در اعماق تاریخ، بشر همواره در جستجوی راههایی برای تبدیل ایدههای ذهنی به واقعیت ملموس بوده است. از تندیسهای سنگی گرفته تا طرحهای پیچیده معماری، انسان همواره به دنبال ابزارهایی برای تراوش خلاقیت خود بوده است.
با پیشرفت تکنولوژی، رویاهای ما شکل ملموستری به خود گرفتند. یکی از این دستاوردهای شگفتانگیز، پرینتر سه بعدی است. دستگاهی که با تبدیل دادههای دیجیتالی به اشیاء فیزیکی، مرزهای خلاقیت را جابهجا کرده است.
ما در این مقاله از سایت اوجان، به دنیای شگفتانگیز پرینترهای سه بعدی قدم خواهیم گذاشت و با اصول کار، انواع و کاربردهای متنوع آن آشنا خواهیم شد.
چاپگر (پرینتر) سه بعدی چیست؟
چاپگر سه بعدی دستگاهی است که با استفاده از یک مدل دیجیتالی، لایه به لایه اشیاء سه بعدی را میسازد. به عبارت سادهتر، این دستگاه قادر است طرحهای دیجیتالی شما را به اشیاء فیزیکی تبدیل کند.
این کار با افزودن لایههای نازکی از مواد بر روی هم انجام میشود تا در نهایت شیء مورد نظر شکل بگیرد.
متریال اولیهی چاپگر سه بعدی هم میتواند خر یک از مواد ترموپلاستیک، پودر پلیمر، پودر فلز، مایع فتوپلیمری رزین، سرامیک و غیره باشد.
تاریخچه پرینتر سه بعدی
پرینترهای سه بعدی چگونه کار میکنند؟
همانطور که گفتیم، پرینترهای سه بعدی با استفاده از یک مدل دیجیتالی، لایه به لایه اشیاء سه بعدی را میسازند. این فرایند شبیه به ساختن یک برج شنی است، اما با این تفاوت که به جای شن، از مواد دیگری مانند پلاستیک، فلز، سرامیک و رزین استفاده میشود.
مراحل کلی کار یک پرینتر سه بعدی به شرح زیر است:
طراحی مدل
مرحله طراحی مدل یکی از مهمترین مراحل در فرآیند چاپ سه بعدی به حساب میآید. چرا که در این مرحله، ایدههای ذهنی افراد به عنوان ورودی برای پرینتر عمل میکنند. پس طراحی مدل مناسب، کلید موفقیت در چاپ سه بعدی و دستیابی به نتایج با کیفیت محسوب میشود.
برای طراحی مدلهای سه بعدی هم از نرمافزارهای تخصصی استفاده میشود. این نرمافزارها به کاربران اجازه میدهند تا مدلهای سه بعدی را با جزئیات بالا و دقتی بسیار زیاد ایجاد کنند.
برخی از محبوبترین نرمافزارهای طراحی سه بعدی عبارتند از:
- SolidWorks
- Autodesk Fusion 360
- Blender
- Tinkercad
برش زدن مدل (Slicing)
برش زدن (Slicing)، دومین مرحلهی کار با پرینترهای سه بعدی است که پس از طراحی مدل انجام میشود.
در این مرحله، مدل سه بعدی پیچیده به لایههای نازک افقی تقسیم میشود تا پرینتر سه بعدی بتواند هر لایه را به صورت جداگانه بسازد و در نهایت مدل سه بعدی را به صورت فیزیکی تولید کند.
برش زدن در واقع تبدیل مدل سه بعدی به مجموعهای از دستورالعملها برای پرینتر است. دستورالعملهایی که شامل اطلاعاتی مانند ضخامت هر لایه، مسیر حرکت نازل، سرعت چاپ و دمای نازل است.
علاوه بر این، با برش زدن، مدل برای فرآیند چاپ بهینه میشود و مشکلات احتمالی مانند حفرههای داخلی، پشتیبانیها و جهت چاپ مشخص میشود. پس این مرحله از اهمیت بسیار زیادی برخوردار خواهد بود.
مرحله برش زدن هم به نرم افزارهایی جداگانه نیاز دارد. نرم افزارهایی که برخی از محبوب ترینِ آنها شامل گزینه های زیر هستند:
- Cura
- PrusaSlicer
- Simplify3D
ساخت لایه به لایه
مرحله ساخت لایه به لایه، قلب تپنده فرآیند چاپ سه بعدی است. چرا که در این مرحله، مدل دیجیتالیای که قبلا برش خورده و به لایههای نازک تبدیل شده، به صورت فیزیکی ساخته میشود.
این فرایند با افزودن تدریجی لایههای نازک از مواد بر روی هم انجام میشود تا در نهایت شیء سه بعدی شکل بگیرد.
در این مرحله، ابتدا بستر چاپ به دمای مناسب میرسد. این بستر میتواند ثابت یا متحرک باشد و جنس آن بستگی به نوع پرینتر و ماده مصرفی دارد.
سپس، نازل چاپگر که حاوی مواد مذاب یا پودری است، طبق دستورالعملهای فایل G-code بر روی بستر چاپ حرکت میکند. این مسیر حرکت، همان مسیر برشهای ایجاد شده در مرحله برش زدن است.
بعد از آن هم نازل مواد مذاب یا پودری را به صورت لایه نازکی بر روی بستر چاپ قرار میدهد. ضخامت این لایه برابر با ضخامت لایههای برش خورده در مدل است.
در نهایت، لایه تازه ایجاد شده خنک میشود و به لایه قبلی میچسبد. این مراحل برای هر لایه تکرار میشود تا کل مدل ساخته شود.
انواع تکنولوژیهای چاپ سه بعدی
هر یک از انواع چاپگرهای سه بعدی از روشهای مختلفی برای ساخت لایهها استفاده میکنند. برخی از رایجترین تکنولوژیها عبارتند از:
FDM (Fused Deposition Modeling)
رایجترین نوع چاپگر سه بعدی است که از اکستروژن مواد مذاب (مانند پلاستیک ABS یا PLA) برای ساخت لایهها استفاده میکند. نازل دستگاه، مواد مذاب را به صورت لایههای نازک بر روی بستر چاپ میپاشد.
SLA (Stereolithography)
از یک لیزر برای سخت کردن رزین مایع استفاده میکند. لیزر به صورت لایه به لایه رزین را پخت کرده و قطعه را میسازد.
SLS (Selective Laser Sintering)
از یک لیزر برای ذوب کردن پودر مواد (مانند پلاستیک یا فلز) استفاده میکند. لیزر به صورت لایه به لایه پودر را ذوب کرده و قطعه را میسازد.
پرینتر سه بعدی در کجا کاربرد دارد؟
پرینترهای سه بعدی به دلیل توانایی ساخت اشیاء سه بعدی با پیچیدگی بالا و سفارشیسازی زیادشان، در صنایع و حوزههای مختلفی کاربرد یافتند.
فناوریای انقلابی، که محدودیتهای تولید سنتی را از بین برده و امکان ساخت محصولات نوآورانه و شخصیسازی شده را فراهم کرده است.
با این حال، پرینترهای سه بعدی در برخی صنایع، کاربردهای بیشتری دارند. صنایعی که ما در ادامه، تعدادی از آنها را به شما معرفی میکنیم.
صنعت پزشکی
- ساخت پروتزها و ایمپلنتها: پرینترهای سه بعدی امکان ساخت پروتزها و ایمپلنتهای سفارشی شده را با دقتی بالا فراهم میکنند.
- مدلهای آناتومیکی: برای آموزش پزشکی و جراحی، مدلهای دقیق و سه بعدی از اندامها و بافتهای بدن ساخته میشود.
- داروسازی: در تولید داروهای شخصیسازی شده و ساخت داربستهای زیستی برای مهندسی بافت کاربرد دارد.
صنعت خودروسازی
- ساخت نمونههای اولیه: برای ساخت نمونههای اولیه قطعات خودرو و آزمایش طراحیها.
- تولید ابزارها و قالبها: ساخت ابزارها و قالبهای سفارشی برای تولید قطعات خودرو.
- تعمیر و نگهداری: ساخت قطعات جایگزین برای خودروهای قدیمی یا قطعاتی که تولید آنها متوقف شده است.
صنعت هوافضا
- ساخت قطعات سبک و مقاوم: تولید قطعاتی با هندسه پیچیده و وزن کم برای هواپیماها و ماهوارهها.
- ابزارهای آزمایش: ساخت ابزارهای آزمایش برای بررسی عملکرد قطعات و سیستمها.
صنعت مد و طراحی
- ساخت جواهرات و اکسسوریها: تولید جواهرات و اکسسوریهای سفارشی با طرحهای پیچیده.
- ساخت کفش و لباس: تولید کفش و لباسهای سفارشی با طرحهای منحصر به فرد.
صنعت ساخت و ساز
- ساخت مدلهای معماری: ساخت مدلهای دقیق و مقیاسپذیر از ساختمانها و سازهها.
- تولید قالبهای بتنی: ساخت قالبهای بتنی با طرحهای پیچیده برای ایجاد سازههای منحصر به فرد.
آموزش و پژوهش
- ساخت مدلهای آموزشی: برای آموزش مفاهیم علمی و مهندسی به صورت بصری.
- پژوهش و توسعه: ساخت نمونههای اولیه برای تحقیقات و توسعه محصولات جدید.
مزایای استفاده از پرینترهای سه بعدی
پرینترهای سه بعدی در طی سال های اخیر، انقلابی در شیوه تولید و ساخت اشیاء ایجاد کردند و مزایای بسیاری را برای صنایع مختلف به ارمغان آوردند.
یکی از مهمترین مزایای این فناوری، امکان تولید نمونههای اولیه به سرعت و با هزینه کم است. امری که به طراحان و مهندسان اجازه میدهد تا ایدههای خود را به صورت فیزیکی آزمایش، و قبل از تولید انبوه، تغییرات لازم را روی آن ها اعمال کنند.
علاوه بر این، پرینترهای سه بعدی امکان ساخت قطعات سفارشی و پیچیده را با هندسههای نامنظم فراهم میکنند. کاری که با روشهای تولید سنتی امکانپذیر نیست.
این ویژگی، فناوری پرینترهای سه بعدی را به ابزاری قدرتمند برای صنایع مختلف از جمله پزشکی، هوافضا و خودروسازی تبدیل کرده است. ضمن اینکه با استفاده از پرینترهای سه بعدی میتوان مواد مختلفی را با هم ترکیب کرد و قطعاتی با خواص مکانیکی و حرارتی خاص تولید کرد.
از دیگر مزایای پرینترهای سه بعدی میتوان به کاهش ضایعات مواد اولیه، کاهش زمان تولید و افزایش انعطافپذیری در تولید اشاره کرد. زیرا این فناوری به شرکتها اجازه میدهد تا تولید را محلیتر کنند و به نیازهای مشتریان (به صورت سفارشی) پاسخ دهند.
معرفی چند تا از پرینترهای سه بعدی پرکاربرد در ایران
Anycubic Photon Mono M5S یکی از پرطرفدارترین پرینترهای سه بعدی رزینی در بازار است که به خاطر کیفیت ساخت بالا، دقت، سرعت چاپ و همچنین قیمت مناسبش شناخته میشود.
این دستگاه از فناوری SLA (Stereolithography) استفاده میکند. فناوری ای که در آن یک لیزر UV به رزین مایع تابیده میشود و لایههای نازکی از آن را سخت میکند.
M5S با برخورداری از صفحه نمایش لمسی رنگی، امکان تنظیمات دقیق و کنترل آسان فرایند چاپ را فراهم میکند.
همچنین، این پرینتر با نرمافزارهای برشزنی مختلفی سازگاری دارد و به کاربران اجازه میدهد تا فایلهای سه بعدی خود را با بهترین کیفیت ممکن به چاپ برسانند.
از جمله ویژگیهای برجسته M5S هم میتوانیم به حجم ساخت بزرگ، دقت بالا در جزئیات، سرعت چاپ مناسب و قابلیت اتصال به وایفای اشاره کنیم.
سری مینی پرینترهای سه بعدی ثمین یک انتخاب عالی برای مبتدیان و کسانی است که به دنبال یک پرینتر سه بعدی جمع و جور و مقرون به صرفه هستند.
این سری از پرینترها با طراحی ساده و کاربرپسند خود، فرآیند چاپ سه بعدی را آسان و لذتبخش کرده است.
تکنولوژی چاپ FDM به کار رفته در این پرینترها، امکان استفاده از طیف گستردهای از مواد مصرفی مانند PLA، ABS و TPU را فراهم میکند.
همچنین، سری مینی با برخورداری از نرمافزار برشزنی اختصاصی، به کاربران امکان میدهد تا به راحتی فایلهای سه بعدی خود را آماده چاپ کنند.
از جمله ویژگیهای برجسته سری مینی میتوان به حجم ساخت مناسب برای پروژههای کوچک و متوسط، دقت چاپ قابل قبول، و امکان اتصال به کامپیوتر از طریق USB اشاره کرد.
این پرینترها برای کاربردهایی مانند ساخت ماکتها، نمونههای اولیه، و اشیاء تزئینی بسیار مناسب هستند. با توجه به قیمت مناسب و کیفیت ساخت قابل قبول، سری مینی پرینترهای سه بعدی ثمین یک گزینه بسیار رقابتی در بازار پرینترهای سه بعدی محسوب میشود.
در نهایت
ما در این مقاله، به بررسی فناوری پرینترهای سه بعدی، انواع مختلف آنها، کاربردهای گسترده در صنایع مختلف و همچنین چالشها و فرصتهای پیش روی این فناوری پرداختیم.
همچنین، آموختیم که پرینترهای سه بعدی با تحول در روشهای تولید، امکان ساخت محصولات پیچیده و سفارشی را با هزینه کمتر فراهم کردند و به سرعت در حال تبدیل شدن به ابزاری ضروری در صنایع مختلف هستند.
