پرینت سه بعدی چیست؟ چگونه کار می کند؟ چه کاربرد هایی دارد؟
علاقه مندان به تکنولوژی و صنعت روز دنیا می دانند که تکنولوژی پرینت سه بعدی جزء برترین تکنولوژی های روز دنیا در چند سال اخیر می باشد. شاید برای شما علاقمندان صنعت سوال پیش آمده باشد که پرینت سه بعدی چیست و چگونه کار میکند؟ کاربرد های دستگاه پرینت سه بعدی چیست؟ چرا این دستگاه به یکی از برترین تکنولوژی های روز دنیا تبدیل شده است؟ ماجرای پرینت 3 بعدی از کجا شروع شد؟
در این مقاله قصد داریم همه چیز راجب چاپ سه بعدی را با شما در میان بگذاریم ادامه این مقاله را مطالعه فرمایید. سر تیتر های این مقاله به شرح زیر می اشد:
خدمات پرینت سه بعدی در تبریز با طراحان گراد
در کمترین زمان با بهترین کیفیت
پرینت سه بعدی چیست و چه کاری انجام می دهد؟
به زبان علمی پرینت(چاپ) سه بعدی فرایند ساخت اشیاء به وسیله یک فایل دیجیتال می باشد و با استفاده از مواد اولیه با بیس پلاستیک جسم مورد نظر را پرینت می کند. تکنولوژی و فرایند چاپ سه بعدی مثل شعبده بازی است زیرا می تواند هر قطعه ای که در رویای خود دارید را به یک شئ قابل لمس تبدیل کند. چابگر سه بعدی به ما کمک می کند تا هر مدلی را که بخواهیم به واقعیت تبدیل کنیم و از آن استفاده کنیم . واقعا تحسین بر انگیز است.
فناوری چاپ سه بعدی(3d printing) در صنایع ساخت و تولید ، مهندسی پزشکی ، مهندسی مکانیکی ، هوا فضا ، صنایع غذایی و … کاربرد دارد و می تواند مورد استفاده قرار گیرد. همچنین افراد عادی هم می توانند از این تکنولوژی استفاده کنند. یکی از مهمترین و منحصر به فرد ترین ویژگی های پرینت سه بعدی یا همان چاپ سه بعدی که باعث محبوبیت این فناوری در دنیا شده این است که فرایند تولید قطعه را آسان تر و کم ریسک تر کرده و افراد بیشتری را برای تولید و کارآفرینی قابل دسترس کرده است.
تاریخچه چاپ سه بعدی
برای مطالعه تاریخچه تکنولوژی پرینت ۳ بعدی باید به سال 1980 میلادی سر بزنیم ، همان زمانی که یک دکتر ژاپنی به نام هایدو کودامای (Heido Kodami) برای اولین بار این فناوری را که ساخت سریع و کم هزینه نمونه اولیه یک مدل سه بعدی برای تولید تعداد بالا که نمونه سازی فوری نام داشت به ثبت رساند. پس از گذشت چند سال فردی به نام چالز چاک هال (Chuck Hull) دستگاه استریولیتوگرافی (Stereolithography) را به نام خود ثبت کرد که فناوری پرینت سه بعدی را دگرگون ساخت. از آنجایی که چاک هال در شرکتی حوزه صنعت مبلمان مشغول به کار بود به این فکر افتاد تا این دستگاه را اختراع کند.
یکی از مورد استفاده ترین تکنولوژی های چاپ سه بعدی امروزه تکنولوژی FDM می باشد که در سال 1998 توسط اسکات کرامپ ساخته شد و بعد از چند سال (سال 1992) اولین دستگاه FDM توست شرکت Stratasys تولید و روانه بازار شد.
کاربرد های پرینت سه بعدی چیست؟
چاپگر های ۳ بعدی دستگاه هایی هستند که می توانند یک مدل سه بعدی طراحی شده در کامپیوتر را به یک ماکت سه بعدی تبدیل کنند. در این پاراگراف ما به بررسی اصلی ترین کاربرد های تکنولوژی پرینت سه بعدی میپردازیم.
چاپ سه بعدی در ساخت و تولید
پرینت سه بعدی در ساختمان سازی
پرینتر 3 بعدی و صنعت پزشکی
مدل سازی سه بعدی و طراحی مهندسی
کاربرد چاپگر 3 بعدی در معماری و پرینت ماکت
گارگاه های طلا و جواهرسازی
صنایع غذایی
مزایا و معایب پرینتر سه بعدی
از جمله مزایای پرینت سه بعدی می توان به توانایی تولید مدل های سه بعدی با سرعت و کیفیت بالا ، نیازمند نبودن به ابزار های جانبی ، پایین بود هزینه های اولیه ، نیاز نبودن به اپراتور خاص برای راه اندازی پرینتر سه بعدی ، چاپ قطعات سبک با مقاومت بالا ، مقدور بودن پرینت های نرم ، مواد غذایی ، قطعات با جزیئات ریز ، ساخت نمونه اولیه از محصول قبل از تولید انبوه ، سازگاری با محیط و دما ، دقت بالای پرینت و قابلیت پرینت چند قطعه و منتاژ(وصل) آنها به یکدیگر اشاره کرد.
معرفی انواع تکنولوژی های پرینت سه بعدی
تکنولوژی DLP (Digital Light Processing)
تکنولوژی DLP در خدمات پرینت سه بعدی یکی از پر کاربردترین ، سریعترین و قدیمی ترین فناوری های پرینت سه بعدی می باشد. تکنولوژی DLP بسیار شبیه به تکنولوژی SLA بوده و با فوتوپولیمر ها کار می کند. تفاوت این دو نوع تکنولوژی فقط در منبع نور آنها میباشد.
در چاپگر های رزین DLP از رزین حساس به نور (رزین فوتوپلیمر) استفاده می شود. و نور به یک نقطه منحصر به فرد برخورد نمی کند بلکه تمام سطح یک لایه همزمان شکل می گیرد. اصلی ترین کاربرد پرینتر های سه بعدی تکنولوژوی DLP تولید و چاپ انواع قطعات ظریف و حساس می باشد. و خشک کردن رزین به صورت لایه لایه انجام می گیرد. روش Digital Light Processing در دهه 1980 توسط فردی به نام لاری هورنبک ساخته شده و سپس توسعه یافته است.
مواد اولیه مورد استفاده در پرینتر های ۳ بعدی DLP:
رزین استاندارد
رزین شفاف
رزین سخت Tough
رزین مقاوم در برابر حرارت
رزین لاستیکی
سرامیکی
رزین های مخصوص پزشکی
رزین ریخته گری
تکنولوژی FDM مخفف کلمه (Fused Deposition Modeling)
در پرینت سه بعدی به روش FDM با ذوب شدن مواد اولیه مانند فیلامنت از طریق اکسترودر یک مدل به صورت لایه لایه پرینت می شود. روش FDM (Fused Deposition Modeling) پر استفاده ترین روش در زمینه چاپ سه بعدی است. در این روش فیلامت به وسله اکسترودر وقتی که به دمای مربوط رسید ذوب می شود و پس از حالت گیری و قرار گیری در موقعیت دقیق خود خنک شده و استحکام خود میرسد.
FDM توسط فردی به نام scout crump اختراع شده و اولین و تنها ترین تکنولوژی پرینت سه بعدی است که مدل را با ترموپلاستیک تولید و پرینت می کند. پرینتر های FDM تنوع بسیار بالایی دارند که می توان از ان ها استفاده کرد پرینتر های روزمیزی کوچک تا پرینتر ها با سایز های بزرگ و گران قیمت.
نکته: برخی از صنعت کاران این فناوری را FFF نیز می نامند (Fused Filament Fabrization) ذوب رشته های فیلامنت.
مواد اولیه استفاده شده در پرینتر های سه بعدی FDM:
پلاستیک PLA
پلاستیک ABS
پلاستیک PET
پلاستیک PC
پلاستیک TPU
پرینت سه بعدی و تکنولوژی SLA (Setereo Lithography Aparatus)
استریولیتوگرافی جز پرینتر های رزینی و در دسته خانواده پلیمریزاسیون مخزنی قرار دارد. تمامی تکنولوژی های این خانواده با استفاده از یک منبع برای تبدیل رزین مایع به پلاستیک کار می کنند و تفاوت آنها فقط در لیزر یا نور و یا نحوه جایگذاری اجزاء می باشد. فتوپلیمریزاسیون هیچ وقت باز نمیگردد و دوبره بعد از جامد شدن به حالت مایع رزین بر نمی گردد.
یکی از مزایای پرینتر های SLA دقت ابعات و چاپ جزئیات است که خیلی قوی تر از دیگر تکنولوژی ها انجام می شود. و مهمترین ویژگی قطعات و مدل های چاپ شده تکنولوژی Stereo Lithography Aparatus این است که خاصیت میکانیکی ایزوتوپی دارند یعنی دارای استحکام یکسان در انواع جهت ها. از معایب این چاپگر های می توان به از دست دادن خواص میکانیکی خود در صورتی که به مدت طولانی در معرض نور UV قرار بگیرند.
هزینه چاپ پرینتر های SLA به مراتب بالاتر از دیگر روش ها مثل DLP می باشد. اگر بخواهیم در مورد تاریخچه این تکنولوژی بحث کنیم می توان گفت اولین تکنولوژی پرینت سه بعدی دنیاست که در سال 1986 ابداع شد و در صنایع ساخت و تولید، مهندسی پزشکی، تفریح و سرگرمی (پرینت اسباب بازی های مختلف با دقت بالا)، در طلا و جواهر سازی کاربرد بیشتری دارد.
تکنولوژی VAT Photopolymerization
تکنولوژی Directive Energy Deposition (DED) در پرینت سه بعدی
تکنولوژی متریال جت (Material Jetting)
فرایند متریال جتینگ به طوری است که می توان از چند مواد مختلف در پرینت یک مدل استفاده کرد. یکی از ویژگی های این تکنیک پرینت ساختار های ساپورت از مواد گوناگون است که برای کمک به مدل در حال پرینت می باشد. Material Jetting به صورت پرینتر های دو بعدی کار می کند . منحصر به فرد ترین ویژگی متریال جتینگ پرینت مدل ها با ابعاد و دقت بالا می باشد. مواد اولیه مورد استفاده جتینگ و دیگر سیستم های متریال جتینگ اکرلیک(ترموست های حساس به نور) هستند.
متریال های جتینگ مواد اولیه را بعد از ذوب شدن به صورت خطی کنار هم قرار میگیرند و جوهر های پرینتر در کنار هن روی یک سطح اضابه شده و تمامی مواد ته نشین میشوند تا بتوانند هد های مختلف مواد را توزیع بکنند.
نمونه پرینتر سه بعدی متریال جتینگ (Material 3d Printer)
تکنولوژی بایندر جت (Binder Jet)
بایندر جت همان هم بست پر فشار انواع پورد فلز ، پلاستیک ، شن و سرامیو در حالت گرانولا می باشند. این فناوری جز خانواده additive manufacturing همام ساخت موسوم به لایه افزایشی می باشد و در سال 1993 توسط ایلای ساچز در انستیتو ماساچوست آمریکا توسعه یافته است.
در پرینتر های بایندر جت مواد از طریق هد بر روی پودر های روی صفحه پاشیده شده و لایه لایه می شوند و سپس عملیات ریزی تکرار شده و لایه بعدی پرینت می شود. در این پرینتر ها هیچگونه نیازی به ساپورت نخواهیم داشت زیرا مدل های با لایه های پودری چاپ می شوند. در این فناوری می توان از تمامی موادی که قابلیت پودری شدن را دارند استفاده کرد. عدم استحکام کافی و نیاز به عمل آوری ثانویه یکی از مهمترین معایب این تکنولوژی در پرینتر های ۳ بعدی است. مهمترین مزایای این پرنتر ها قابل استفاده بودن قطعات چاپ شده میباشد.
متریال های فنووری بایندر جت: انواع پودر پلیمر و فلز ، پلاستیک ،سرامیک و شن در حالت گرانولا
نمونه قطعه پرینت سه بعدی بایندر جت
فناوری پرینت سه بعدی PJ
پرینت سه بعدی با تکنولوژی PJ روش رزین پلیمری ترموست سخت شونده با نور uv است که قبل از پیش گرم شدن روی صفحه پرینت ریخته شدا و سپس به وسله نو uv رزین سفت میشود و شروع به پرینت لایه بعدی می کند. در روش pj سطح قطعه تولید شده بسیار صاف می شود که از جمله مزایای این تکنولوژی است.
از رزین پلیمر هایی که در این تکنولوژی استفاده میشود میتوان به رزین های سخت، رزین منعطف، رزین زیست سازگار، رزین شبه ABS، رزین شبه پلی پروپیلن و شبه لاستیک اشاره کرد.
نگاه کلی به طرز کار با چاپگر های 3 بعدی
تمامی پرینتر های سه بعدی با هر تکنولوژی برای اجرا و پرینت یک مدل نیاز به طرح و فایل طراحی شده مدل مورد نظر نیاز دارند. خدمات طراحی مدل های سه بعدی با نرم افزار های سه بعدی مانند 3d max ، solidworks و.. انجام می شود. بعد از طراحی فایل آنرا در یک مموری یا حفظه دستگاه پرینت سه بعدی انتقال دهید تا فایل آماده پرینت شود در مرحله بعدی باید مواد اولیه (فیلامنت) پرینتر مورد نظر را تهیه نمایید. سپس با انجام تنظیمات پرینتر ۳ بعدی و اجرا فایل قطعه شروع به پرینت خواهد شد. مدت زمان چاپ ندل های نسبت به استحکام ، وزن ، ابعاد و فیلامنت متغیرر میباشد.
به طور کلی پرینتر های سه بعدی مواد اولیه را ابتدا ذوب کرده و سپس با سیستم خنک کاری خود قطعه را پرینت می کنند که طرز پرینت مدل در تکنولوژی های چاپگر های سه بعدی متفاوت است در قسمت قبلی در مورد این تکنولوژی ها توضیحات کافی را ارائه کردیم.
نمونه ای از پرینتر های سه بعدی
به طور کلی تکنولوژی پرینت سه بعدی جز برترین تکنولوژی های دنیا در چند سال اخیر بوده و روز به روز در حال پیشرفت و تسعه است. چاپگر های سه بعدی در دنیای صنعت دگرگونی های بزرگی را به وجود آوردند و در اکثر صنایع مانند صنایع بزشکی ، ساخت و تولید ، صنایع غذایی ، صنعت خودرو سازی ، صنعت اسباب بازی و … کاربرد دارد. چاپگر های سه بعدی انواع مختلفی دارند که در مورد اکثر آنها بحث کردیم امیدوارم این مقاله برای شما مفید واقع شده باشد. طراحان گراد.
7 اردیبهشت 1402 در 8:50 ب.ظ
ایلیار
سلام با پرینت سه بعدی میتونیم قطعه نرم پرینت کنیم
8 اردیبهشت 1402 در 12:14 ق.ظ
masodmosvi
سلام بله
7 اردیبهشت 1402 در 4:56 ب.ظ
علی
مفید و عالی
7 اردیبهشت 1402 در 4:58 ب.ظ
masodmosvi
ممنون ازشما
7 اردیبهشت 1402 در 2:40 ب.ظ
ناصر
واقعا عالی و بسیار آموزنده بود . دستتون درد نکنه استاد
7 اردیبهشت 1402 در 4:27 ب.ظ
مدیر
نظر لطف شماست