پرینتر سه بعدی چیست ؟

پرینتر سه بعدی یکی از ابداعات و تکنولوژی های نوین ساخت بشر می باشد که توانسته روش ساخت قطعات را تا حدود زیادی متحول سازد. یک  پرینتر ۳ بعدی
به منظور ساخت قطعات از روش ساخت افزایشی استفاده می نماید. ساخت افزایشی در واقع نقطه ی مقابل ساخت کاهشی است که روش مرسوم ساخت و تولید از گذشته تا کنون بوده است.

در این نوشتار قصد داریم تا به سئوالاتی نظیر تاریخچه ی پرینتر سه بعدی، نحوه ی کار پرینتر سه بعدی، انواع روش های پرینت سه بعدی، انواع محصولات پرینترهای سه بعدی و بسیاری از سوالات مرتبط با حوزه ی چاپ سه بعدی پاسخ دهیم تا در صورت نیاز به خدمات پرینت سه بعدی و یا حتی خرید پرینتر سه بعدی بتوانید به انتخاب بهتر و آگاهانه ای دست بزنید.

 

پرینتر سه بعدی چیست ؟

تولید قطعه با تکنولوژی پرینت سه بعدی روش ساخت قطعات را متحول ساخته است از اسباب بازی گرفته تا البسه و حتی اعضای بدن. همانطور که پیش از این نیز گفتیم یک دستگاه چاپ سه بعدی از روش ساخت افزایشی استفاده می نماید. انسان ها از ابتدای تاریخ تاکنون همواره از روش های کاهشی برای ساخت و تولید ابزار های مورد نیاز خود استفاده می نموده اند. از مثال های بسیار آشنای این روش می توان به فرز کاری و تراش کاری اشاره نمود.

در این روش ها یک قطعه ی اولیه با ابعاد بزرگتر توسط فرآیند های ذکر شده و با براده برداری به قطعه ی مورد نظر تغییر شکل می یافت و چون این تغییر شکل با کاهش ابعاد همراه بود کاهشی اطلاق می شد. در فرآیندهای ساخت افزایشی مواد پرینتر های سه بعدی به صورت لایه به لایه از طریق ابزاری مانند نازل پرینتر سه بعدی بر روی بستر چاپگر سه بعدی اعمال می شود و این فرآیند ساخت لایه لایه تا تکمیل نهایی قطعه کار ادامه می یابد به همین دلیل این روش را روش ساخت افزایشی می نامند.

تاریخچه ی پرینترهای سه بعدی

اگرچه تولید و عرضه ی انبوه پرینترهای سه بعدی خانگی در جهان به حدود سال ۲۰۱۰ میلادی باز می گردد اما نقطه ی شروع ساخت پرینترهای ۳ بعدی به بسیار قبل تر از این زمان و حتی به دهه ی چهل میلادی باز می گردد.

بیشتر بخوانید:تاریخچه پرینتر سه بعدی 

در ۱۹۴۰ یک داستان کوتاه پیشگویانه ی علمی تخیلی با عنوان چیزها بر روی هم ساخته می شوند، از نویسنده ای به نام موری لینستر منتشر شد که در آن موادی مانند پلاستیک های امروزی از طریق بازوهایی متحرک که بر روی آن ها نازل هایی مانند نازل چاپگرهای سه بعدی امروزی نصب شده بود، نقشه های سه بعدی را که به وسیله ی طراحی سه بعدی و اسکن سه بعدی عکس قطعات به دست آمده بود را به صورت لایه به لایه و مشابه فرآیند ساخت افزایشی تبدیل به قطعات بزرگی همانند خانه های سه بعدی یا کشتی های سه بعدی می کردند.

یکی دیگر از جرقه های اختراع پرینتر سه بعدی به دهه ی ۱۹۶۰ میلادی باز می گردد. در آن سال ها، شرکت teletype نوعی فن آوری جوهرافشان را اختراع نمود که در آن، مواد توسط یک نازل با استفاده از فرامین الکترونیکی بر روی سطح کشیده می شد.

این اختراع منجر به ساخت دستگاهی شد که قادر بود تا ۱۲۰ کاراکتر را در هر ثانیه چاپ نماید. به نوعی این اختراع را می توان آغازگر راه ساخت پرینترهای رومیزی خانگی دانست.

در ۱۹۷۱ میلادی شرکت teletype اختراعی را بر اساس پرینترهای جوهرافشان پیشین خود ثبت نمود که در آن موادی مانند فلز مایع به شکلی از پیش تعیین شده توسط مکانیزم حرکتی پرینترهای جوهرافشان به صورت لایه لایه بر روی یک سطح اعمال می شود و هر لایه ی جدید بر روی لایه ی قبلی انجماد می یابد. این دستگاه اساس نمونه سازی سریع یا همان ساخت افزایشی بود و نشان می داد که می توان از فرآیند چاپ دو بعدی جهت انجام پرینت سه بعدی بهره گرفت.

بسیاری تصور می کنند که چاپگر سه بعدی عملا در سال ۲۰۰۹ متولد شد در صورتی که دلیل اصلی این تصور در دسترس قرار گرفتن پرینترهای سه بعدی خانگی و پرینتر های سه بعدی صنعتی بزرگ به دلیل توسعه ی تولید و عرضه پرینترهای سه بعدی FDM جهت ساخت و سفارش پرینت سه بعدی پلاستیکی بود. اما برای رسیدن به خواستگاه اصلی پرینتر سه بعدی باید به دهه ی ۱۹۸۰ برویم.

 

وب سایت ultimaker در این باره اینگونه می نویسد :

 

The earliest 3D printer originated in 1981, when Dr. Hideo Kodama invented one of the first rapid prototyping machines that created parts layer by layer, using a resin that could be polymerized by UV light. In 1986, the first patent for stereolithography (SLA) was filed by Chuck Hull, who is considered “the inventor of 3D printing” for creating and commercializing both SLA and the .stl format – the most common file type used for 3D printing.

 

 

 

 

 

دهه ی ۱۹۸۰:تولید تکنیک های اصلی چاپ سه بعدی

همانگونه که پیش از این نیز گفتیم مفهوم پرینتر سه بعدی یا پاسخ به سوالاتی کلی مانند (چاپ سه بعدی چیست؟) در دهه ی ۱۹۷۰ کاملا مورد تصور بود و جرقه های اولیه ی پرینت تری دی در آن زمان زده شده بود.

اولین تلاش ها برای ساخت پرینتر سه بعدی توسط دکتر کوداما و در سال ۱۹۸۱ انجام شد. او اولین کسی بود که به صورت عملی مکانیزم لایه به لایه را برای ساخت قطعات معرفی نمود و به این ترتیب اولین محصولات پرینترهای سه بعدی را به وجود آورد. فرآیند معرفی شده توسط دکتر کوداما را می توان پایه و اساس روش پرینت سه بعدی SLA یا استریولیتوگرافی نامید که در آن یک رزین حساس به نور UV پلیمریزه و سخت می شد.

چند سال بعد یک تیم فرانسوی متشکل از مهندسان آلن لو مهاوته، اولیویه دو ویت و ژان کلود آندره تحقیقاتی را در رابطه با پرینت 3D استریو لیتوگرافی انجام دادند اما با توجه به قیمت چاپگر سه بعدی تولید شده موفق به تجاری سازی ایده ی خود نشدند.
در همان زمان چارلز هال نیز به تکنولوژی پرینت سه بعدی علاقه مند شد و برای اولین بار تکنولوژی پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی یا همان پرینتر سه بعدی SLA را در ۱۹۸۶ به عنوان یک اختراع به نام خود ثبت نمود. وی شرکت پرینتر سه بعدی 3D Systems را بنا نهاد و در سال ۱۹۸۸ پرینتر سه بعدی SLA-1 را به عنوان اولین محصول تجاری خود معرفی نمود.

در سال ۱۹۸۸ محققی از دانشگاه تگزاس به نام کارل دکارد اختراعی را برای تکنولوژی پرینت سه بعدی SLS ثبت نمود که در آن دانه های پودر به صورت موضعی توسط لیزر ذوب و به هم متصل می شدند و به این طریق تولید قطعه با پرینت سه بعدی انجام می شد.
در همان زمان اسکات کرامپ، یکی از بنیانگذاران شرکت Stratasys، اولین چاپگر سه بعدی FDM را اختراع نمود. به این ترتیب در کم تر از ده سال، سه تکنولوژی اصلی ساخت پرینتر سه بعدی به ثبت رسید و چاپ سه بعدی عملا متولد شد.

دهه ی ۱۹۹۰: ظهور تولید کنندگان اصلی پرینتر سه بعدی و ابزارهای CAD

اکنون اصول اولیه ی ساخت پرینترهای سه بعدی ایجاد شده اند، زمینه برای تکامل سریع تکنولوژی ساخت افزایشی فراهم شده است. در دهه ی ۱۹۹۰ شرکت های تولید کننده پرینترهای سه بعدی به سرعت تاسیس شدند و فناوری های جدید طراحی پرینت سه بعدی مانند ابزارهای طراحی فایل سه بعدی نیز به سرعت رشد نمودند.

این اتفاق ها ساخت افزایشی را به سطح بعدی پیشرفت خود هدایت نمود.در همان زمان در اروپا EOS Gmbh بنا نهاده شد که هدف از تاسیس آن انجام خدمات پرینت سه بعدی و نمونه سازی صنعتی از طریق پرینت سه بعدی قطعات صنعتی بود. فناوری SLS یا همان فرآیند زینترینگ لیزری انتخابی برای پرینت سه بعدی پلاستیک ها و پرینت سه بعدی فلز حاصل فعالیت های این استودیو سه بعدی است.

در سال ۱۹۹۲ گواهی ثبت اختراع Fused Deposition Modeling به طور رسمی برای شرکت Stratasys صادر شد و پرینتر FDM رسما متولد گردید. این تکنولوژی موجب شد تا خدمات پرینترهای سه بعدی برای کلیه ی افراد حرفه ای و عادی به صورت گسترده در دسترس قرار گیرد. از ۱۹۹۳ تا ۱۹۹۹ بازیگران اصلی حوزه ی پرینت سه بعدی صنعتی و عمومی با ارائه ی تکنولوژی های مختلف پرینتر سه بعدی ظاهر شدند که در ادامه به آن ها اشاره می نماییم.

Zcorp و بایندرجتینگ: این فناوری پرینت سه بعدی در دانشگاه MIT متولد شد و اساس آن بر فناوری خدمات پرینت ارائه شده توسط چاپگرهای جوهر افشان Z402 می باشد. در این روش مواد پودری ترکیب شده از نشاسته و گچ با استفاده از چسب های پایه آب به صورت انتخابی به یکدیگر اتصال می یابند و قطعه ی نهایی را تشکیل می دهند.در همان زمان ابزارهای جدید CAD یا همان طراحی به کمک کامپیوتر به سرعت توسعه یافتند تا امکان دستیابی همگان به فایل پرینت سه بعدی و بهره مندی از خدمات طراحی سه بعدی فراهم گردد.

از ۱۹۹۹ به بعد به تدریج کاربرد خدمات پرینتر سه بعدی در پرینت سه بعدی اعضای بدن و سایر بخش های مورد کاربرد در پزشکی مورد مطالعه قرار گرفت. در سال ۲۰۰۰ اولین کلیه با بهره گیری از خدمات پرینت ۳ بعدی ساخته شده اما ۱۳ سال طول کشید تا این کلیه ی پرینت سه بعدی شده درمرکز پرینت سه بعدی Forest institute به انسان پیوند زده شود. امروزه کلیه های ساخته شده با پرینترسه بعدی به خوبی وظیفه ی خود را انجام می دهند و محققان در حال آزمایش برروی گسترش تکنولوژی ساخت افزایشی بر روی سایر اعضای بدن هستند.

در سال ۲۰۰۴ پروژه ی RepRap آغاز شد. این پروژه که یک پروژه ی منبع باز(open source) محسوب می شود منجر به گسترش پرینترهای سه بعدی رومیزی خانگیFDM و محبوبیت این فناوری در بین مصرف کنندگان عمومی و صنعتی شد. به این ترتیب ارائه خدمات چاپ سه بعدی و حتی سفارش آنلاین پرینت سه بعدی، بسیار گسترش یافت و از طرفی پرینترهای سه بعدی با استفاده از یک فایل سه بعدی ، پرینتر سه بعدی دیگری را خلق می نمودند. به این ترتیب قیمت پرینترهای سه بعدی به شدت کاهش یافت و به تبع آن قیمت خدمات پرینت سه بعدی نیز بسیار کم تر از هزینه های محاسبه شده ی قبلی به دست می آمد.

در سال ۲۰۰۵ مرکز پرینت سه بعدی Zcorp، دستگاه پرینتر سه بعدی Spectrum Z510 را روانه ی مراکز فروش پرینتر های سه بعدی نمود. این چاپگر سه بعدی را می توان اولین پرینتر سه بعدی رنگی با کیفیت بالا در جهان به حساب آورد.

در سال ۲۰۰۸ یک بار دیگر کاربرد پرینترهای سه بعدی در پزشکی توجه همگان و به خصوص رسانه ها را به خود جلب نمود. پرینت سه بعدی اعضای بدن یا همان اندام مصنوعی امکان پذیر شد. در این روش شگفت انگیز، دستگاه پرینتر سه بعدی، تمام قسمت های یک اندام بیولوژیک را بدون نیاز به هرگونه فرآیند جانبی مانند مونتاژ و یا اصلاح های بعدی پرینت سه بعدی می نمود. در واقع اندام مورد نظر همان طور که اسکن و پرینت سه بعدی می شد، قابل اسکن و پیوند زدن بود.

امروزه با استفاده از اسکن سه بعدی، پروتزها و ارتزهای پزشکی ساخته شده توسط چاپگرهای سه بعدی با هزینه ی پرینت سه بعدی کمتری به دست بیماران می رسد. علاوه بر این، این پروتزها هر روز بهینه تر شده و با مورفولوژی بیمار سازگارتر می گردند.

در سال ۲۰۰۹ تکنولوژی پرینت سه بعدی FDM به طور گسترده ای در اختیار عموم قرار گرفت زیرا در این سال حق ثبت اختراع چاپگر سه بعدی FDM عمومی شد و موج گسترده ای از نوآوری در خدمات پرینت سه بعدی FDM صورت پذیرفت. به این ترتیب کاهش قیمت چاپ سه بعدی به طور قابل توجهی رخ داد و امکان خرید دستگاه پرینتر سه بعدی را برای همگان فراهم آورد.

همچنین در همان سال سرویس محاسبه آنلاین قیمت پرینت سه بعدی و نیز سفارش پرینت سه بعدی به صورت آنلاین که همان پرینت سه بعدی آنلاین اطلاق می شد توسط شرکت SCULPTEO به صورت عملی راه اندازی شد. همه ی این موارد دسترسی همگان به خدمات چاپ سه بعدی را بیش از پیش فراهم ساخت.

دهه ی سال های ۲۰۱۰: دهه ی نوآوری و چشم اندازهای روشن در زمینه ی پرینت سه بعدی

سال های اخیر، سال های بسیار مهمی برای صنعت ساخت پرینتر های سه بعدی به حساب می آید. با انقضای حق ثبت اختراع پرینت سه بعدی FDM، سال های ابتدایی این دهه به دهه ی شکوفایی صنعت پرینتر سه بعدی تبدیل شد. به این ترتیب، ساخت افزایشی تبدیل به یک تکنیک مقرون به صرفه برای عموم مصرف کننده ها گردید. همه ی این موارد تولید پرینتر های سه بعدی ارزان را برای همگان فراهم می ساخت. در سال ۲۰۱۰ شرکت Urbee اولین خودروی ساخته شده با پرینت سه بعدی صنعتی را رونمایی نمود. بدنه ی این خودرو با استفاده از پرینترهای صنعتی سه بعدی بزرگ ساخته شده بود. به این ترتیب ساخت خودرو با پرینتر سه بعدی میسر گردید. هم اکنون کاربرد پرینترهای سه بعدی در صنعت خودرو روز به روز در حال افزایش است. وب سایت stratasys در رابطه با این خبر اینگونه مینویسد:

 

Urbee 2 is the “urban vehicle of the future” and hopes to become the “greenest car on earth”. In order to achieve its goal, KOR Ecologic is crowdfunding to verify Urbee 2 and start its journey across the country.

 

فناوری پرینت سه بعدی روز به روز در حال تکامل و پیشرفت است. چاپگرهای سه بعدی جدید روز به روز کارآمد تر، سریع تر و ارزان تر می شوند و مواد چاپ سه بعدی جدید در دسترس شرکت های خدمات پرینت سه بعدی قرار می گیرند. در مجموع خدمات پرینت سه بعدی فوری و ارزان در دسترس هرچه بیشتر همگان قرار گرفته است.

امروزه طیف گسترده ای از رزین های پرینت سه بعدی با خواص و قابلیت های متنوع و انواع و اقسام فلزات و پلیمرهای ترموپلاست قابلیت پرینت با پرینترهای سه بعدی را دارند.
حتی برخی شرکت ها مانند Xtree فرانسه نوعی بتن مخصوص را طراحی و فرموله نموده که می تواند صنعت ساخت و ساز را با استفاده از چاپگرهای سه بعدی متحول نماید. ذکر این نکته جالب توجه است که در سال ۲۰۱۸ اولین خانه ی ساخته شده با پرینت سه بعدی ساختمان آماده ی سکونت انسان گردیده است. این ساختمان طی دو روز و توسط چاپگر سه بعدی ساخته شده است.

 

کاربرد پرینترهای سه بعدی در ایران و جهان:

به طور کلی می توان گفت که پرینت سه بعدی برای همه ی افراد، مشاغل و صنایع کاربرد دارد. مهم این است که قبل از این که به کاربرد های پرینتر سه بعدی برای خودتان فکر کنید به این پرسش پاسخ دهید که چه شغلی دارید یا در زندگی شخصی خود چه نیازهایی دارید؟ اگر کمی خلاقیت داشته باشید قطعا چاپگر سه بعدی در گوشه ای از کار یا زندگیتان به کمک شما خواهد آمد.

در عرصه ی صنایع، کاربرد های پرینتر های سه بعدی بسیار بی شمار است. مثلا تصور کنید که کارخانه ای قصد طراحی و تولید یک محصول جدید را دارد. طراحان این کارخانه محصول مورد نظر را با نرم افزارهای طراحی سه بعدی (CAD) طراحی می نمایند و یا از روی محصول مشابهی که قبلا وجود داشته است با استفاده از اسکنر سه بعدی به فایل سه بعدی مورد نظر خود دست می یابند.

فایل سه بعدی به دست آمده را در کامپیوتر به راحتی می توان مورد بررسی قرار داد اما در صورتی که نمونه ای فیزیکی و قابل لمس از آن فایل در دسترس طراحان و مدیران کارخانه قرار بگیرد قطعا به نحوی بهتر می توانند در مورد ایرادات احتمالی قطعه کار و یا بهبود هایی که می بایست در خصوص فایل سه بعدی طراحی شده اعمال شود تصمیم بگیرند.

در برخی موارد حتی می توان نمونه کار پرینتر سه بعدی را به صورت عملی وبه عنوان یک قطعه ی عملکردی مورد تست و ارزیابی قرار داد. این همان کاربرد نمونه سازی سریع یا ساخت افزایشی در صنعت است که امروزه در ایران و جهان بسیار مورد استقبال قرار گرفته است.
حال فرض کنید شما یک کارمند یا مدیر شاغل در یک دفتر اداری هستید و شغل شما هیچ ارتباطی با صنعت و ساخت تولید ندارد.

به آسانی می توان گفت که پرینتر سه بعدی در اینجا هم کاربرد خواهد داشت! قطعا در دفتر کارتان به ابزار ها یا قطعاتی نیاز پیدا کرده اید که نمونه ی ساخته شده آن در بازار وجود ندارد یا حتی شاید اصلا تاکنون به فکر کسی نرسیده باشد که می توان چنین ابزار یا قطعه ای را ساخت. مثلا از دست سیم های موس و کیبورد رها شده بر روی میزتان به ستوه آمده اید و از طرفی هم وسیله ای برای سامان دادن آن ها در بازار نمی یابید.

در عین حال در ذهنتان قطعه ای را با جزییات تمام تصور کرده اید که می تواند به راحتی این آشفتگی و بی نظمی را از میز کار شما بزداید. اکنون چه خواهید کرد؟ بهترین راه این است که با یک مرکز خدمات چاپ سه بعدی تماس بگیرید و سفارش مدل سازی سه بعدی قطعه ی مورد نظرتان را بدهید.

این مرکز خدمات پرینت، قطعه ی مورد نظر شما را طراحی سه بعدی خواهد نمود و پس از ارسال مشخصات فایل طراحی پرینت سه بعدی و تایید نهایی آن توسط شما قطعه ساخته می شود. این کار را در مورد بسیاری از قطعات یدکی ابزار های مورد استفاده در محل کارتان نیز می توانید انجام دهید.کافیست یک بار انجام پرینت سه بعدی را امتحان کنید تا طرز کار پرینتر سه بعدی دستتان بیاید.

در زندگی شخصی نیز می توان از پرینتر های سه بعدی بهره گرفت. از ساخت اسباب بازی با پرینتر سه بعدی برای کودکان گرفته تا دانلود طرح های آماده پرینت سه بعدی جهت ساخت ابزار های خاص و کاربردی و همچنین وسایل سرگرم کننده و جالب. شما برای انجام پرینت سه بعدی می توانید از مراکز خدمات چاپ سه بعدی بهره بگیرید یا حتی در گام نخست یک پرینتر سه بعدی ارزان را خریداری نمایید.

بسیاری از پرینتر های سه بعدی FDM با ابعاد ساخت قطعه کار حدود ۲۰در ۲۰ در ۲۰ سانتیمتر با قیمت های بسیار پایین و مقرون به صرفه در دسترس عموم می باشند. حتی می توانید به خرید پرینتر های سه بعدی دست دوم اقدام کنید یا خودتان طی یک پروژه ی سرگرم کننده و جذاب ساخت پرینتر های سه بعدی با آردیونو را امتحان کنید.

قلم پرینت سه بعدی نیز وسیله ای بسیار جالب و جذاب برای شروع کار با پرینتر های سه بعدی می باشد. این قلم ها بسیار ارزان می باشند و به راحتی می توان از فیلامنت های پرینتر سه بعدی برای تغذیه ی آن ها استفاده نمود. حتی از آن ها به عنوان یک اسباب بازی بسیار سرگرم کننده و جذاب و در عین حال افزاینده ی خلاقیت فرزندانتان استفاده نمایید.

در عرصه ی هنر و صنایع دستی نیز چاپگرهای سه بعدی بسیار حضور پر رنگی دارند. مثلا ساخت مدل های سفال سرامیک و چینی بهداشتی برای هنرمندان هنر های تجسمی بسیار مرسوم و پر کاربرد شده است. همچنین از پرینتر های سه بعدی برای چاپ سه بعدی مجسمه های گوناگون نیز می توان بهره گرفت. ساخت شابلون های مخصوص رنگ آمیزی قطعات مختلف نیز از کاربردهای پرینترهای سه بعدی می باشد.

از پرینتر های سه بعدی می توان برای ساخت قطعات تزیینی نیز استفاده نمود. یکی از این موارد تبدیل عکس و نقاشی به لیتوفان است. به این ترتیب به وسیله ی استفاده از خدمات چاپ سه بعدی می توان یک عکس یا نقاشی را به صورت نیمه برجسته مشاهده نمود. با قرار دادن یک چشمه ی نور در پشت قطعه ی لیتوفان می توان عکس یا نقاشی را به صورت سایه روشن مشاهده نمود. ساخت انواع جاکلیدی یا جعبه ی هدیه با پرینتر سه بعدی نیز یکی دیگر از کاربردهای رایج پرینترهای سه بعدی می باشد.

همچنین به راحتی می توان قالب شمع سازی را با پرینترهای سه بعدی ساخت. در این روش می توان فایل پرینت سه بعدی را با استفاده از نرم افزارهای طراحی سه بعدی طراحی نمود ویا با دانلود طرح های آماده ی پرینت سه بعدی در سایت های مربوطه، قالب شمع سازی را به کمک خدمات چاپ سه بعدی به دست آورد. بقیه ی مراحل بسیار ساده است. کافیست مواد اولیه ی شمع مثل پارافین و رنگ را داخل قالب پرینت سه بعدی شده ریخته و به شمع دلخواه و مخصوص خودتان دست یابید.
اکنون نوبت شماست تا با مطرح کردن ایده ی خود در یک مرکز خدمات پرینترهای سه بعدی به ایده ی خود جامه ی عمل بپوشانید.

نحوه ی کار پرینتر های سه بعدی:

FDM:

وقتی صحبت از چاپگرهای سه بعدی به میان می آید اولین نوعی از آن که عموما در ذهن افراد شکل می گیرد، چاپگر سه بعدی FDM است. همانطور که پیش از این نیز توضیح داده شد، این تکنولوژی به دلیل منبع باز(Open source) بودن و نیز وجود قطعات آن به صورت ماژولار در بازار جهانی بسیار رایج و مقرون به صرفه می باشد. دقت نسبتا مناسب، سادگی دسترسی، تنوع پلیمرهای مورد مصرف در آن، تنوع ابعاد و سادگی خرید و استفاده از آن از مزایای عمده ی پرینتر سه بعدی FDM می باشد. طرز کار پرینتر سه بعدی FDM به این نحو است که یک اکسترودر داغ شده، پلاستیک مذاب را با توجه به داده های سه بعدی داده شده به دستگاه بر روی سطح بستر دستگاه اعمال می کند. هر لایه پس از اعمال شدن، سخت شده و به لایه ی قبلی خود می چسبد. مواد مورد استفاده در این فرآیند فیلامنت نام دارد که در واقع حالت رشته ای شده ی پلیمر های گوناگونی همچون PLA، ABS، PETG، ASA و … می باشد.
عموما پرینترهای سه بعدی FDM دارای یک ورودی جهت تغذیه فیلامنت هستند. این پرینترها داده ها را توسط یک SD CARD یا کارت حافظه ی فلش از کاربر دریافت می نمایند.

استریولیتوگرافی یا SL:

استریو لیتوگرافی را می توان به عنوان دقیق ترین روش پرینت سه بعدی با کیفیت نهایی عالی به حساب آورد. اگر چه این فرآیند با محدودیت هایی نظیر مراحل پس پردازش مورد نیاز و نیز افزایش شکنندگی قطعات پرینت شده در گذر زمان همراه است. SL یک فرآیند بر پایه لیزر است که در آن رزین های فوتوپلیمر با تابش لیزر واکنش داده و سخت می شوند و تشکیل یک جسم جامد را می دهند. این روش یک راه دقیق برای ساخت قطعات بی نقص و دقیق است. فرآیند کاری این روش پیچیده اما استفاده از آن آسان است.

رزین فوتوپلیمر در داخل یک مخزن که یک صفحه ی متحرک در آن قرار دارد ریخته می شود. باریکه ای از اشعه ی لیزر در جهت محور های X و Y با توجه به داده های سه بعدی داده شده به دستگاه به سطح رزین تابانده می شود که منجر به سخت شدن سطح های در معرض لیزر شده و قطعه ای با دقت بالا را تشکیل می دهد. هر لایه که کامل می شود صفحه ی متحرک با نسبتی مشخص به پایین حرکت کرده و لایه گذاری بعدی با تابش لیزر انجام می گیرد.

این فرآیند تا اتمام کامل ساخت قطعه ادامه می یابد و صفحه به منظور جداشدن، از مخزن خارج می شود. به دلیل ذات فرآیند SL ، وجود سازه های ساپورت در برخی از قطعات که دارای پیش آمدگی (overhang) و شیب معکوس(Undercut) هستند ضروری می باشد. این سازه ها را باید در نهایت به صورت دستی زدود.
در فرآیند های پس پردازش، بسیاری از قطعاتی که با فرآیند SL پرینت شده اند نیاز به تمیز کاری، پولیش کاری و سخت سازی دارند. سخت سازی به معنای قرار دادن قطعه در معرض نور شدیدی در یک دستگاه اجاق مانند است تا رزین به طور کامل سخت شود.

DLP:

DLP (Digital light process) یا پردازش دیجیتالی نور، یک روش مشابه استریولیتوگرافی است که در آن فرآیند پرینت سه بعدی بر روی یک ماده ی فوتوپلیمر انجام می گیرد. تفاوت اساسی این فرآیند با استریو لیتوگرافی در نوع منبع نوری است. در فرآیند DLP از منابع نوری متعارف تری نظیر لامپ های قوس الکتریکی همراه با پنل های LCD یا یک آینه ی تغیر شکل پذیر (DMD) استفاده می شود که در آن کل سطح رزین فوتوپلیمر موجود در مخزن ، طی یک مرحله مورد تابش قرار می گیرد و به این نحو سرعت ساخت قطعات نسبت به SL افزایش می یابد.

همچنین همانند فرآیند SL، قطعات پرینت شده با فرآیند DLP دارای دقت و کیفیت بالا بوده و نیز شبیه فرآیند SL نیازمند زدودن سازه های ساپورت و سخت سازی است. در عین حال یکی از محاسن DLP در مقایسه با SL این است که ی مخزن کم عمق تری از رزین به منظور انجام فرآیند مورد نیاز است که عموما موجب کاهش هدر رفت مواد و هزینه های جاری می شود.

تف جوشی لیزر یا ذوب کردن به کمک لیزر:

تف جوشی لیزر و ذوب کردن به کمک لیزر مواردی هستند که بر اساس یک پروسه پرینت سه بعدی بر پایه ی لیزر کار می کنند و از مواد پودری برای ساخت قطعه استفاده می کنند. لیزر با توجه به داده های سه بعدی که به دستگاه داده می شود در راستای محور XوY بر روی بستری از مواد پودری که به خوبی فشرده شده اند اثر می گذارد.

فعل و انفعال لیزر با ماده پودری موجب زینترینگ یا تف جوشی ماده شده و ذرات ماده به حالت ذوب شده به یکدیگر می چسبند و تشکیل یک ماده جامد همگن را می دهند. پس از تکمیل هر لایه، بستر پودری به صورت تدریجی به پایین حرکت کرده و یک غلتک، پودر را بر روی بستر سخت شده ی قبلی می گستراند تا لیزر لایه ی بعدی را بر روی لایه ی قبلی ذوب کند و به آن اتصال دهد. محفظه ی ساخت قطعه با توجه به این که می بایست دمای دقیقی را در حین فرآیند ذوب ماده ی پودری انتخاب شده، حفظ نماید، کاملا عایقبندی شده است.

پس از اتمام فرآیند پرینت، کل پودر موجود در بستر دستگاه به طور کامل از دستگاه تخلیه می شود و پودر باقیمانده برروی قطعات پرینت شده نیز از قطعات زدوده می شوند. یکی از مزایای اصلی این روش این است که بستر پودری به عنوان یک سازه ی ساپورتی در مواضع دارای شیب معکوس و پیش آمدگی قطعه عمل می کند و بنابراین اجسام با اشکال هندسی پیچیده را که نمی توان با سایر روش های پرینت سه بعدی ساخت، می توان با این روش پرینت نمود.

با این حال یکی از معایب این روش این است که به دلیلی دماهای بالای ایجاد شده در فرآیند تف جوشی لیزر، زمان خنک شدن قطعه زیاد می باشد. علاوه بر این مک و تخلخل یکی از مسائل سابقه دار در این روش است و علی رغم آنکه پیشرفت های قابل توجهی در خصوص ساخت قطعات متراکم و توپر با این فرآیند صورت گرفته است، لیکن در برخی موارد هنوز نیاز به تراوش و ترکیب مواد جهت بهبود ساختار مکانیکی اجسام پرینت شده وجود دارد.

تف جوشی لیزر می تواند هم بر روی مواد فلزی و هم مواد پلاستیکی انجام شود. با اینکه تف جوشی لیزر نیازمند لیزر با توان بالاتر و هم چنین دماهای کاری بالاتر است، قطعات ساخته شده به این روش نسبت به SL و DLP بسیار مستحکم تر بوده ولی درعین حال کیفیت سطح و دقت ابعادی آن چندان خوب نیست.

روش پاششی:

دو فناوری پرینت سه بعدی وجود دارد که از تکنیک پاششی بهره می برند:

۱- پاشش چسب:

که در آن ماده ی پاشیده شده یک چسب می باشد که به صورت کنترل شده و انتخابی در بستری از پودر اسپری می شود تا یک لایه از قطعه را بسته به شکل و ابعاد آن اعمال کند و شکل دهد. همانند سایر روش های با بستر پودری ، هر لایه که تکمیل می شود، بستر پودر یک حرکت تدریجی را به سمت پایین انجام می دهد و یک غلتک یا تیغه، پودر را بر روی سطح بستر پودر تخت می کند و سپس با عبور هد پاشش کننده ی چسب، لایه ی بعدی شکل داده شده به لایه ی قبلی چسبیده می شود.

از مزایای این روش می توان به این مورد اشاره کرد که همانند فرآیند SLS، انجام ساپورت گذاری در حین ساخت قطعه منتفی بوده زیرا بستر پودری به خودی خود این عملکرد را فراهم می نماید. علاوه بر این، گستره ی وسیعی از مواد را می توان مورد استفاده قرار داد که شامل انواع سرامیک ها و حتی مواد غذایی می شود. یکی از مزیت های متمایز کننده ی این فرآیند این است که به آسانی می توان طیف گسترده ای از رنگ ها را به چسب مصرفی اضافه نمود تا رنگ قطعات کاملا کنترل پذیر و انتخابی باشد.

قطعات ساخته شده در این فرآیند به استحکام قطعات ساخته شده به روش تف جوشی نخواهند بود و به منظور اطمینان از عمر و دوام آن ها می بایست مراحل پس پردازش را برای آن ها در نظر گرفت.

۲- پاشش مواد:

یک روش پرینت سه بعدی است که در آن مواد اصلی تشکیل دهنده ی قطعه به حالت مایع یا مذاب شده به صورت انتخابی و کنترل شده از طریق چند هد پاشش کننده ی مواد، که بقیه ی هد ها می توانند مواد مکمل یا ترکیب شونده باشند، بر روی بستر دستگاه پاشش می شوند. اگر چه این مواد معمولا فوتوپلیمر های مایع هستند که با تابش اشعه ی UV به هر لایه ی آن، سخت شده و آماده ی اعمال لایه ی بعدی می شود.

ذات این فرآیند این امکان را فراهم می کند تا گستره ای از مواد هم رده را در حین پرینت قطعه اعمال نمود. این بدان معناست که یک قطعه می تواند از چند ماده با مشخصات و خواص مکانیکی و شیمیایی متفاوت تشکیل شود. روش پاشش مواد یک روش پرینت سه بعدی بسیار دقیق می باشد که قطعات با کیفیت و دقیقی را باکیفیت سطح بسیار بالا پرینت می نماید.

روش لایه گذاری رسوبی انتخابی SDL:

SDL یک روش انحصاری پرینت سه بعدی است که توسط شرکت Mcor technologies ابداع و عرضه شده است. این روش دارای مشابهت هایی با روش ساخت اشیا لمینت شده یا LOM که توسط شرکت Helisys در دهه ی ۹۰ میلادی ابداع شد دارد. در روش LOM به منظور شکل دهی قطعه ی نهایی از لایه بندی و شکل دهی کاغذ استفاده می شود.
روش پرینت سه بعدی SDL، قطعات را به صورت لایه لایه با استفاده از کاغذهای استاندارد کپی می سازد.

هر لایه ی جدید با توجه به داده های سه بعدی داده شده به دستگاه و با استفاده از چسب به لایه ی قبلی چسبیده می شود. این بدان معناست که مقدار بسیار زیادی از چسب در ناحیه ای که تبدیل به قطعه ی اصلی می شود اعمال شده و مقدار کمتری در اطراف قطعه که به عنوان ساپورت عمل می کند، اعمال می شود که این امر حذف ساپورت را بسیار آسان می کند.

هنگامی که یک برگه ی کاغذ از طریق مکانیزم تغذیه کننده ی کاغذ به داخل پرینتر سه بعدی هدایت می شود و بر روی لایه ی چسب نهایی اعمال شده قرار می گیرد، یک صفحه ی حرارتی بر روی این برگه ی نهایی کاغذ قرار گرفته و فشار و حرارت لازم را به آن اعمال می کند. این فشار اعمال شده، چسبندگی مناسب بین دو برگه ی کاغذ را تضمین می نماید. سپس صفحه ی بستر دستگاه به موقعیت ساخت، برگشت داده می شود که در آن یک تیغه ی قابل تنظیم تنگستن کارباید برگه ی کاغذ را برش داده و لبه های بیرونی قطعه را ساخته و پرداخته می نماید.

وقتی که این فرآیند برش پایان یافت، پرینتر سه بعدی لایه ی بعدی چسب را اعمال می نماید و این فرآیند و چرخه تا پایان شکل گیری قطعه ی نهایی ادامه می یابد.

SDL یکی از معدود روش های پرینت سه بعدی است که در آن می توان با استفاده از ترکیب رنگ گروه CYMK(سبز فیروزه ای،ارغوانی، زرد، مشکی) قطعات تمام رنگی را پرینت نمود و به دلیل این که قطعات از کاغذ استاندارد تشکیل شده اند و نیاز به هیچگونه فرآیند پس پردازش در آن وجود ندارد، لذا این قطعات کاملا ایمن و دوستدار محیط زیست هستند. از معایب این روش می توان به محدودیت ابعادی قطعات ساخته شده با توجه به ابعاد مواد اولیه مصرفی (کاغذ) و نیز محدودیت در ساخت قطعات با پیچیدگی هندسی بالا اشاره نمود.

EBM:

روش پرینت سه بعدی EBM یا ذوب به کمک پرتو الکترونی(Electron beam melting) یک روش انحصاری است که توسط کمپانی سوئدی Acram عرضه شده است. این روش پرینت فلزی، بسیار به روش تف جوشی لیزری مستقیم فلزی یا DMLS شباهت دارد و در رده ی ساخت قطعات از پودر فلزات قرار می گیرد. تفاوت اصلی آن در منبع حرارتی آن است و همانگونه که از نام آن پیداست این منبع حرارتی از یک پرتو الکترونی تامین می شود که لزوم انجام فرآیند در شرایط خلا را ایجاب می نماید.

EBM قابلیت ساخت قطعات کاملا توپر با گستره ی وسیعی از آلیاژهای فلزی و حتی آلیاژهای با رده ی پزشکی را دارد که باعث می شود این روش در کاربردهای مورد استفاده در صنعت پزشکی، خصوصا ساخت انواع ایمپلنت ها بسیار موفقیت آمیز باشد. در عین حال سایر صنایع با تکنولوژی بالا مانند صنایع هوایی و بخش هایی از صنعت خودروسازی به تکنولوژی EBM جهت ساخت برخی قطعات، متکی هستند.

EBM:

روش پرینت سه بعدی SLM که مخفف Selective Laser Melting است بر پایه ی زینترینگ پودر فلزات با تابش پرتو لیزر می باشد. در این فرآیند صفحه ی ساخت یا Build plate مرحله به مرحله پایین می آید و پودر فلز که در داخل یک مخزن پیستون مانند نگهداری می شود توسط قطعه ای به نام ریکوتر بر روی سطح اعمال می شود و هر لایه بر اساس شکل تعریف شده در Gcode توسط پرتو لیزر ذوب شده و به لایه ی قبلی متصل می شود. اتمسفر دستگاه تحت گاز خنثی آرگون بوده و میزان اکسیژن آن نیز کنترل شده است.

لیزر توسط چند لنز و یک اف تتا (F-Teta) لنز بر روی سطح قطعه تابانده می شود. اف تتا لنز برای هدایت مستقیم پرتو لیزر بر روی قطعه به کار می رود. این روش پرینت سه بعدی فلزی دارای مزایایی مانند سرعت بالا، امکان ساخت قطعات پیچیده، دقت ابعادی بالا و تنوع استفاده از انواع پودرها می باشد و محدودیت ابعادی، وجود عیوبی همچون Prosity، سرعت پایین پرینت هر مرحله، ترک و اعوجاج حین پرینت، هزینه ی بالای ساخت پودر و عدم امکان پرینت مواد ترد و شکننده را می توان به عنوان معایب آن برشمرد.

 

آینده پرینتر سه بعدی 

اکنون می توان گفت که پرینت سه بعدی در حال متحول کردن صنایع بزرگی مانند خودرو، معماری و حتی پزشکی است. اما به راستی این فناوری تا کی می تواند پیشرفت کند؟
حوزه ی چاپ زیستی سه بعدی در حال تبدیل شدن به یک موضوع بزرگ در حوزه ی پرینت سه بعدی پزشکی است.

این فناوری مزایای فراوانی را به همراه دارد از ساخت بافت انسانی برای افرادی که دچار سوختگی شده اند تا پرینت سه بعدی اندام های انسانی به منظور پیوند اعضا. این فناوری به راحتی می تواند ساختارهای بافتی مانند بافت کلیه و بافت پوست را از طریق چاپگر سه بعدی تولید و تکثیر نماید.

مزایای پرینت سه بعدی برای حوزه ی ساخت و ساز نیز بسیار زیاد است. پروژه های ساختمانی با بهره گیری از چاپگرهای با ابعاد بزرگ با سرعت بسیار بالا پرینت می شوند. مثلا نوعی از این پرینتر ها در چین توانسته در یک روز بیش از ده خانه بسازد.
آیا آماده نوشتن آینده تاریخچه پرینت سه بعدی و بهبود فرآیند تولید خود هستید؟ پروژه پرینت سه بعدی خود را هم اکنون شروع کنید. فایل سه بعدی خود را در اینجا آپلود کنید تا از خدمات چاپ سه بعدی ما نهایت استفاده را ببرید.

سوالات متداول درباره پرینتر سه بعدی

پرینتر سه بعدی چیست؟

دستگاهی است که با استفاده از یک مدل دیجیتال، اشیاء سه‌بعدی را لایه به لایه می‌سازد.

چه موادی را می‌توان با پرینتر سه بعدی چاپ کرد؟

پلاستیک‌های مختلف، فلزات، رزین‌ها، سرامیک و حتی مواد غذایی.

پرینتر سه بعدی چه کاربردهایی دارد؟

نمونه‌سازی سریع، تولید محصولات سفارشی، ساخت قطعات صنعتی، پزشکی، آموزش و …