پرینت سه بعدی چیست؟

پرینت سه بعدی مجموعه ای از فناوری هاست که همگی سعی می کنند به این سوال پاسخ دهند، "بهترین راه برای ساختن هر جسم فیزیکی با ساخت لایه به لایه آن چیست؟" با پرینت سه بعدی شما معمولاً تکه تکه یک نان می سازید.

فناوری‌ها همه متفاوت عمل می‌کنند، اما یکی از رایج‌ترین FDM (Fused Deposition Modelling) با سر چاپی که از فیلامنت پلاستیکی تغذیه می‌کند (معمولاً ABS، همان پلاستیکی که LEGO از آن ساخته می‌شود) کار می‌کند.

یک فایل سه بعدی توسط نرم افزار بررسی می شود تا ببینیم آیا قابل چاپ است یا خیر.

سپس نرم افزار فایل را برش داده و به دستگاه می فرستد.

یک رشته پلاستیکی از طریق سر چاپ تغذیه می شود.

فیلامنت ذوب می‌شود و سر آن را روی یک پلت فرم می‌گذارد.

سر به اطراف حرکت می کند و مواد را رسوب می دهد به طوری که برش زیرین جسم را تشکیل می دهد.

سر به موقعیت اولیه خود باز می گردد و سکوی ساخت پایین می آید.

سپس هد لایه جدید را روی لایه اول می‌سازد و این کار تا زمانی که شی تمام شود تکرار می‌شود.

برای شبیه سازی DIY، یک لوله خمیر دندان را روی دست خود فشار دهید.

اگر بخواهیم شکل لیوان شراب بسازیم با مشکل مواجه می شویم. اگر می خواستیم کاسه لیوان را چاپ کنیم، پلاستیک همه جا را می برد. به همین دلیل، ماشین‌های پیشرفته (و به زودی ماشین‌های رومیزی) نیز مواد پشتیبانی را واریز می‌کنند. با مواد پشتیبان، هد چاپ دارای دو اکسترودر است، یکی که مواد ساختمانی را رسوب می دهد و دیگری مواد پشتیبانی می کند. بنابراین هنگام ساخت یک لیوان شراب، در واقع یک شکل استوانه ای می سازید که تا دورترین قسمت های کاسه لیوان امتداد دارد.

هد چاپ مواد ساختمانی را برای قسمت‌هایی از لایه که در نهایت به شیشه شراب تبدیل می‌شود بیرون می‌زند و همچنین مواد پشتیبانی زیادی را بیرون می‌کشد تا زمانی که یک سازه آویزان ساخته شود، بتوان مواد ساختمانی را روی آن ساخت. بنابراین شما با یک استوانه پلاستیکی مواجه می شوید که لیوان شراب شما در آن است. سپس می توانید از آب یا حمام حلال (راه های زیادی وجود دارد) برای شستن مواد نگهدارنده استفاده کنید و جسم نهایی خود باقی می ماند.

در اینجا ویدیویی وجود دارد که نحوه عملکرد این فرآیند را نشان می‌دهد (افشا، ویدیو توسط شرکت Materialize که من در آن کار می‌کردم ساخته شده است):

در اینجا ویدیو دیگری توسط Shapeways وجود دارد (افشای، من قبلاً در آنجا کار می کردم) که برخی از مواد پشتیبانی و حذف آن را به شما نشان می دهد:

FDM دقت ابعادی بالایی به شما می دهد، اما قطعات به طور کلی جذابیت کمتری نسبت به قطعات ساخته شده با سایر فناوری ها دارند.

تف جوشی لیزری انتخابی

 

 

لیزر انتخابی یا زینترینگ لیزری فرآیند متفاوتی است که در آن یک پودر پلاستیک ریز (PA12 شبیه نایلون) رسوب می‌کند و لیزر قطعاتی را که به مدل شما تبدیل می‌شوند، تف جوشی می‌کند. بقیه پودر به عنوان تکیه گاه عمل می کند. سپس یک لایه جدید اعمال می شود و این روند تکرار می شود. سپس با یک بلوک پودر ریز که قطعات شما را نگه می دارد باقی می مانند. SLS شبیه به شلوار جین است و خواص مکانیکی بسیار خوبی دارد، اما مواد متخلخل است، بنابراین کثیفی و مایعات را جذب می کند. در بالا یک بال پهپاد ساخته شده با SLS است.

DMLS

 

 

شما همچنین می توانید تیتانیوم و فولاد را با DMLS (پخش مستقیم فلزات لیزری) که به همان روش کار می کند، اما با پودر تیتانیوم، پرینت سه بعدی کنید. در اینجا می توانید نحوه ساخت ایمپلنت فک را مشاهده کنید:

DMLS به شما قطعات فلزی و استحکام بسیار بالایی می‌دهد، اما علاوه بر پشتیبانی از پودر پخته نشده، ساختارهای پشتیبانی اضافی نیز باید ساخته شود زیرا دماهای بالایی روی قطعه تأثیر می‌گذارد. اینها باید با دست و با استفاده از فلکس یا ماشین ابزار دیگر برداشته شوند.

EBM

 

 

ذوب پرتو الکترون (EBM) با پرتوی هدایت شده از الکترون ها کار می کند. EBM بافت سطحی خشن‌تری نسبت به سایر فرآیندها دارد، اما این باعث می‌شود که برای ایمپلنت‌ها مناسب باشد. بیش از 30،000 ایمپلنت ارتوپدی هر سال با EBM ساخته می‌شود.

پرینت سه بعدی

 

نام واقعی تمام فناوری‌های چاپ سه‌بعدی تولید افزودنی است، اما عموم مردم چاپ سه‌بعدی را به عنوان اصطلاح انتخاب کرده‌اند. پرینت سه بعدی در واقع نام مجموعه ای از فناوری ها است که از پتنت چاپ سه بعدی MIT گرفته شده است که به موجب آن یک سر چاپ (همانطور که در چاپگر هیولت پاکارد شما وجود دارد) روی یک لایه پودر می رود و این ماده را با یک کلاسور می چسباند. شما می توانید با این فرآیند رنگی را چاپ کنید و این همان کاری است که ماشین های Zcorp انجام می دهند. ExOne با استفاده از همین فناوری، اما با فرآیند پیچیده تر، می تواند فلز را چاپ کند. قطعات Zcorp رنگ دارند، اما شکننده هستند. ExOne قطعات فلزی را ارزان می‌سازد (حلقه ازدواج فولادی 8 دلار است)، اما دقت ابعادی پایین‌تری دارد و نسبتاً به زمان زیادی نیاز دارد.

Voxeljet از همین فناوری برای چاپ شن و ماسه و PMMA استفاده می کند و از این فرآیند برای ریخته گری بسیاری از پمپ ها و سایر ماشین آلات صنعتی استفاده می شود. Voxeljet در حال حاضر دارای بزرگترین چاپگر سه بعدی در جهان است که دارای حجم ساخت 4 x 2 x 1 متر است.

 

استریولیتوگرافی

 

استریولیتوگرافی در واقع اولین فناوری تجاری بود که توسط چاک هال در 3D Systems اختراع شد. لیزرها در یک حمام از رزین ساخته شده و شیء می شوند. این فرآیند به شما صافی عالی و قطعات زیبایی می دهد، اما نیاز به یک مرحله پس از پخت دارد و ساختارهای پشتیبانی باید با دست برداشته شوند. در عکس بالا، ساختارهای تکیه گاه را می بینید که ماکت مومیایی کینگ توت را بالا نگه داشته اند (به ساختار تکیه گاه مشبک که سر را بالا نگه می دارد توجه کنید). قطعات SLA نیز معمولاً در برابر سایش و پارگی دنیای واقعی مقاومت کمتری دارند و برای مواردی مانند نمونه‌های اولیه استفاده می‌شوند، زیرا خوب به نظر می‌رسند و پس از اتمام، شگفت‌انگیز به نظر می‌رسند. نمونه ای در داخل خودرو و داشبورد سیتروئن GT که در زیر مشاهده می شود، این ویدئو یک لامپ ساخته شده با SLA را به شما نشان می دهد.

 

Envisiontec

 

(افشا، من در حال حاضر کار مشاوره ای برای Envisiontec انجام می دهم) در حالی که تقریباً تمام فناوری های چاپ سه بعدی لایه به لایه کار می کنند استثناهایی وجود دارد. با Envisiontec از پردازش نور دیجیتال استفاده می شود (همان فناوری که در پروژکتورهای DLP و تلویزیون های DLP یافت می شود). یک رزین مایع توسط یک پروژکتور DLP که تصویری از یک وکسل (پیکسل حجمی) را بر روی آن پخش می کند، پخته و جامد می شود. اندازه و شکل وکسل چاپ شده به دست آمده می تواند و بسته به تصویر متفاوت باشد. Envisiontec نمی تواند چیزهای واقعاً بزرگ بسازد، اما چیزهای کوچک بسیار دقیق مانند سمعک های سفارشی، ایمپلنت های دندانی و قالب هایی برای جواهرات می سازد. در بالا می توانید سینی ساخت سمعک را ببینید. بیش از 10،000،000 جفت سمعک به صورت سه بعدی چاپ شده است. ویدئوی دوم به زبان آلمانی است، اما به شما نشان می‌دهد که چگونه دندانپزشکان از این فناوری استفاده می‌کنند.

 

شیء

Objet زمانی کار می کند که فتوپلیمر توسط هد چاپ جوهر افشان رسوب می کند. لایه به دست آمده سپس با یک لامپ UV پخته می شود. به طور سنتی مشکل Objet این بود که قطعات ساخته شده با آن بسیار شکننده بودند، اما آنها در حال بهبود مواد بودند. جالب ترین چیز در مورد Objet این است که می تواند چاپ سه بعدی چند ماده ای انجام دهد، بنابراین می توانید برای مثال چیزهایی با چگالی و سختی متفاوت بسازید. دسته تیغ زیر را می‌توان در قسمت‌ها انعطاف‌پذیر کرد و در قسمت‌های دیگر سفت کرد، در حالی که دارای پدهای نرمی است که آن را نگه می‌دارید، همه در یک نسخه چاپی (به اندازه کافی خنده‌دار است، تیغ زیر ممکن است مورد نقض حق چاپ باشد، زیرا ژیلت دارای پتنت‌هایی است که ساخت را پوشش می‌دهد. از تیغ های پرینت سه بعدی، سه بعدی، بنابراین ممکن است به این معنی باشد که این شکلی است که شما مجاز به ساخت آن نیستید. ثبت اختراع EP2266727A1 - روشی برای تشکیل یک کارتریج تیغ کاربردی و یک کارتریج تیغ کاربردی)

 

چرا پرینت سه بعدی مفید است؟

پرینت سه بعدی به شما این امکان را می دهد که بدون هزینه راه اندازی سریعاً اشکال منحصر به فرد بسازید. در تولید انبوه سنتی، شما هشت هفته را صرف ساختن قالب و ابزار می کنید و باید هشت هفته صبر کنید تا وسایل شما از چین برسد. یک قالب ممکن است از 10 دلار،000 تا 200 دلار،000 برای شما هزینه داشته باشد، اما زمانی که برای ساختن این قالب وقت گذاشتید و هزینه کردید، می‌تواند میلیون‌ها چیز مشابه را با نرخی بالا از بین ببرد. هزینه بسیار کم

با چاپگر سه بعدی، یک شی باید به صورت جداگانه در یک ماشین ساخته شود. به محض اینکه طرح را دارید می توانید چاپ را شروع کنید. اما، به دلیل هزینه مواد و هزینه دستگاه و فضایی که قطعه در دستگاه اشغال می کند (خرید، حجم داخلی و سرعت)، معمولاً چیز شما گرانتر از یک کالای تزریقی خواهد بود. بنابراین یک لامپ پرینت سه بعدی ممکن است 80 دلار برای شما هزینه داشته باشد در حالی که لامپ قالب گیری تزریقی 1 دلار است. اما، با پرینت سه بعدی می توانید هزاران گونه از این لامپ را بسازید و همه آنها را بدون هزینه یا زمان اضافی چاپ کنید، هر کدام 80 دلار هزینه دارد (لامپ های بزرگتر گران تر خواهند بود و ممکن است هزینه ای برای سفارشی کردن طراحی وجود داشته باشد).

پرینت سه بعدی در ساخت چیزهای منحصر به فرد برتری دارد. چیزهایی که فقط یک بار باید ساخته شوند، چیزهایی که فردی هستند، چیزهایی که قرار است فقط برای یک نفر زیبا باشند.

چرا پرینت سه بعدی انقلابی است؟

با پرینت سه بعدی می توانید نزدیک به مشتری یا حتی در خانه خود چاپ کنید. از آنجا که بسیاری از چیزهایی که ما را احاطه کرده اند، تولید انبوه هستند، این چیزها بد است. آنها قرار است به میلیون ها نفر تولید شوند زیرا این فرآیندهای تولید انبوه اینگونه عمل می کنند. بنابراین، آنها برای جلب توجه تعداد زیادی از مردم بدون برآوردن نیازهای کسی هستند. با پرینت سه بعدی می توانید چیزهای منحصر به فردی بسازید و طراحی کنید و چیزهایی برای یک فرد بسازید. شما همچنین می توانید اشکالی تولید کنید که با هیچ وسیله دیگری ساخته نمی شوند. با تولید متفاوت، می توانید چیزهایی را بنا به تقاضا تولید کنید یا طرح خود را تکرار و آزمایش کنید در حالی که به طور مداوم چیزهای بهتری می سازید. ما همچنین می‌توانیم با هم کار کنیم و طرح‌ها را به اشتراک بگذاریم و با استفاده از نرم‌افزار، آن‌ها را بهبود بخشیم و از این طریق کیفیت همه چیز را بهبود ببخشیم. ما همچنین قادر خواهیم بود تولید را دموکراتیک کنیم و به طور بالقوه اجازه خواهیم داد هر کسی هر کاری بسازد. این تأثیر اساسی بر دنیای ما خواهد داشت.

برای اطلاعات بیشتر می توانید این پاسخ را بررسی کنید:
چرا می گویند پرینت سه بعدی سومین انقلاب صنعتی است؟

صنعت چاپ سه بعدی

صنعت چاپ سه بعدی یک صنعت 2،{2}}،000،000 دلاری است که از سال 1989 تا کنون 26 درصد در سال درآمد داشته است. در حالی که رسانه ها تقریباً بر چاپ سه بعدی خانگی تمرکز می کنند. کل صنعت تجارت به تجارت است.

بسیاری از شرکت ها از چاپگرهای سه بعدی برای نمونه سازی اولیه چیزها استفاده می کنند. آنها از آنها برای آزمایش طرح ها و توسعه سریعتر محصولات استفاده می کنند. سایر شرکت ها از این فناوری برای قطعات کوتاه مدت، قطعات یدکی یا تولید کم حجم استفاده می کنند. در مسابقات اتومبیل رانی برای ساخت قطعات و همچنین در سفارشی سازی اتومبیل و مواردی مانند داشبورد ویرون استفاده می شود. قطعات دریم لاینر و ایرباس A380 پرینت سه بعدی هستند و در نمونه های اولیه پزشکی، راهنماهای جراحی و ایمپلنت ها استفاده می شود. هر جا که نیاز به یک آیتم منحصر به فرد با طراحی خاص باشد، می توان پرینت سه بعدی را پیدا کرد. در اصل، وعده چاپ سه بعدی به عنوان یک فناوری برآورده کردن آرزو است که به ما اجازه می دهد هر چیزی را رویاپردازی کنیم و آن را بسازیم.

برخی از محدودیت های پرینت سه بعدی چیست؟

ماشین ها خیلی گران هستند و قابل اعتماد نیستند.
مواد به اندازه کافی قوی نیستند.
بسیاری از قطعات پرینت سه بعدی به اندازه کافی خوب به نظر نمی رسند.
طراحی آن برای پرینت سه بعدی بسیار سخت است.
مشکل بوم خالی به این معنی است که ما اغلب از ایجاد چیزی الهام نمی‌گیریم یا در واقع از ایجاد چیزی نمی‌ترسیم.
ماشین ها به اندازه کافی سریع نیستند.
بسیاری از قطعات به اندازه کافی صاف نیستند.
و غیره.