پرینتر سه بعدی چیست ؟ طرز کار پرینتر سه بعدی همراه با عکس و فیلم

پرینتر سه بعدی ( 3D Printer ) همان چاپگر یا اسکنر سه بعدی است که در این مقاله با طرز کار پرینتر سه بعدی صنعتی و کاربرد انواع پرینتر سه بعدی همراه با عکس و فیلم آشنا می شویم. پرینتر سه بعدی دستگاه کوچکی است که که شما را قادر به پرینت گرفتن و به نوعی ساخت اشیاء به صورت سه بعدی خواهد کرد . این عمل طی فرایند افزودن لایه های متعدد انجام می شود به طوری که برش هایی به صورت مقاطع افقی روی هم قرار می گیرند تا در نهایت فرم شئ ایجاد شود. این فرایند باعث می شود تا از ساخت مجسمه و ماکت به روش های قدیمی فاصله بگیریم و روند سریع تر، به صرفه تر و با دور ریز کمتری انجام شود. با استفاده از پرینت سه بعدی دیگر نیازی به برش و کنده کاری بر روی مواد اولیه نیست و با صرف کمترین مقدار از مواد اولیه می توان به نتیجه دلخواه رسید. همچنین دقت و ظرافت در این روش بسیار بالا می باشد.

پرینتر سه بعدی چگونه کار می کند؟

فرایند پرینت سه بعدی با ایجاد یک مدل سه بعدی در کامپیوتر شما آغاز خواهد شد! می توان به وسیله نرم افزارهای سه بعدی یک مدل را طراحی کرد و یا توسط اسکنرهای سه بعدی، یک جسم را اسکن کرد تا مدلی که به آن نیاز داریم به دست بیاید.

اسکنرهای سه بعدی

در حال حاضر اسکنرهای سه بعدی زیادی تولید شده اند. از اسکنرهای گران قیمت صنعتی گرفته تا اسکنرهای ارزان قیمتی که در بازار وجود دارند و میتوان آن ها را قیمت حدود 30 دلار خریداری کرد.

نرم افزارهای مدل سازی سه بعدی

نرم افزارهای مدل سازی 3D هم مانند اسکنرها دارای مدل ها و نسخه های متنوعی هستند که برخی از آن ها کارایی صنعتی دارند و برخی هم با قیمت و پیچیدگی های کمتری در بازار هستند تا هر شخص بتواند از آن ها استفاده کند. شما می توانید با یادگیری آموزش های اولیه شروع به کار کردن با آن ها کنید و مدل های دلخواه خودتان را بسازید. این نرم .افزارها عموما با نگرش صنعتی ساخته می شوند و به همین دلیل است که نسخه های زیادی به صورت تخصصی برای هوا فضا، مبلمان، مد و … ارائه شده اند. اگر به طراحی سه بعدی علاقه دارید بهتر است برای شروع به سراغ یک نرم افزار کلی بروید تا بتوانید علاقه و استعداد خود را برای انتخاب گرایش طراحی پیدا کنید. نرم افزار Tinkercad توصیه ی ما به شماست چرا که آزادی عمل خوبی را ارائه می کند و همچنین با اکثر مرورگرها به ویژه Chrome سازگار است.

برش زدن مدل پیش از پرینت سه بعدی !

بعد از آن که مدل 3D آماده شد زمان آن است که مدل را برش بزنیم و به دستگاه پرینتر سه بعدی بدهیم تا آن را پرینت کند. مدل باید به صدها و یا هزاران لایه ی افقی برش بخورد تا دستگاه با پرینت کردن و روی هم قرار دادن این لایه ها، فرم نهایی مورد نظر را ایجاد کند. برای این منظور می توانید از همان نرم افزارهای طراحی استفاده کنید و گاهی هم نیاز دارید تا به وسیله نرم افزار دیگری این کار را انجام دهید. برای انتقال فایل به چاپگر سه بعدی نیز روش های مختلفی وجود دارد، مانند: میکرو اس دی کارت،فلش، وای فای (Wifi) و … چگونگی برش دادن و چگونگی انتقال فایل به پرینتر سه بعدی کاملا وابسته به نوع پرینتر شماست.

برای ورود به صنعت پرینتر سه بعدی از کجا شروع کنیم؟

برای این که وارد این دنیای بزرگ شوید ابتدا باید بدانید که می خواهید در بخش سخت افزاری و انجام پرینت فعالیت کنید یا این که به طراحی مدل و بخش نرم افزاری علاقه دارید؟! پس از آن باید به دنبال بهترین پرینتر برای خود بگردید تا علاوه به صرف هزینه ی مناسب، نتیجه خوبی هم کسب کنید. در ادامه با ما باشید تا این موارد را به شما بگوییم.

آشنایی با پرینتر سه بعدی در صنعت چاپ

صنعت چاپ سه بعدی از سال 2013 تا سال 2018 پیشرفت قابل توجه و حدودا چهار برابری داشته و از ارزش 3 میلیارد دلار به بیش از 12 میلیارد دلار رسیده است و انتظار می رود تا سال 2020 به 20 میلیارد دلار برسد! وقتی یک تکنولوژی و یا فناوری جدید ایجاد می شود، صنایع زیادی را تحت تاثیر خود قرار می دهد و می تواند باعث پیشرفت های زیادی شود. چاپ سه بعدی را می توان در صنایع فلز، پارچه، زیستی و بسیار از صنایع دیگر مورد استفاده قرار داد. شرکت ها و کسب و کارهای زیادی با بهره بردن از پرینتر سه بعدی توانسته اند میزان درآمد و سود خود را تا حد بسیار زیادی افزایش دهند و همچنین زمینه فعالیت خود را بیشتر کرده اند. نکته مهمی که درباره صنایع وجود دارد آن است که به دلیل بالا بودن قیمت مواد اولیه در صنایع فلزی، پرینت سه بعدی می تواند بسیار کمک کننده باشد و در حال حاضر هم می بینیم که از سال 2018 استفاده از پرینترهای سه بعدی در ان صنعت به شدت رو به افزایش است.

از جمله مثال هایی که در آن ها از صنعت چاپ سه بعدی استفاده شده است می توان به این موارد اشاره کرد: مدل های معماری و ماکت، پروتز های چاپ شده 3D، بازسازی فسیل ها، بازسازی و تعمیر آثار باستانی، بازسازی استخوان ها و قسمت های بدن و …

تحصیلات مرتبط با چاپ و پرینتر سه بعدی

مدارس، معلم ها و دانش آموزان از پرینتر سه بعدی استفاده می کنند و این کار چند سالی هست که در حال انجام می باشد. این اقدام باعث می شود تا ایده ها به خوبی ساخته شوند و ضمن تدریس بهتر، استعداد و توانایی دانش آموزان نیز بهتر کشف شود.

شرکت های سازنده پرینتر سه بعدی، اغلب برنامه هایی را برای گسترش استفاده از این دستگاه ها ارائه می کنند و یکی از بهترین محیط ها برای ارائه چنین برنامه هایی، مدارس است. این کار یک اقدام برد-برد است چرا که معرفی و توسعه محصولات این شرکت ها را به همراه دارد و از ظرفی دانش آموزان نیز می توانند برای یادگیری دروس و همچنین کشف استعدادهای خود از آن ها استفاده کنند.

دانشگاه ها محیط مناسب دیگری برای انجام امور مربوط به چاپ سه بعدی هستند. رشته تخصصی طراح سه بعدی وجود دارد و افراد علاقه مند می توانند در دانشگاه به تحصیل در این رشته بپردازند تا توانایی لازم برای کار در این صنعت را به دست آورند. در دانشگاه علاوه بر آموزش تئوری، کار عملی نیز انجام می شود و دانشجویان طراحی و مدل سازی و همچنین انجام چاپ سه بعدی را انجام خواهند داد.

ورک شاپ ها و کارگاه ها فرصت دیگری برای افراد علاقه مند به حساب می آیند! اگر رشته تحصیلی شما در این زمینه نبوده است و علاقه به یادگیری چاپ و طراحی سه بعدی دارید می توانید در کارگاه های تخصصی که برای این کار تشکیل می شوند شرکت کنید تا علاوه بر مهارت آموزی، مدرک معتبری دریافت کنید و وارد بازار کار شوید.

نمونه سازی سریع

شرکت ها و تولیدی های بزرگ از پرینترهای سه بعدی برای نمونه سازی سریع استفاده می کنند تا نسخه اولیه خود را به صورت فیزیکی داشته باشند و بتوانند تغییرات لازم را بر روی انجام دهند. این اقدام علاوه بر سرعت بالایی که دارد باعث خواهد شد تا هزینه های تولید اولیه به شدت پایین بیاید و نیازی به ساخت یک محصول کامل برای بررسی نباشد. به عنوان مثال شرکت نایک محصولات خود را ابتدا توسط پرینتر سه بعدی می سازد و تحلیل و بررسی های لازم را بر روی آن انجام می دهد تا در نهایت پس از تغییرات و اصلاح کامل آن را به صورت انبوه تولید کند.

ساخت سریع

علاوه بر نمونه سازی، برای ساخت سریع و کم هزینه نیز از پرینترهای سه بعدی استفاده می شود. در این اقدام، اشیاء و نمونه های پرینت شده به عنوان قالب و یا محصولات تزئینی و … استفاده می شوند.

کاربرد پرینتر سه بعدی در صنعت خودروسازی

خودروسازان مدت هاست که از این فناوری برای ساخت قطعات اصلی و یا قطعات یدکی استفاده می کنند. با این کار سرعت ساخت قطعات بسیار بالا می رود و علاوه بر آن دقت و ظرافت در ساخت آن ها به شدت افزایش می یابد و همچنین به منظور نمونه سازی قطعات هم مورد استفاده قرار می گیرد. به طور مثال شرکت آئودی از پرینتر سه بعدی برای ساخت قطعات یدکی استفاده می کند. آن ها این کار را با یک چاپگر سه بعدی فلزی انجام می دهند تا قطعات دقیق و با کیفیتی را در محصولات خود استفاده کنند و خدمات پس از فروش بهتری ارائه کنند. همچنین برای تعمیر و یا بازسازی مدل های قدیمی از چاپگرهای 3D استفاده می شود چرا که چرخه تولید قطعات آن ها متوقف شده است و برای ساخت یک قطعه نمی توان یک خط تولید به راه انداخت و کاملا عقلانی و به صرفه است که از دستگاهی مانند یک پرینتر سه بعدی استفاده شود.

ساخت نمونه اولیه خودروهای جدید، به منظور بررسی ظاهر و ساختار آن هم یکدیگر از موارد استفاده ی پرینترهای سه بعدی در صنعت خودروسازی می باشد.

پرینتر سه بعدی در صنعت هواپیما سازی

صنعت حمل و نقل هوایی در حال حاضر از چاپ 3D در انواع مختلفی استفاده می کند. بوئینگ برای مدت طولانی به ساخت قطعات چاپی هواپیما می پردازد. در سال 2015 تخمین زده شده است که بوئینگ بیش از 20،000 نسخه چاپی سه بعدی را در هواپیماهای خود اجرا کرده است. بوئینگ همچنین از چاپ فلز استفاده می کند و صرفه جویی 787 تن از قطعات تیتانیوم چاپ شده، منجر به کاهش هزینه ی 2 تا 3 میلیون دلاری در هر هواپیما شده است. همچنین در طرف عرضه کننده چاپگر 3D، شرکت هایی وجود دارند که ساخت ماشین آلات مخصوص هواپیما را انجام می دهند.

پرینتر سه بعدی در صنعت هوافضا

یکی از جذاب ترین و مهم ترین صنایعی که چاپگرهای سه بعدی استفاده می کنند، هوافضا است. آن ها برای ساخت قطعات دقیق به منظور انجام تحقیقات گسترده و مهم خود از این دستگاه استفاده می کنند تا کمترین خطا و بیشتری درصد دقت را در نتابج تحقیقات خود داشته باشند. سازمان بزرگ و شناخته شده ای مانند ناسا به منظر افزایش ایمنی شاتل های خود از پرینتر سه بعدی استفاده کرده است.

ساخت و ساز

آیا می توانید یک خانه را چاپ کنید؟! بله می توانید! در حال حاضر نمونه قابل استفاده ای در دسترس نیست که به شما معرفی کنیم اما شرکت هایی هستند که در حال انجام این پروژه هستند و نمونه های اولیه موفقی هم تولید کرده اند. با این اقدام می توان یک خانه را در 24 ساعت چاپ کرد و در واقع ساخت یک خانه تنها یک روز طول خواهد کشید! در این روش بخش های اصلی و قطعات به صورت جداگانه ساخته می شوند و در نهایت با مونتاژ کردن در کنار هم قرار می گیرند. چنین اقداماتی به سرعت در حال پیشرفت هستند و می توان در آینده شاهد تحولی شگرف در صنعت ساخت و ساز بود اما فعلا راه نسبتا زیادی برای رسیدن به این هدف مانده است…

معماری

معماران همواره به ارائه یک نسخه کوچک و اولیه از طرح و نقشه ی خود نیاز دارند. پرنتر سه بعدی می تواند طرح آن ها را خیلی سریع و با هزینه کم بسازد و آن را در معرض نمایش قرار دهد تا دیگر نیازی به مدل و ماکت سازی های طولانی و وقت گیر نباشد!

محصولات مصرفی

نمونه های اولیه زیادی از محصولات تزئینی و لوازم خانگی ساخته شده با چاپگرهای سه بعدی وجود دارند و البته که چندین مورد نمونه تجاری و عرضه شده در بازار هم وجود دارد. در صنعت مبلمان و صندلی سازی از پرینتر سه بعدی استفاده می شود و در حال حاضر محصولاتی هم در بازار درحال فروش هستند که با استفاده از این ابزار ساخته شده اند. شرکت هایی مانند Steelcase از پرینتر سه بعدی استفاده می کنند تا اسکلت مبلمان و یا یک صندلی کامل را بسازند. آن ها همچنین این قابلیت را ایجاد کرده اند تا از مواد استفاده مجدد بکنند و به نوعی بازیافت را انجام دهند. طراحان هلندی نیز از پلاستیک های بازیافت شده از یخچال های قدیمی استفاده می کنند تا با کمک پرینتر سه بعدی اجزاء صندلیرا بسازند و در نهایت با مونتاژ کردن آن ها محصولی کامل و زیبا را ارائه کنند.

لوسترها و چراغ خواب و لامپ های تزئینی نیز توسط این تکنولوژی قابل تولید هستند و می توان فرم های زیبا و متنوعی را توسط پرینت سه بعدی خلق کرد و در بازار به فروش رساند.

لوازم جانبی و زیورآلات هم تحت تاثیر پرینترهای سه بعدی قرار گرفته اند! بدنه لوازم های جانبی مختلف و یا قالب هایی با طرح های گوناگون برای ساخت جواهر و زیور آلات توسط چاپگر سه بعدی در حال ساخت و تولید هستند.

مد

در صنعت مد طراحان از پرینتر سه بعدی استفاده می کنند تا یک نمونه اولیه از طرحی که دارند را بسازند و آن را از نظر ظاهری بررسی کنند. همچنین وبسایت هایی وجود دارند که شما می توانید پیراهن، کت و هر لباسی که در نظر دارید را در آن طراحی کنید و در نهایت طرح سه بعدی آن را ببینید.

از دیگر صنایعی که پرینتر سه بعدی در آنها نقش مهم و موثری را بازی می کند می توان به صنایع غذایی، پزشکی، دندان سازی و … اشاره کرد.

انواع چاپ سه بعدی و فرایند آن ها

چندین روش برای چاپ سه بعد وجود دارد و تفاوت آن ها در نحوه به هم پیوست لایه ها می باشد. در برخی از روش ها از لیزر برای پیوند دادن لایه ها استفاده می شود و در روشی دیگر از مواد مذاب و نرم به منظور پیوند دادن لایه ها استفاده خواهد شد. در ادامه این روش ها و فرایند و عملکردشان را برای شما توضیح خواهیم داد.

Vat Photopolymerisation

یک پرینتر سه بعدی که از این فناوری استفاده می کند دارای یک ظرف پر از رزین فتوپلمیر است که توسط اشعه UV سفت می شود و فرم شئ شما را خواهد ساخت.

استریولیتوگرافی (SLA)

رایج ترین تکنولوژی در این فرایندها Stereolithography است. این تکنولوژی یک بشکه از رزین فتوپلیمر و یک لیزر ماوراء بنفش برای ساخت لایه های شئ استفاده می کند. برای هر لایه، پرتو لیزر یک قسمت از الگوی را بر روی سطح رزین مایع را فرم می دهد. قرار گرفتن در معرض نور لیزر ماوراء بنفش باعث می شودکه لایه ی جدید به لایه زیر بپیوندد.

پردازش نور دیجیتال (DLP)

Digital Light Processing یا پردازش نور دیجیتال به روش چاپی اشاره دارد که از پلیمرهای سبک و حساس به نور استفاده می کند. این روش بسیار شبیه به استریولیتوگرافی است و تفاوت اصلی منبع نور است. DLP از منابع نور سنتی استفاده می کند.

تولید رابط مایع (CLIP)

جدیدترین و سریعترین فرایند که Continuous Liquid Interface Production یا همان تولید رابط مایع نامیده می شود، اختراع توسط یک شرکت به نام کربن است. در این روشرزین بدون سرب به صورت مایع در می آید و باعث می شود تا هر لایه به لایه ی زیرین خود پیوند بخورد.

Material Jetting

فناوری Vat را معرفی کردیم و حالا به سراغ یک فناوری دیگر به نام Material Jetting می رویم! در این روش پرینتر مانند یک پرینتر جوهر افشان عمل می کنند و مواد را به صورت قطره هایی از خود خارج می کند و فرم مورد نظر را می سازد.

Binder Jetting

در این روش دو فاز پودر و مایع داریم! ذرات پودر در بستر مایع گسترش یافته اند و ظرف را پر کرده اند. لایه هایی که برش زده شده اند در این بستر که ترکیبی از مایع و پودر است ساخته می شوند و فاز مایع باعث می شود که این لایه ها به یکدیگر پیوند بخورند. پس از پایان چاپ، پودر باقی مانده جداسازی و پاک می شود و برای چاپ مدل بعدی مورد استفاده قرار می گیرد.

Material Extrusion

مهم ترین و پر استفاده ترین تکنولوژی در این نوع از فرایند، تکنولوژی مدل سازی رسوبده است که به نام اختصاری FDM شناخته می شود.

مدل سازی رسوبده (FDM)

در این تکنولوژی از مواد پلاستیکی یا فلزی استفاده می شود. این موارد که با گرمایی که دستگاه تولید می کند نرم می شوند از نوک نازل خارج شده و بلافاصله سرد و سفت می شوند. نازل توسط یک نرم افزار و بر اساس مدلی که به پرینتر داده می شود کنترل خواهد شد تا لایه ها و در نهایت فرم کلی مورد نظر را بسازد.

تولید با رشته ی ذوب شده (FFF)

نحوه کار این تکنولوژی دقیقا مطابق با نام آن است و به وسیله ذوب کردن و فرم دادن رشته های مواد اولیه عمل می کند.

Powder Bed Fusion

این فرایند از به کار بردن ذرات پودری پلاستیک یا سرامیک و غیره در یک بستر استفاده می کند که توسط لیزر فرم لایه ها را می سازد و مدل نهایی را به شما تحویل خواهد داد.

ساختن با لیزر انتخابی (SLS)

در این تکنولوژی شما یک ظرف پر از پودر دارید که به عنوان یک بستر در نظر گرفته می شود. لیزر با توجه به فرم لایه هایی که به دستگاه داده اید آن را ها می سازد و پس از ساخته شدن هر لایه، از ضخامت پودر بستر کم می شود و همین روند تا کامل شدن پرینت ادامه خواهد یافت.

ساختن مستقیم مواد توسط لیزر (DMLS)

این تکنولوژی همان SLS است اما به جای پودر پلاستیک از پودر شیشه و سرامیک استفاده می کند. در این روش هم تمام پودری که می ماند جمع آوری می شود و برای ساخت مدل بعدی مورد استفاده قرار خواهد گرفت.