بخواهیم از مزایای دستگاه پرینتر سه بعدی صحبت کنیم، میتوانیم بگوئیم که این تکنولوژی باعث ایجاد تغییرات زیادی در زندگی امروزی شده است و دلیل این تغییرات عملکرد بالای این دستگاه در تولید مدلهای سه بعدی پیچیده و کاهش بسیاری از هزینههای پیش تولید و بخصوص نمونه سازی است.
علاوه بر موارد فوق، استفاده از پرینتر سه بعدی در پروسه تولید کالاهای خاص و سفارشی، باعث صرفه جویی بسیار بالایی در هزینه هایی مانند ساخت قالب که پیش از این به صورت سنتی انجام میشد و بسیار پروسه زمان بری بود میشود. با توجه به نوع ماده مصرفی جهت تولید کالا، در برخی موارد مانند مواد سیلیکون میتوان به کمک پرینتر سه بعدی قالب را پرینت سه بعدی نموده و مستقیماً از آن جهت قالب گیری مواد مختلف استفاده نمود.
همچنین استفاده از پرینتر سه بعدی به جای روشهای سنتی تولید، باعث کاهش دور ریز و یا ضایعات میشود که این موضوع علاوه بر محیط زیست، باعث کاهش هزینههای تولید نیز میگردد.در پرینترهای سه بعدی، پیچیده بودن یک مدل زیاد حائز اهمیت نیست و دستگاه پرینتر سه بعدی میتواند یک مدل سه بعدی با پیچیدگی بسیار زیاد را پرینت نموده و آماده استفاده نماید.
به عبارت دیگر قطعات پیچیده ای که پیش از امکان تولید آنها به روشهای سنتی وجود نداشت، امروزه به کمک پرینتر سه بعدی قابل تولید است و این باعث میشود تا پروسه تولید یک محصول به دلیل ترکیب شدن چندین قطعه در همدیگر و ایجاد یک قطعه پیچیده کوتاهتر شود.
.
معایب پرینتر سه بعدی چیست؟
هر دستگاهی در کنار مزایای خود دارای معیبی نیز هست و میتوان گفت که دستگاه بیعیب نداریم. برخی از معایب و یا نقاط ضعف عبارتند از:
- مقرون به صرفه نبودن تولید انبوه : دستگاههای پرینتر سه بعدی برای نمونه سازی و یا ساخت تعداد محدودی از قطعات کارایی دارند. در صورتی که هدف تولید انبوه یک محصول و یا قطعه باشد، استفاده از پرینتر سه بعدی مقرون به صرفه نخواهد بود.
- کند بودن پروسه تولید: بطور کلی سرعت این دستگاهها در مقایسه با سایر روشهای تولیدی مانند دستگاه تزریق پلاستیک کند است و به همین دلیل دستگاه مناسبی برای تولید انبوه نیستند.
- مواد مصرفی محدود: بر خلاف روشهای سنتی تولید که تنوع مواد اولیه آن بسیار بالا است، در پرینترهای سه بعدی، تنوع مواد مصرفی محدود است و این موضوع در برخی موارد مانع از بکارگیری آن در تولید محصول خاصی با مواد خاص میشود.
- محدودیت ابعادی: هر دستگاه دارای محدودیت ابعادی است و نمی توان قطعات بزرگتر از حجم پرینت دستگاه پرینت نمود مگر آنکه آن را چندین تکه کرده و جداگانه پرینت شوند.
.
کاربردهای پرینتر سه بعدی
می توان گفت که از این دستگاه میتوان تقریباً در تمامی صنایع استفاده نمود. برخی از صنایعی که به وفور از آن استفاده میشود عبارتند از
- هوا و فضا
- معماری و ماکت سازی
- صنایع اتومبیل سازی
- صنعت محصولات تجاری و کالاهای مصرفی
- تجهیزات الکترونیکی
- صنایع نظامی و انتظامی پزشکی و دندانپزشکی
- آموزش
- قالب سازی
.
منبع: طوطی کالا | https://www.totikala.ir