آشنایی با پرینترهای سه بعدی و عملکرد آنها

ردپــای پرینترهــای ســه بعــدی را می تــوان در هــر صنعتــی مشــاهده کــرد فرقــی نمی کنــد ســاخت یــک پروتــز فلــزی بــرای بــدن باشــد و یــا ســاخت خانــه در ابعاد بــزرگ، پرینترهای ســه بعدی اولیــن کمکــی کــه بــه مــا مــی کننــد ســاخت مــدل اولیــه بــا زمان برابــر ارزان تــر 5 برابــر ســریع تر نســبت بــه روش هــای ســنتی و 10 از آن هــا اســت. بــا توجــه بــه دامنــه ای وســیع از مــواد اولیــه شــما می توانیــد محصولــی کامــلا مقــاوم مربوط بــه صنایع اسلحه ســازی تولیــد کنیــد و یــا بــا اســتفاده از مــواد لاســتیکی انعطاف پذیــر قــاب گوشــی پرینــت کنیــد. پرینترهــای ســه بعدی کمــک می کننــد محصولاتــی کــه تاکنــون به دلیــل پیچیدگی های خــود کــه امکان ســاخت وجــود نداشــت، قابــل ســاخت شــوند.

بــرای ســال های متمــادی شــیوه های تولیــد تفــاوت چندانــی نکــرده اســتفاده از روش تفریق اســت ًاســت. اصــول اولیــه تولیــد اجســام عمومــا در ایــن روش بــا اســتفاده از یــک قالــب کــه می توانــد از جنس هــای متفــاوت باشــد، محصــول مــورد نظــر تولیــد می شــود. اســتفاده از ایــن روش دارای معایــب اســت. فراینــد ســاخت قالــب پروســه ای زمان بــر اســت، وجــود یــک اشــتباه ناخواســته در آن می توانــد رونــد تولیــد را دچــار مشــکلی جــدی کنــد. بــرای رســیدن بــه قالــب اولیــه نیــاز بــه صــرف منابــع مالــی زیــادی اســت و همچنین بســته بــه محصــول مورد نظــر نیــاز بــه افــراد ماهــر متفاوتــی می باشــد و تــا زمانی کــه مــدل اولیه ســاخته نشــده باشــد و محصــول تولیــد نمی رســد معایــب کار مشــخص نمی شــد. نرم افزارهــای ســه بعدی تخصصــی باعــث شــدند کــه فراینــد تولیــد دســتخوش تحــول عظیــم گــردد. دیگــر بــرای تولیــد محصــول اولیــه نیــاز بــه زمــان و هزینــه زیــادی نیســت. ارزیابــی یــک محصــول از نظــر فراینــد تولیــد و قابلیــت اســتفاده نیازمنــد صــرف زمــان طولانــی مدتــی نیســت شــما بــا اســتفاده از یــک پرینتــر ســه بعــدی بــه راحتــی مــی توانیــد مــدل ســه بعدی خــود را تولیــد کنیــد. پرینترهــای ســه بعدی بــا توجــه بــه پیچیدگی هــا و خصوصیــات محصــول تولیــدی می تواننــد قابلیت هــای متفاوتــی داشــته باشــند. اصــول اصلــی تمامــی پرینترهــای ســه بعدی بــر پایــه تقســیم کــردن آبجکت هــای ســه بعدی بــه هــزاران لایــه عمــودی و ســپس قــرار دادن تــک تــک ایــن لایه هــا بــر روی یکدیگــر اســتوار اســت. روشــی کــه بــرای قــرار دادن لایه هــای آبجکــت بــر روی یکدیگــر اســتفاده می شــود بســته بــه محصــول مــورد نظــر می توانــد متفــاوت باشــد.

میــلادی ایــن تکنولــوژی بــه دنیــا معرفــی شــد. بــا توجه به 80دهــه تلاش هــای نافرجامــی در کشــورهای مختلف 1884اینکــه قبــل از ســال ازجملــه ژاپــن بــرای ثبــت اختــراع پرینترهــای ســه بعدی انجــام گرفتــه بــود امــا اتفــاق اصلــی در فرانســه افتــاد و ســه دانشــمند فرانســوی در اختــراع پرینتــر ســه بعــدی را ثبــت کردند. در دســتگاهی که 1884ســال بوســیله دانشــمندان فرانســوی ثبت شــده بود از دو لیزر اســتفاده می شــد و در اثــر عبــور آن هــا، مایــع رزین(مونومــر) بــه جامــد (پلیمــر) تبدیــل می شــد. ایــده اولیــه پرینــت اجســام ســه بعدی به وســیله لایه هــای مختلــف حاصــل کار آن هــا بــود.

شــاهد شــکوفایی تکنولــوژی پرینترهــای ســه بعدی 90در دهــه بودیــم از شــرکت های بــزرگ از قبیــل مرســدس بنــز تــا کمپانی هــای کوچک تــر بــه اســتفاده از پرینترهــای ســه بعدی روی آوردنــد. بــا توجــه بــه نیــاز بــازار شــاهد تنــوع در تکنولــوژی پرینتــر هــای ســه بعــدی )کــه بعدهــا اســاس کار پرینتــر هــای ســه بعــدی STLبودیــم. فرمتــی ( شــد در ایــن دوره بــه وجــود آمــد. بــر اســاس بــازار مالــی به وجــود آمــده کمپانی هــای نوظهــوری بــا منابــع مالــی زیــاد تاســیس شــدند ازجملــه تغییــر solid scap کــه بعدهــا نــام خــود را بــه sandersکمپانــی داد و بــه مــرور بــه یکــی از کمپانی هــای پیشــرو در زمینــه پرینترهــای ســه بعدی تبدیــل شــد. اگــر بخواهیــم پرینترهــای ســه بعدی را تقســیم بندی کنیــم از دو روش اصلــی ایــن کار را می تــوان انجــام داد: الف- بر اساس مواد اولیه ب- بر اساس تکنولوژی مورد استفاده در پرینتر ها

الف- تقسیم بندی بر اساس محصول اولیه

اABS -1 ایــن مــواد کامــلا مشــابه مــواد پلاســتیکی هســتند کــه در ســاخت لگوهــا اســتفاده می شــود مــوادی از جنــس پلاســتیک بــا مقاومــت بــالا – رشته های چوبی

2 ایــن رشــته ها ترکیبــی از ذرات ریــز شــده چــوب هســتند بــا نوعــی از چســب های پلیمــری، از ایــن مــواد بــرای ســاخت و پرینــت مجســمه ها و محصــولات بــر پایــه چــوب اســتفاده می شــود. تغییــرات دمــای پرینترهــا در هنــگام پرینــت کــردن محصــول باعــث تغییــر رنگ لایه هــای چــوب می شــود.
– رشته های دارای انعطاف

3 پرکاربردتریــن مــواد اولیــه مصرفــی در پرینترهــای ســه بعدی مربــوط بــه ایــن دســته می باشــند محصــول نهایــی می توانــد شــفاف یــا کــدر باشــد و از مقاومــت مناســبی بــر خــوردار اســت – رشته های فلزی

4 در آن هــا از فلزاتــی ماننــد مــس، برنــج ، برنــز و فــولاد در اندازه هــای نانومتــر اســتفاده می شــود تکنولــوژی پرینترهایــی کــه از ایــن مــواد برای پرینــت ســه بعــدی اســتفاده می کننــد تکنولــوژی بالایــی دارنــد. – رشته های فیبر کربن

5 محصــول نهایــی کــه بــا اســتفاده از ایــن مــواد ایجــاد می شــود علاوه بــر اینکــه مقــاوت بالایــی دارنــد دارای وزن کمــی می باشــند از مــوارد اســتفاده از آن هــا می تــوان بــه صنعــت هوانــوردی اشــاره کــرد – رشته های رسانا

6 از ایــن مــواد بــرای ایجــاد قطعــات الکترونیکــی از قبیــل خازن هــا و آی ســی ها اســتفاده می گــردد. اســتفاده از ایــن مــواد در پرینترهــا آنچنــان فراگیــر نشــده اند و نیــاز بــه مطالعــه و بهبــود مــواد اولیــه حــس می شــود. -استفاده از پلیمرهای حساس به نور

7 در اثــر تابــش منبــع نــور بــر روی پلیــت شــناور در تانــک، رزیــن در قســمت های مشــخص خشــک می شــود. ایــن رزین هــا به دلیــل حساســیت بــالای کــه بــه نــور دارنــد از مایع بــه جامــد تبدیل می شــوند

ب- تقســیم بندی پرینترهــای ســه بعدی بــر اســاس فنــاوری مــورد اســتفاده در آن هــا

)EBM) Electron Beam Melting-1 در ایــن روش بــرای ذوب کــردن پودرهــای فلــزی از روش همجوشــی اســتفاده می شــود، ایجــاد یــک نقطــه ذوب مقطعــی و ســپس ســخت شــدن آن باعــث می شــود امــکان ســاخت لایه لایــه جســم جامــد فراهــم شــود. از ضعف هــای ایــن تکنیــک می تــوان بــه دقــت پاییــن آن اشــاره کــرد کــه طبیعتــا بــرای آبجکت هــای کوچــک ماننــد یــک انگشــتر جواهــر مناســب نمی باشــد. Direct Metal Laser Sintering )DMLS(

-2 هــا می باشــد. در ایــن روش EBMدارای تکنولــوژی بالاتــری نســبت بــه بــا اســتفاده از لیزرهــا پــودر فلــزی ذوب می شــوند و قطعــات پیچیــده ای پرینــت می شــود، خروجــی ایــن پرینترهــا دارای کیفیــت بالایی می باشــند و دلیــل مراحــل تولیــدی کــه طــی می کننــد دارای وزن کمــی می باشــند، به از کاربردهــای آن می تــوان بــه اســتفاده در مــوارد پزشــکی اشــاره کــرد در زمانی کــه بــرای یــک پروتــز و یــا اندام هــای مصنوعــی نیــاز بــه طراحــی و ســاخت مدلــی پیچیــده بــا فرمــی ارگانیــک از جنــس فلــز لازم باشــد به راحتــی می تــوان از ایــن تکنولــوژی اســتفاده کــرد.

Stereolithography )SLA( -3 بی شــک ایــن فنــاوری قدیمی تریــن تکنولــوژی پرینترهــای ســه میــلادی اســت 90 بعــدی می باشــد. اختــراع آن مربــوط بــه دهــه مکانیــزم آن ســاده اســت و در اثــر تابیده شــدن نــور به ســطح فتوپلیمر ها
(رزین هــای حســاس بــه نــور) در محــل برخــورد رزیــن مایــع تبدیــل بــه جامــد می شــود و تکــرار ایــن پروســه و قــرار گرفتــن لایه هــای در حــد چنــد میکرومتــر باعــث می شــود بــا تکــرار ایــن پروســه محصــول مــورد نظــر پرینــت شــود ایــن تکنولــوژی دارای شــباهت بــه پرینترهــای بــر دارد.

Digital Light Processing )DLP( -4

پایــه  متداول تریــن و پرکاربردتریــن نــوع از پرینترهــای ســه بعدی اســت کــه در صنعــت طلاوجواهــر اســتفاده می شــود، آینه هــای موجــود در دســتگاه وظیفــه کنتــرل مــکان تابــش منبــع نــور را بــه عهــده دارنــد. محصــول نهایــی ایــن پرینترهــا در عــرض چنــد دقیقــه بــا اســتفاده از دســتگاه یــووی خشــک می شــود. به دلیــل قدمــت تکنولــوژی کــه دارنــد ســاخت تعمیــر و نگهــداری آن هــا ســاده می باشــد و برخــی از مدل هــای رومیــزی آن ایــن امــکان را بــه طــراح می دهــد در اســرع وقــت مــدل طراحــی شــده خــود را پرینــت کنــد حجــم محصــول خروجــی بســته بــه نــوع پرینتــر دارد. Fused Deposition Modeling (FDM( -5 رایج تریــن نــوع از پرینترهــای ســه بعــدی می باشــد و نســبت بــه روش هــای دیگــر تکنولــوژی ســاده تری دارد. شــیوه کار بــه ایــن صــورت اســت کــه رشــته های پلاســتیکی ذوب می شــوند و بــه صــورت لایــه لایــه و طبقــه ای بــر روی یکدیگــر قــرار می گیرنــد و در نهایــت محصول نهایــی پرینــت می شــود. دو مشــکل اصلــی در ایــن روش وجــود دارد

Fused Deposition Modeling (FDM( -5

رایج تریــن نــوع از پرینترهــای ســه بعــدی می باشــد و نســبت بــه روش هــای دیگــر تکنولــوژی ســاده تری دارد. شــیوه کار بــه ایــن صــورت اســت کــه رشــته های پلاســتیکی ذوب می شــوند و بــه صــورت لایــه لایــه و طبقــه ای بــر روی یکدیگــر قــرار می گیرنــد و در نهایــت محصول نهایــی پرینــت می شــود. دو مشــکل اصلــی در ایــن روش وجــود دارداولــی مربــوط بــه اســتحکام ضعیــف بیــن قطعــه پرینــت شــده اســت و دومــی مربــوط بــه وجــود ســطحی ناصــاف در خروجــی پرینتر می باشــد. عمومــا از ایــن روش بــرای ســاختن مــدل اولیــه و بدســت آوردن دیــد کلــی نســبت بــه محصــول نهایــی اســتفاده می شــود

PolyJet -6

تکنولــوژی ایــن پرینترهــا بــرای افــراد فعــال در صنعــت طلاوجواهــر آشناســت شــیوه پرینــت محصــول نهایــی در ایــن پرینترهــای باعــث شــده فراینــد تولیــد زیــورآلات بــا ســهولت انجــام شــود، نیــاز بــه ایجــاد ســاپورت بــرای محصــول توســط کاربــر حــذف شــده و ســطح مــدل پرینــت شــده ناهمــواری بســیار کمــی دارد. نتیجــه اســتفاده از ایــن پرینتر هــا افزایــش ســرعت پوســت و پرداخــت و کاهــش کســری کار می باشــد. فراینــد کار آن هــا بــه ایــن صــورت اســت کــه جــت و نازهــای متعــددی فعــال هســتند کــه هــر کــدام از آن هــا رزیــن متفاوتی نازهــای می افشــانند یــک نــوع رزیــن کــه مربــوط بــه planرا بــر روی ســطح محصــول نهایــی اســت و رزیــن دیگــر کــه در هنــگام پرینــت ایجــاد می شــود و قابــل شست وشــو اســت و باعــث می شــود نیــاز بــه داشــتن ســاپورت نباشــد. پرینترهــای دیگــری از ایــن خانــواده وجــو دارنــد که در هنــگام پرینــت باعــث می شــود بعضــی از قســمت های آبجکــت مــات و برخــی قســمت ها بــراق باشــد و یــا اینکــه در تهیــه ماکت هــای پزشــکی نیــاز بــه پرینــت کــردن در رنگ هــای مختلــف به طــور همزمــان وجــود دارد وجــود جت هــای مختلــف باعــث می شــود هنــگام پرینــت ابجکــت خصوصیات هــای متفــاوت و جنس هــای مختلــف رزیــن همزمــان قابلیــت اســتفاده داشــته باشــند.

مزیت های پرینترهای سه بعدی

1- صرفه جویی در زمان  یکــی از نقــاط قــوت پرینترهــای ســه بعدی ســرعت آن هــا در ســاخت محصــول موردنظــر اســت چیزی کــه در گذشــته فراینــدی بســیار زمان بــر بــود و حتــی گاهــی بــا ســپری کــردن زمــان زیــاد، نتیجــه مطلــوب حاصــل نمی شــد – نبود خطای انسانی

2 یکــی از نکاتی کــه در تولیــد محصــول اولیــه بســیار تاثیرگــذار اســت خطــای انســانی می باشــد. خطــای انســانی می توانــد تحت تاثیــر خســتگی، پیچیدگــی، عــدم تمرکــز کاربــر ویــا مشــکلاتی خــارج از محیــط کار ایجــاد شــود درصورتی کــه در پرینترهــای ســه بعدی هیــچ کــدام از ایــن مــوارد در محصــول نهایــی تاثیرگــذار نیســتند.

3- هزینه زیاد

به دلیــل اینکــه غالــب محصــولات تولیــدی بــر اســاس روش تفریــق می باشــد ســاخت مــدل اولیــه بــا صــرف هزینــه زیــاد انجــام می شــود، در روش تفریــق شــما بــرای تولیــد محصــول اولیــه یــک قالــب اصلــی نیــاز داریــد بــرای رســیدن بــه قالــب اولیــه نیازمنــد صــرف هزینه هــای زیــاد بــرای مــواد اولیــه و نیــروی انســانی ماهــر هســتید. -سهولت در استفاده

4 فرقــی نمی کنــد شــما تمایــل به ســاخت یک انگشــتر داشــته باشــید و یــا ســاخت قطعــه ای از یک ســاختمان، مکانیــزم پرینترهای ســه بعدی شــباهت بســیاری بــا یکدیگر دارنــد اصــول اصلی همــه آن ها قــرار دادن لایــه هــای مختلــف از یک آبجکت بــر روی یکدیگر اســت آمــوزش کار بــا یــک پرینتــر ســه بعدی نیاز بــه آمــوزش چنــد ماهــه نــدارد و در ظرف چنــد ســاعت نحــوه کار پرینتــر ســه بعــدی را می شــود فــرا گرفــت. -تولید مدل های پیچیده

5 در گذشــته بــرای تولیــد مدل هــای پیچیــده محدودیت هایــی وجــود داشــت به طورمثــال در صنعــت طلاوجواهــر اســتفاده از پرینترهــای ســه بعــدی بــه تولیــد مدل هــای پیچیــده و مدل هایــی بــا داشــتن زیربندی هــای متفــاوت کــه در روش هــای ســنتی قابلیــت ســاخت نداشــتند، کمــک کــرد.
معایب پرینترهای سه بعدی

1-تولید در تعداد کم

اگــر شــما قصــد داریــد از یــک مــدل بــه تعــداد زیــاد تولیــد کنیــد، احتمــالا دچــار مشــکل می شــود و ایــن مســیر به دلیــل هزینه بــر تاثیرگــذار اســت.ًبودنــش بــر ســود اقتصــادی پــروژه شــدیدا
2- قیمت و دسترسی به مواد اولیه مــواد اولیــه

مــورد اســتفاده در پرینترهــای ســه بعدی گــران قیمــت هســتند و برخــی از آن هــا به دلیــل فراینــد پیچیــده تولیــد ممکــن اســت همیشــه در دســترس نباشــند.

3- استفاده در کارهای غیر قانونی

اســتفاده از پرینترهــای ســه بعدی در کارهــای غیرقانونــی می توانــد دامنــه بزرگــی را دربربگیــرد از ســاخت اســلحه و جنگ افــزار گرفتــه تــا کارهــای کم خطرتــر از قبیــل کپــی غیرقانونــی طرح هــای دیگــران، بــا توجــه بــه تــازه بــودن ایــن صنعــت بنظــر می رســد در آینــده شــاهد قانون گذاری هایــی بــرای جلوگیــری از رواج کارهــای بزهکارانــه در ایــن صنعت باشــیم.

نویسنده: صادق حبیب زاده