پرینتر سه بعدی چیست و چگونه کار می کند؟

چاپ سه بعدی یک فناوری فوق العاده امیدوارکننده با کاربردهای تقریباً برای هر صنعتی است. پرینت سه بعدی فرآیندی است که از طراحی به کمک کامپیوتر یا CAD برای ایجاد اشیاء لایه به لایه استفاده می کند. معمولاً در صنایع تولیدی و خودروسازی استفاده می شود. جایی که ابزارها و قطعات با استفاده از پرینتر سه بعدی ساخته می شوند. همانطور که قابلیت های چاپ سه بعدی همچنان در حال رشد است، ارزش آن نیز افزایش می یابد. تخمین زده می شود تا سال ۲۰۲۹، صنعت چاپ سه بعدی به ارزش ۸۴ میلیارد دلار برسد. این رشد به این معنی است که ما ملزم به تعامل با محصولات و حتی خانه‌ها و ساختمان‌های ساخته شده با چاپ سه بعدی هستیم.

اگرچه چاپ سه بعدی لزوماً جدید نیست، اما عده ای هنوز هم تعجب می کنند که پرینت سه بعدی چیست و چگونه کار می کند. در اینجا راهنمای درک فرآیند پرینت سه بعدی و چگونگی عملکرد پرینترهای ۳ بعدی را گردآوری کرده ایم.

 

 

پرینت سه بعدی چیست؟

در پرینت سه بعدی از طراحی به کمک کامپیوتر برای ایجاد اشیاء سه بعدی از طریق روش لایه بندی استفاده می شود. چاپ سه بعدی شامل لایه بندی موادی مانند پلاستیک، کامپوزیت یا مواد زیستی برای ایجاد اشیایی است که از نظر شکل، اندازه، استحکام و رنگ متفاوت است.
پرینت ۳ بعدی همچنین صنعت مراقبت های بهداشتی را تکان می دهد. این تکنولوژی نه تنها نحوه ساخت تجهیزات پزشکی را تغییر می دهد، بلکه پروتزها و ایمپلنت ها را نیز ساده می کند.

 

 

پرینتر سه بعدی چیست؟

به طور خلاصه، پرینتر سه بعدی از CAD برای ایجاد اشیاء سه بعدی از مواد مختلف مانند پلاستیک مذاب یا پودر استفاده می کنند. چاپگرهای سه بعدی می‌توانند در اشکال و اندازه‌های مختلفی تولید شوند. از تجهیزاتی که می‌توانند روی میز قرار بگیرند تا مدل‌های بزرگ ساختمانی که در ساخت خانه‌های پرینت سه بعدی استفاده می‌شوند.

 

 

انواع پرینترهای سه بعدی

سه نوع اصلی پرینتر سه بعدی وجود دارد که هر کدام از روش‌های متفاوتی استفاده می‌کنند.

• چاپگرهای استریولیتوگرافی یا SLA: مجهز به لیزری هستند که رزین مایع را به پلاستیک تبدیل می کند.
• فرآیند پخت لیزری انتخابی یا چاپگرهای SLS: لیزری دارند که ذرات پودر پلیمر را به ساختاری جامد تبدیل می کند.
• مدل سازی رسوب ذوب شده یا چاپگرهای FDM: این چاپگرها رشته های ترموپلاستیک را آزاد می کنند که از طریق یک نازل داغ ذوب می شوند و یک جسم لایه به لایه تشکیل می دهند و رایج ترین نوع ۳D پرینتر هستند.

 

پرینترهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟

چاپ سه بعدی بخشی از خانواده تولید مواد افزودنی است و از روش های مشابه چاپگرهای جوهر افشان سنتی استفاده می کند؛ البته به صورت سه بعدی. تولید افزودنی فرآیند ایجاد چیزی را در لایه ها، اضافه کردن مواد به طور مداوم تا تکمیل طرح نهایی توصیف می کند. این اصطلاح اغلب به قالب گیری و پرینت سه بعدی اشاره دارد.

ابتدا ترکیبی از نرم افزارهای پیشرفته، مواد پودر مانند و ابزارهای دقیق برای ایجاد یک شی سه بعدی لازم است. در زیر تعدادی از مراحل اصلی چاپگرهای سه بعدی برای زنده کردن ایده ها آورده شده است.

 

مراحل انجام کار پرینترهای سه بعدی

پرینتر سه بعدی با تولید مواد افزودنی مرتبط است. چاپگرهای سه بعدی از طراحی به کمک کامپیوتر برای درک یک طرح استفاده می کنند. هنگامی که یک طرح آماده شد، ماده ای که می تواند از طریق یک نازل داغ یا ابزار دقیق پخش شود، لایه به لایه چاپ می شود تا یک شی سه بعدی از ابتدا ایجاد شود.

• نرم افزار مدلسازی سه بعدی

اولین مرحله هر فرآیند پرینت سه بعدی، مدل سازی سه بعدی است. برای به حداکثر رساندن دقت، همه اشیا باید در یک نرم افزار مدل سازی سه بعدی طراحی شوند. برخی از طرح ها برای روش های تولید سنتی بیش از حد پیچیده و دقیق هستند. اینجاست که نرم افزار CAD وارد می شود.

 

• برش مدل

هنگامی که یک مدل ایجاد شد، زمان “برش” آن است. از آنجایی که چاپگرهای سه بعدی نمی توانند مفهوم سه بعدی را مانند انسان ها تصور کنند، مهندسان باید مدل را به لایه هایی تقسیم کنند تا چاپگر محصول نهایی را ایجاد کند. نرم افزار از هر لایه یک مدل اسکن می کند و به چاپگر می گوید که چگونه حرکت کند تا آن لایه را دوباره ایجاد کند. برش دهنده ها نیز به پرینتر سه بعدی می گویند که کجا یک مدل را پر کنند. این پر کردن به جسم پرینت سه بعدی شبکه ها و ستون های داخلی را می دهد که به شکل دهی و تقویت جسم کمک می کند. هنگامی که مدل برش داده شد، برای فرآیند چاپ واقعی به چاپگر سه بعدی فرستاده می شود.

 

• فرآیند چاپ سه بعدی

وقتی مدل‌سازی و برش یک شی سه‌بعدی به پایان رسید، زمان آن فرا رسیده است که چاپگر سه‌بعدی کار را در دست بگیرد. به طور کلی، این پرینتر مانند چاپگر جوهر افشان در فرآیند چاپ مستقیم سه بعدی عمل می کند. یک نازل در حالی که موم یا پلیمری شبیه پلاستیک را لایه به لایه پخش می کند، به جلو و عقب حرکت می کند و منتظر می ماند تا آن لایه خشک شود. سپس به آن اضافه می کند. پرینتر سه بعدی اساساً صدها یا هزاران چاپ دو بعدی را روی هم اضافه می کند تا یک شی سه بعدی بسازد.

 

در پرینت ۳ بعدی از چه موادی استفاده می شود؟

انواع مختلفی از مواد مختلف وجود دارد که یک چاپگر برای بازسازی یک شی به بهترین شکل ممکن از آنها استفاده می کند. در اینجا چند نمونه آورده شده است:

• اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)

مواد پلاستیکی که به راحتی شکل می گیرد و سخت شکسته‌می شود. همان موادی که لگوها از آن ساخته‌می شوند.

• رشته های فیبر کربن

فیبر کربن برای ایجاد اشیایی استفاده می شود که باید قوی و همچنین بسیار سبک وزن باشند.

• رشته های رسانا

این مواد قابل چاپ هنوز در مرحله آزمایشی هستند و می توان از آن ها برای چاپ مدارهای الکتریکی بدون نیاز به سیم استفاده کرد. این یک ماده مفید برای فناوری پوششی است.

• الیاف انعطاف پذیر

فلامنت های انعطاف پذیر چاپ هایی را ایجاد می کنند که خم شونده و در عین حال سخت هستند. از این مواد می توان برای چاپ هر چیزی از ساعت مچی گرفته تا جلد گوشی استفاده کرد.

• رشته‌های فلزی

رشته‌های فلزی از فلزات ریز آسیاب شده و چسب پلیمری ساخته شده اند. آنها می توانند در فولاد، برنج، برنز و مس باشند تا ظاهر و احساس واقعی یک جسم فلزی را به دست آورند.

• رشته‌های چوب

این رشته‌ها حاوی پودر چوب ریز آسیاب شده با چسب پلیمری هستند. بدیهی است که از این ها برای چاپ اشیایی با ظاهر چوبی استفاده می شود و با توجه به دمای پرینتر سه بعدی می تواند مانند چوب روشن تر یا تیره تر به نظر برسد.

 

چاپ سه بعدی چقدر زمان می برد؟

فرآیند پرینت سه بعدی از چند ساعت برای چاپ های بسیار ساده، مانند جعبه یا توپ، تا روزها یا هفته ها برای پروژه های با جزئیات بسیار بزرگتر، مانند یک خانه با اندازه کامل، طول می کشد.

 

چرا پرینترهای سه بعدی برای آینده مهم هستند؟

انعطاف پذیری، دقت و سرعت پرینتر سه بعدی، آن را به ابزاری امیدوار کننده برای آینده ی تولید، تبدیل کرده است. امروزه بسیاری از پرینترهای سه بعدی برای آنچه که نمونه‌سازی سریع نامیده‌می شود، به کار می رود.

شرکت‌ها در سرتاسر جهان اکنون از پرینترهای سه‌بعدی استفاده می‌کنند تا نمونه‌های اولیه خود را در عرض چند ساعت بسازند. به‌جای اینکه ماه‌ها وقت و احتمالاً میلیون‌ها دلار در تحقیق و توسعه هدر دهند. در واقع، برخی از کسب و کارها ادعا می کنند که چاپگرهای سه بعدی فرآیند نمونه سازی را ۱۰ برابر سریعتر و پنج برابر ارزانتر از فرآیندهای معمول R&D می کنند. مثلا در صنایع تزریق پلاستیک، به جای اینکه برای تست نمونه یا ساخت چند قطعه به تعداد محدود به هزینه های سنگین برای ساخت قالب های فولادی نیاز باشد، با پرینت ۳ بعدی می توان ان نیاز را حل کرد.

پرینترهای سه بعدی تقریباً در هر صنعتی می توانند نقشی را ایفا کنند. آنها فقط برای نمونه سازی استفاده نمی شوند. بسیاری از پرینترهای سه بعدی وظیفه چاپ محصولات نهایی را بر عهده دارند. صنعت ساختمان در واقع از این روش چاپ آینده نگر برای چاپ خانه های کامل استفاده می کند. مدارس سراسر جهان از چاپگرهای سه بعدی استفاده می کنند تا با چاپ استخوان های دایناسور سه بعدی و قطعات روباتیک، یادگیری عملی را به کلاس درس بیاورند. انعطاف پذیری و سازگاری فناوری پرینت سه بعدی آن را به یک تغییر دهنده بازی برای هر صنعتی تبدیل می کند.

 

 

کاربردهای پرینت سه بعدی

• ساخت و ساز خانه ها
• ساخت پروتزهای پزشکی
• خودروسازی
• PPE
• تجهیزات پزشکی
• تهیه مواد غذایی
• هوافضا
• آموزش
• و…

 

پرینت سه بعدی مواد غذایی! معجزه ی چاپگرهای مدرن

به نظر می رسد پرینت سه بعدی غذا چیزی خارج از جتسون ها باشد یا خیلی خوب است که درست باشد. در واقع، اگر بتوان آن را پوره کرد، می توان آن را با خیال راحت چاپ کرد. مانند چیزی خارج از یک نمایش علمی تخیلی، پرینترهای سه بعدی روی مواد پوره شده‌ی واقعی مانند مرغ و هویج قرار می گیرند تا غذاهایی را که می شناسیم و دوست داریم بازسازی کنند.

تا زمانی که چاپگر کاملا تمیز باشد و به درستی کار کند، غذای پرینت سه بعدی کاملاً ایمن است. هر چند ممکن است لازم باشد که غذای خود را از قبل سفارش دهید. چاپگرهای مواد غذایی سه بعدی هنوز نسبتا کند هستند. برای مثال، چاپ یک تکه شکلات با جزئیات، حدود ۱۵ تا ۲۰ دقیقه طول می کشد. با این حال، ما دیده‌ایم که پرینتر سه بعدی همه چیز را از همبرگر تا پیتزا و حتی شیرینی زنجبیلی با استفاده از این فناوری شگفت‌انگیز می‌سازند.

 

مزایای استفاده از پرینتر سه بعدی

• استفاده از پرینتر سه بعدی مقرون به صرفه است.

پرینت سه بعدی به لطف برنامه‌نویسی نرم افزاری قادر است فرآیند تولید قطعات پیچیده را ساده تر کند. این اغلب به این معنی است که در برخی صنایع گزینه مقرون به صرفه تری است. عوامل دیگری که به مقرون به صرفه بودن چاپ سه بعدی کمک می کند، مواد استفاده شده است. چاپ سه بعدی می تواند از پلاستیک ها و بتن های ارزان قیمتی که به راحتی در دسترس هستند استفاده کند. همچنین، چون در پرینت سه بعدی نیازی به قالب نیست، این هزینه دیگری است که از روی میز برداشته می شود.

• پرینترهای سه بعدی سریع هستند.

پرینت سه بعدی برای نمونه سازی سریع محصولات ایده آل است زیرا می توان آن را در خانه و در ابعاد کوچک انجام داد. این به تولید کنندگان اجازه می دهد تا اشکال و تغییرات را در محصولات سریعتر از یک فرآیند تولید معمولی ایجاد کنند. تغییرات در محصولات را می توان به راحتی از طریق CAD انجام داد. این در حالی است که هزینه ساخت یکسان می ماند.

• پرینتر ۳ بعدی می تواند با مواد ویژه کار کند.

علیرغم اینکه پلاستیک و فلزات معمولا در صنعت چاپ سه بعدی استفاده می شوند، گزینه های دیگری نیز برای انتخاب وجود دارد. به این معنی است که قطعات و محصولات ویژه را می توان با مواد خاصی مانند پلاستیک جاذب آب، نیتینول، طلا و فیبر کربن ساخت. مواد ویژه ای مانند این ها، ویژگی هایی مانند مقاومت در برابر حرارت بالا، آب گریزی و استحکام را فراهم می کنند.

 

معایب پرینت سه بعدی

• چاپ های سه بعدی ممکن است قدرت کافی نداشته باشند.

نقطه ضعف ساخت یک شی لایه به لایه این است که می تواند بر دوام و استحکام جسم تأثیر بگذارد. البته، قدرت چاپ سه بعدی به شدت به مواد مورد استفاده بستگی دارد. فلزات و بتن همیشه برخی از قوی ترین مواد مورد استفاده در چاپ سه بعدی خواهند بود.

• چاپگرهای سه بعدی ممکن است گاهی دقیق نباشند.

اگرچه CAD اغلب یک روش در دسترس و دقیق برای طراحی است، اما ممکن است خطاهایی وجود داشته باشد. دقت در پرینت سه بعدی به تکنیک ها و استفاده از چاپگرها بستگی دارد. به عنوان مثال، برخی از چاپگرهای سه بعدی کوچکتر، مانند مدل های رومیزی، می توانند به راحتی فرسوده شوند. این بدان معنی است که با ادامه تولید یک طرح، محصولات ساخته‌شده‌ی بعدی ممکن است با دسته اول متفاوت باشند.

• چاپگرهای سه بعدی ممکن است به پس پردازش نیاز داشته باشند.

یکی دیگر از مشکلات پرینت سه بعدی، کار مورد نیاز برای تکمیل یک محصول است. این ممکن است شامل سنباده زدن یا صاف کردن یک شی، عملیات حرارتی یا برداشتن پایه های نگهدارنده باشد. پس از پردازش محصولات پرینت سه بعدی گاهی اوقات می تواند منجر به هزینه های اضافی شود.