آشنایی با پرینتر سه بعدی

چاپگر سه بعدی

پرینت سه بعدی ،  پرینتر سه بعدی  ، چاپ سه بعدی  ، چاپگر سه بعدی 

 

چاپ سه-بعدی

۳D printing

شامل مجموعه ای از فرآیندهاست که مواد به صورت کنترل شده‌ای به یکدیگر پیوند داده می‌شود تا یک شی سه-بعدی ساخته شود. معمولاً اینکار به صورت لایه لایه انجام می‌شود.

تاریخچهٔ پرینت سه-بعدی

اولین تکنولوژی پرینت سه‌بعدی در سال ۱۹۸۰ میلادی مشاهده شد. دکتر کودامای ژاپنی اولین بار این تکنولوژی را به نام خود ثبت کرد. در آن زمان این تکنولوژی نمونه‌سازی سریع خوانده می‌شد، این نام‌گذاری به این دلیل بود که این فناوری در واقع برای ساخت سریع و کم‌هزینهٔ نمونهٔ اولیه برای یک تولید انبوه طراحی شده بود.

سپس چالرز هل در سال ۱۹۸۶ میلادی دستگاه استریولیتوگرافی را به نام خود ثبت کرد. البته هل دستگاه خود را در سال ۱۹۸۳ اختراع کرده بود و در این مدت در حال تأسیس شرکت ۳D Systems بود که در آن زمان به نام RP Systems شناخته می‌شد و هم‌اکنون نیز یکی از بزرگترین فعالان حوزهٔ پرینت سه‌بعدی است. در آنجا بود که اولین نمونه این دستگاه را با نام SLA-1 ساخت و در سال ۱۹۸۷ میلادی آن را معرفی کرد و در سال ۱۹۸۸ به اولین تست موفق دست پیدا کرد.

در همان زمان‌ها کارل دکارد که در دانشگاه تگزاس مشغول بود در سال ۱۹۸۷ فرایند نمونه‌سازی سریع با پخت لیزری قابل انتخاب را با نام خود پر کرد. این ثبت اختراع در سال ۱۹۸۹ میلادی صادر شد و بعد از آن مجوزش به DTM Inc. داده شد و بعدها توسط ۳D Systems خریداری گردید.

در همان سال ۱۹۸۹ میلادی اسکات کرامپ، یکی از مؤسسان Stratasys Inc. ثبت اختراع دستگاه مدلسازی لایه‌های مذاب را اعلام کرد و آن را به کمپانی اختصاص داد. البته این فناوری هم‌اکنون به صورت مدل متن‌باز RepRap بسیار فعال است.

مواردی که در بالا به آن‌ها اشاره شد بخشی از مهم‌ترین فعالیت‌ها در تاریخ حوزهٔ پرینت سه‌بعدی بود که هم‌اکنون این فناوری را به مکانی که هست رسانیده. به غیر از موارد بالا اتفاقات دیگری نیز در این حوزه رخ داده‌است ماننده ساخت اولین پرینتر رومیزی، اولین پرینتر ارزان قیمت و ….

مراحل پرینت سه-بعدی

با اینکه روش‌های مختلفی برای پرینت سه-بعدی وجود دارد اما مراحل اصلی همه آنها مشترک است:

۱- ساخت فایل سه-بعدی: اولین مرحله در پرینت سه-بعدی ساخت مدل سه-بعدی آن در رایانه است. این کار به کمک نرم‌افزارهای مدل‌سازی سه-بعدی یا CAD انجام می‌شود. از مهندسی معکوس و اسکن سه-بعدی قطعه‌ای که موجود است نیز در بعضی موارد می‌توان استفاده کرد.

۲- ساخت فایل STL مدل: برای اینکه پرینتر مدل طراحی شده را شناسایی کند باید مدل تبدیل به فرمتی شود که قابل خواندن برای پرینتر باشد. برای اینکار فایل باید تبدیل به فرمت STereoLithography (STL) شود. فرمت‌های ۳DP و OBJ نیز با محبوبیت کمتری کاربرد دارند. فرمت STL برای معرفی مدل به پرینتر از پولیگان‌ها یا مثلث‌ها استفاده می‌کند. پس از ساخت فایل STL، آن را داخل یک برنامه که عمل لایه لایه سازی فایل را انجام می‌دهد که Slicer نامیده می شود در اصطلاح Import یا واردسازی می‌کنیم. برنامه Slicer مدل را گرفته و آن را تبدیل به G-code می‌کند. G-code زبان برنامه‌نویسی دستگاه‌های CNC و پرینترهای سه-بعدی می‌باشد.

۳-پرینت مدل: دستگاه‌های مختلف وجود دارند که هر کدام با مکانیزم‌های مختلفی قطعه مدل را پرینت می‌کنند.

۴-جدا کردن قطعه پرینت شده: در بعضی دستگاه‌ها جدا کردن قطعه کاملاً ساده و بدون مشکل انجام می‌شود. در بعضی مدل‌های صنعتی تر، این کار یک فرایند کاملاً فنی و دقیق می‌باشد.

۵-پس-پردازش (Post-Processing): پس-پردازش در فناوری‌های مختلف با هم تفاوت دارد. در بعضی موارد قطعه باید زیر اشعه UV به عمل بیایند.

کاربردها

امروزه مدلسازی سه-بعدی در رشته‌های گوناگونی همچون قطعه سازی، معماری، طراحی صنعتی، روباتیک، صنایع هوافضا و… رایج است.

این مدلسازیها تا پیش از این به شکل تصاویر دو بعدی روی صفحه‌های نمایشگر یا روی کاغذ ارائه می‌شدند تا افراد با دیدن آن‌ها درکی از آنچه طراحان در ذهنشان دارند بدست آورند.

پرینترهای سه-بعدی توانایی تولید هر نوع قطعه‌ای با هر شکل و زاویه‌ای که باشد، تو پر باشد، یا تو خالی، صاف باشد یا منحنی، … هر قطعه‌ای با هر طراحی را دارد. این نیاز در همه جا قابل لمس است. صنعت، پزشکی، آموزشی، خودرو سازی، نظامی و هر کاری که نیاز به شبیه‌سازی، تولید ماکت و ساخت طرح اولیه دارد، با استفاده از پرینتر سه-بعدی، هم می‌تواند، پروسهٔ زمانبر شبیه‌سازی و ساخت ماکت قطعات را تسریع بخشد و تنها با پرینت گرفتن طرح سه-بعدی در زمانی بسیار کم، به بررسی قطعه بپردازد.

معماری

ساخت سریع جزئیات ساختمان، مدل‌ها و ماکت‌های با دوام از طراحی‌های مختلف معماری، تنها با چاپ سه-بعدی امکان‌پذیر شده‌است. تکنولوژی چاپ سه-بعدی به معماران و شرکت‌های معماری کمک می‌کند که به طرز حیرت‌انگیزی ماکتی بادوام و دقیق از مدل‌های طراحی شده و آرایه‌های مختلف طرح خود داشته باشند.

خودروسازی

چاپ سه-بعدی نمونه طراحی شده قطعات در خودروسازی و بررسی دقیق نمونه، قبل از تولید، از کوچکترین خطا در تولید جلوگیری کرده و به طراحی دقیق تر تجهیزات کمک می‌کند.

مهندسین می‌توانند با چاپ سه-بعدی نمونه قطعات با حجم کم، بررسی‌های لازم را دقیق تر انجام داده و از تولید و اشتباهات مکرر جلوگیری کنند. چاپ سه-بعدی موانع نوآوری در تولید را می‌شکند و حرکت در راستای تولید با اطمینان را سرعت می‌بخشد.

قطعات صنعتی

تولیدات صنعتی بر پایه طراحی دقیق و حرفه‌ای قطعات استوار می‌باشد. این امر نیاز به بررسی دقیق نمونه قیل از تولید می‌باشد، که پرینترهای سه-بعدی کمک شایانی در این زمینه به تولیدکنندگان می‌کند.

با استفاده از پرینت سه-بعدی می‌توان سفارش‌ها سریع قطعات با ساختار پیچیده را با تمام جزئیات بررسی و نواقص را رفع کرد.

 

ساخت به کمک رشته ذوب شونده Fused filament fabrication (FFF)

ساخت به کمک رشته ذوب شونده | ۱- رشته یا فیلامنت ۲- کِشنده رشته یا اکسترودر ۳- نازل داغ شده ۴- قطعه پرینت شده ۵- صفحه نگهدارنده قطعه

ساخت به کمک رشته ذوب شونده (به انگلیسی: Fused filament fabrication) یا FFF پرکاربردترین روش پرینت “اکستروژن ماده” است. پرینت سه‌بعدی از طریق ریختن ترموپلاستیک مذاب و تشکیل لایه‌ها آسان‌ترین و معمول‌ترین تکنولوژی‌های پرینت سه-بعدی است؛

که در گذشته با نام Fused Deposition Modeling یا به اختصار FDM شناخته می‌شد. البته در آن زمان دستگاه‌های FDM به شکل امروزی پرکاربرد نبودند و شرکت Stratasys به تولید صنعتی آن‌ها می‌پرداخت ولی از سال ۲۰۰۹ میلادی دستگاه‌های خانگی و دست‌ساز ظهور کردند و هم‌اکنون با وسعت زیادی در حال پیشرفت هستند.

روش کاری این دستگاه به نحوی است که یک رشته پلاستیک وارد دستگاه می‌شود و در دمای بالایی از نوک نازل به صورت ذوب‌شده بیرون می‌آید و هر لایه را با این مواد مذاب شکل می‌دهد، استحکام لایه‌ها به نحوهٔ سفت شدن آن‌ها و میزان تماس با لایه‌ها قبلی بستگی دارد.

این تکنولوژی در هر صورت برای پرینت قطعات با برآمدگی و فرورفتگی به پایه‌های حمایتی نیاز دارد و بعد از اتمام پرینت نیز سطح آن باید بهبود بخشیده شود.