تعریف پرینتر سه بعدی :

پرینت سه بعدی میتواند بدین صورت تعریف شود: “فرآیند ساخت فیزیکی یک شی سه بعدی از یک فایل دیجیتال بوسیله دستگاهی که با استفاده از یک متریال، لایه هایی را در سه بعد مختصات با دقت در کنار هم  قرار میدهد تا ساخت یک شی به طور کامل تکمیل شود”. در این مقاله سعی داریم تا کاربرد پرینتر سه بعدی و تکنولوژیهای مختلف آن را شرح دهیم.

متد پرینت سه‌بعدی به نحوی است که لایه‌هایی با دقت کسری از میلی‌متر را به صورت بخش بخش می‌سازد این درحالی است که متدهای سنتی تماماً بر اساس براده برداری یا قالب‌ریزی و ریخته‌گری بوده‌اند . در روش‌های سنتی که ذکر شد محدودیت‌ها و معایب بسیاری دیده می‌شود، مثلاً در روش براده‌برداری که از یک قطعه بزرگتر به جسم نهایی می‌رسند معمولاً ۹۰٪ از ماده هدر می‌رود که هزینهٔ زیادی برای تولیدکننده و در نتیجه مصرف‌کننده خواهد داشت. در مقابل پرینت سه‌بعدی لایه‌ها را بر روی هم می‌سازد و هیچ‌گونه هدر رفتی از ماده اولیه نخواهیم داشت و این فعالیت نیز کاملاً به صورت اتوماتیک انجام می‌شود و دقت بالایی نیز دارد.

پرینت سه‌بعدی یک فناوری توانمند است که طراحان را تحریک و تشویق می‌کند و به آن‌ها آزادی طراحی بی‌سابقه‌ای می‌دهد و این در حالی است که این فرایند ابزار کمتری نیاز دارد و در نتیجه باعث کاهش هزینه‌های سنگین می‌شود. همچنین به‌وسیلهٔ این تکنولوژی قطعات را می‌توان به‌طور خاص طراحی کرد و نیازی به مونتاژ با هندسه پیچیده و ویژگی‌های پیچیده برای دستگاه وجود ندارد. این فناوری هیچ‌گونه آلودگی‌ای برای محیط زیست ندارد. با استفاده از مواد استاندارد طول عمر قطعات بیشتر می‌شود، وزن آن‌ها کاهش می‌یابد و در عین حال استحکام بالا می‌رود.

در سال‌های اخیر فناوری پرینت سه‌بعدی از نمونه‌سازی سریع و تولید صنعتی فراتر رفته‌ و به کمپانی‌های کوچک و حتی فعالیت‌های شخصی نیز راه پیدا کرده‌است.

فناوری های مختلف پرینتر سه بعدی :

 فرآیندهای مختلفی از چاپ سه بعدی وجود دارد که هر کدام با مواد اولیه مخصوص عملیات چاپ را انجام می دهند که شامل :

پرینتر سه بعدی FDM

پرینت سه‌بعدی از طریق ریختن ترموپلاستیک مذاب و تشکیل لایه‌ها آسان‌ترین و معمول‌ترین تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی است ،  که همواره با نام اختصاری FDM شناخته می‌شود. روش کاری این دستگاه به نحوی است که یک رشته پلاستیک وارد دستگاه می‌شود و در دمای بالایی از نوک نازل به صورت ذوب‌شده بیرون می‌آید و هر لایه را با این مواد مذاب شکل می‌دهد، استحکام لایه‌ها به نحوهٔ سفت شدن آن‌ها و میزان تماس با لایه‌ها قبلی دارد. این تکنولوژی در هر صورت برای پرینت قطعات با برآمدگی و فرورفتگی به پایه‌های حمایتی نیاز دارد و بعد از اتمام پرینت نیز سطح آن باید بهبود بخشیده شود.

متریال مرسوم ترموپلاستیک است که فیلامنت نامیده میشود و از طریق ذوب آن، لایه های یک جسم روی هم گذاشته میشود تا در شی تکمیل گردد. البته متریال های دیگری مثل سرامیک … هم هستند که فرآیند ساخت متفاوتی دارند.

پرینتر سه بعدی  DLP یا SLA 

در DLP از یک منبع نور معمولی استفاده می‌شود به همراه یک صفحه LCD یا DMD که تمام سطح مخزن حاوی رزین فوتوپلیمر را در یک لحظه تحت تأثیر قرار می‌دهد و در واقع هر لایه را در یک لحظه می‌سازد. فناوری DLP قطعاتی با دقت بالا و رزولوشن بسیار بالا می‌سازدو از جمله مزایای آن این است که به یک مخزن حاوی رزین با عمق بسیار کم نیاز است که باعث کاهش هزینه و صرفه‌جویی در هدر رفت مواد می‌شود.

در SLA از رزین فوتوپلیمر برای تولید قطعات استفاده می‌شود که آن را به صورت انتخابی توسط لیزری با طول موج خاص سفت می‌کنند.دستگاه SLA از یک سکوی ساخت تشکیل شده‌است که قطعه مورد نظر بر روی آن ساخته می‌شود و در داخل یک مخزن حاوی رزین در جهت عمودی حرکت می‌کند. همچنین یک سیستم لیزر در بالای دستگاه قرار دارد که به همراه یک سیستم اسکن لیزر دو بعدی لکه لیزر را بر روی سطح رزین در قسمت مشخص می تاباند و باعث سفت شدن آن و تشکیل قطعه می‌شود. قطعه به صورت لایه لایه بر روی هم ساخته می‌شود و به بالا می‌آیدو هر لایه در این روش مابین حدود ۷۰ تا ۵۰۰ میکرون قابل تغییر می‌باشد.

پرینترهای سه بعدی فلزی

این نوع پرینترها از انواع متریال فلزی را استفاده می کنند و هنوز هم تحقیقات درباره آنها ادامه دارد. این چاپگرها کاربرد بسیار خوبی در صنعت دارند و هم اکنون کمپانی های بزرگ از آن استفاده میکنند.

کاربردهای پرینتر سه بعدی :

امروزه مدلسازی سه بعدی در رشته‌های گوناگونی همچون قطعه سازی  و قالب سازی ، معماری، طراحی صنعتی، روباتیک، صنایع هوافضا و… رایج است. این مدلسازیها تا پیش از این به شکل تصاویر دو بعدی روی صفحه‌های نمایشگر و  یا روی کاغذ ارائه می‌شدند تا افراد با دیدن آن‌ها درکی از آنچه طراحان در ذهنشان دارند بدست آورند.

پرینترهای سه بعدی توانایی تولید هر نوع قطعه‌ای با هر شکل و زاویه‌ای که باشد، تو پر باشد، یا تو خالی، صاف باشد یا منحنی، … هر قطعه‌ای با هر طراحی را دارند. این نیاز در همه جا قابل لمس است. صنعت، پزشکی، آموزشی، خودرو سازی، نظامی و هر کاری که نیاز به شبیه‌سازی، تولید ماکت و ساخت طرح اولیه دارد، با استفاده از پرینتر سه بعدی، هم می‌تواند، پروسهٔ زمانبر شبیه‌سازی و ساخت ماکت قطعات را تسریع بخشد و تنها با پرینت گرفتن طرح سه بعدی در زمانی بسیار کم، به بررسی قطعه بپردازد.

این مرحله تولید اولیه محصول، بسیار مرقون به صرفه بوده و جایگزین طراحی های متعددی می شود که هزینه و زمان بالایی را صرف میکنند. در واقع تولیدکنندگان و سهامداران قبل از تولید می توانند طراحی نهایی خود را مشاهده کرده و تغییرات احتمالی را قبل از تولید نهایی اعمال کنند. یکی دیگر از مزیت های چاپگرهای سه بعدی مونتاژ و تست کردن محصولات قبل از تولید نهایی و رسیدن به دست مشتری است (در این مرحله عملکرد قطعات به مواد اولیه که چاپ با آنها صورت می گیرد وابسته است) همچنین با تولید اولیه می توان کیفیت محصول نهایی را بالا برده و از مرغوبیت آن اطمینان حاصل کرد که این کار با استفاده از روش سنتی و ساخت قالب بسیار وقت گیر و پر هزینه است.

تجهیزات نظامی :

تجهیزات نظامی دارای ساختار پیچیده و قطعات ظریف و حساسی هستند که این امر مدلسازی و ماکت‌سازی طرح اولیه را مشکل کرده است با  پرینترهای سه بعدی می‌توان هر نوع قطعه‌ای با هر ساختاری را چاپ کرد. در طراحی‌های صنعتی به عنوان پیش ساز قطعات نیز از پرینترهای سه بعدی استفاده می‌گردد.

تصور کنید با توجه به رقابت کشور ها این چاپگرها با چه سرعتی میتوانند در مسائل نظامی پیشرفت کرده و برگ برنده باشند!

هوافضا :

این تکنولوژی به محققان کمک می‌کند ایده‌های خود را به راحتی تصویرسازی کنند و بهتر بتوانند تحقیقات خود دربارهٔ فضای ماوراء جو زمین را کامل کنند. در گذشته طراحان در هوافضا باید زمان زیادی را صرف تصور و مدلسازی می‌کردند. امروزه تکنولوژی چاپ سه بعدی، این اجازه را به مهندسین هوافضا می‌دهد که در ساخت تجهیزات، دستگاه‌ها و قطعات یدکی هواپیما بتوانند اختراعات خود را به راحتی نمونه‌سازی کنند و بتوانند قالب‌های مختلفی را چاپ کنند؛ و حتی در تعمیر قطعات هواپیمای خود سرعت عمل داشته باشند. عدم وابستگی به ساخت در قالب‌ها و در نتیجه افزایش توانایی برای تولید قطعات پیچیده بدون محدودیت در هندسه باعث شده که این روش نسبت به روش‌های قدیمی تر همچون ریخته‌گری و ماشین کاری پیشرفت چشمگیری داشته باشد. از مزایای استفاده از این فناوری، ساخت قطعاتی یکپارچه و مستحکم است به گونه‌ای که دیگر نیازی به مونتاژ چندین قطعه روی هم نیست. در سال‌های اخیر شاهد تولید نهایی قطعات موتور فضاپیماها و موشک‌ها توسط پرینترهای سه بعدی هستیم. با توجه به محدودیت‌های موجود در به‌کارگیری روش‌های دیگر ساخت قطعات در فضا شیوه استفاده از چاپ سه بعدی روش منحصر به فرد در ساخت قطعات مورد نیاز در فضا است.

طلا و جواهر :

پرینترهای سه بعدی در صنعت طلا و جواهرسازی کاربردهای ویژه ای دارد که از جمله ی این کاربردها میتوان به مدلسازی دقیق و ظریف با قابلیت ریخته گری طلا ، اشاره کرد.

در آینده نزدیک شما  میتوانید جواهر مورد علاقه تان را خود با سلیقه خود طراحی کنید و بدون این که از خانه خارج شوید آن را در دست بگیرید !

معماری :

ساخت سریع جزئیات ساختمان، مدل‌ها و ماکت‌های با دوام از طراحی‌های مختلف معماری، تنها با چاپ سه بعدی امکان‌پذیر شده‌است. تکنولوژی چاپ سه بعدی به معماران و شرکت‌های معماری کمک می‌کند که به طرز حیرت‌انگیزی ماکتی بادوام و دقیق از مدل‌های طراحی شده و آرایه‌های مختلف طرح خود داشته باشند.

طراحان سازه ها علاقمندند، ماکت ساختمان خود را به صورت واقعی ببینند. که با استفاده از پرینتر سه بعدی امکان پذیر است. با استفاده از پرینت سه بعدی می توان مدل هایی دقیق از طرح سه بعدی که معمار در ذهن دارد را ساخت. پرینتر سه بعدی یک راه ساده ، سریع و اقتصادی برای ساخت مدل هایی با جزئیات بالا از طرح سه بعدی را برای شما فراهم می کند. بسیاری از شرکت های معماری امروزه از پرینتر سه بعدی برای افزایش خلاقیت و ارتباط بهتر با مشتری استفاده می کنند.

انیمیشن :

طراحان شخصیت های کارتونی علاقمندند، شخصیت های موردنظر خود را مدلسازی کنند. طراحان انیمیشن طرح اولیه ی شخصیت های کارتونی خود را در دست گرفته و بررسی میکنند که این چهره دارای فاکتور های مورد نظر آنان هست یا نه ؟

خودرو :

چاپ سه بعدی نمونه طراحی شده قطعات در خودروسازی و بررسی دقیق نمونه، قبل از تولید، از کوچکترین خطا در تولید جلوگیری کرده و به طراحی دقیق تر تجهیزات کمک می‌کند. مهندسین می‌توانند با چاپ سه بعدی نمونه قطعات با حجم کم، بررسی‌های لازم را دقیق تر انجام داده و از تولید و اشتباهات مکرر جلوگیری کنند. چاپ سه بعدی موانع نوآوری در تولید را می‌شکند و حرکت در راستای تولید با اطمینان را سرعت می‌بخشد.

پزشکی :

برای تولید تجهیزات پزشکی و طراحی‌های دقیق در این زمینه، و همچنین تولید اندام‌های مصنوعی، نیاز به تولید و طراحی قالب‌هایی با ابعاد و متریال بادوام می‌باشد که پرینترهای سه بعدی پاسخگوی این نیاز در علم پزشکیمی‌باشند.

قطعات بدن از جمله استخوان ها برای هر انسانی متفاوت است. توسط دستگاه پرینتر سه بعدی ، اسکلت بدن متناسب با هر عضو طراحی شده و مدلسازی میگردد. این کاربرد پرینتر سه بعدی نیاز به دقت بالایی دارد.

آموزشی :

دانش آموزان با ایده ای شروع به کار می کنند که به طور ناگهانی و بکر طرح کرده و سپس با تحقق ایده خود به صورت یک جسم فیزیکی کار به پایان می رسد.این امر هیجان انگیز است  زیرا کاربردهای ایجاد مدل های فیزیکی ایده ها می تواند گسترده باشد. پرینت سه بعدی آموزش را با یاد دادن چگونگی تحقق ایده ها در جهان فیزیکی بهبود می بخشد. پرینت و داده های سه بعدی می تواند الهام بخش نوآوری و خلاقیت در کودکان باشد.

علاوه بر ادغام پرینت سه بعدی به منظور یادگیری برای استفاده از فناوری  همچنین می تواند در روند درک مفاهیم دیگر نیز کمک کند.به عنوان مثال معلمان می توانند مدل هایی را برای نشان دادن مفاهیم به روش فیزیکی ایجاد کنند که برای یادگیری عملی بصری عالی است.