3D PRINTER

بسمه تعالی

پرینتر سه بعدی

تاریخچه پرینتر سه بعدی

ایده چاپگر سه بعدی در سال 1950 به ثبت رسید.دکتر کودامای ژاپنی اولین بار این تکنولوژی را به نام خود ثبت کرد. در آن زمان این تکنولوژی نمونه‌سازی سریع خوانده می‌شد، ای نام‌گذاری به این دلیل بود که این فناوری در واقع برای ساخت سریع و کم‌هزینه نمونه 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 در دستگاه خود را در سال ۱۹۸۳ اختراع کرده بود و در این مدت به در حال تأسیس شرکت D Systems بود که در آن زمان به نام RP Systems شناخته می‌شد اولین نمونه این دستگاه را با نام SLA-1 ساخته شد  و در سال ۱۹۸۷ میلادی آن را معرفی شد و در سال ۱۹۸۸ به اولین تست موفق انجام شد.درآن موقع کارل دکارد که در دانشگاه تگزاس  در سال ۱۹۸۷ فرایند نمونه‌سازی سریع با پخت لیزری قابل انتخاب راداشت. که ثبت آن در 1989 صادر گردید بعد از آن مجوزش به DTM Inc. داده شد که بعدها توسط ۳D Systems خریداری شد.از طرفی در همان سال 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.

تفاوت پرینتر های سه بعدی

اساسی‌ترین تفاوت اصول اولیه پرینت سه‌بعدی فرایند ساخت لایه به لایه آن است. متد پرینت سه‌بعدی طوری است که لایه‌هایی با دقت کسری از میلی‌متر را به صورت بخش بخش می‌سازد در حالی که متدهای سنتی تماماً بر اساس براده برداری یا قالب‌ریزی و ریخته‌گری بوده‌اند و که کلمه Manufacturing که ریشه  فرانسوی دارد که به معنای ساخته شده توسط دست است. که روش سنتی محدودیت‌ها و معایب بسیاری وجود دارد، مثلاًدر روش براده‌برداری که از یک قطعه بزرگتر به جسم نهایی می‌رسند معمولاً ۹۰٪ از ماده هدر می‌رود که هزینه زیادی برای تولیدکننده و در نتیجه مصرف‌کننده خواهد داشت. در مقابل ایده پرینت سه‌بعدی لایه‌ها را بر روی هم می‌سازد و هیچ‌گونه هدر رفتی از ماده اولیه نخواهیم داشت و این فعالیت نیز کاملاً به صورت اتوماتیک انجام می‌شود و دقت بالایی نیز دارد.

پرینت سه‌بعدی یک فناوری توانمند است که  به طراحان آزادی طراحی  می‌دهد و در عین حال فرایندی است که  ابزار کمتری نیاز دارد و باعث کاهش هزینه ها می شود.به‌وسیله این تکنولوژی قطعات را  به‌طور خاص می توان طراحی کرد و نیازی به مونتاژ و ویژگی‌های پیچیده برای دستگاه نیست و نیز این فناوری با مصرف بهینه انرژی صورت می پذیرید و آلودگی برای محیط ندارد با استفاده از مواد استاندارد طول عمر قطعات بیشتر می‌شود، وزن آن‌ها کاهش می‌یابد در عین حال استحکام بالا می‌رود.که اخیرا این تکنولوژی از نمونه‌سازی سریع و فرایند تولید صنعتی فراتر رفته‌است به کمپانی‌های کوچک و حتی فعالیت‌های شخصی راه پیدا کرده‌است.

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، پروسه 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.

هوافضا

این فناوری در هوافضا، نوآوری سریع دارد. این تکنولوژی به محققان کمک می‌کند و بهتر بتوانند تحقیقات خود درباره فضای ماوراء جو زمین را به اوج برسانندو مشکلاتی که  در گذشته که باعث می شد طراحان در هوافضا باید زمان زیادی را صرف مدلسازی می‌کردندرا برطرف کند. چاپ سه بعدی، این اجازه را به مهندسین هوافضا می‌دهدکه اختراعات خود را نمونه سازی کنند و بتوانند قالب‌های مختلفی را چاپ کنندوبرای  تعمیر قطعات هواپیمای سرعت عمل داشته باشند.این روش به خاطر  عدم وابستگی به ساخت در قالب‌ها و در نتیجه افزایش توانایی برای تولید قطعات پیچیده بدون محدودیت باعث شده که نسبت به روش‌های قدیمی تر همچون ریخته‌گری و ماشین کاری پیشرفت چشمگیری داشته باشد. از مزایای استفاده از این فناوری، ساخت قطعات یکپارچه و مستحکم است به گونه‌ای که دیگر نیاز به مونتاژ چندین قطعه روی هم نیست. در سال‌های اخیر شاهد تولید نهایی قطعات موتور فضاپیماها و موشک‌ها توسط پرینترهای سه بعدی هستیم. با توجه به محدودیت‌های موجود در به‌کارگیری روش‌های دیگر ساخت قطعات در فضا شیوه استفاده از چاپ سه بعدی روش منحصر به فرد در ساخت قطعات مورد نیاز در فضا است.

معماری

ساخت سریع جزئیات ساختمان، مدل‌ها و ماکت‌های با دوام از طراحی‌های مختلف معماری و نیز ساخت ماکتی بادوام و دقیق از مدلی ها، تنها با چاپ سه بعدی امکان‌پذیر شده‌است.

خودروسازی

چاپ سه بعدی نمونه و بررسی دقیق نمونه، قبل از تولید،با کوچکترین خطا در تولید باعث شده مهندسین می‌توانند با چاپ سه بعدی نمونه قطعات با حجم کم، بررسی‌های لازم را دقیق تر انجام داده و از تولید و اشتباهات جلوگیری کنندو موانع نوآوری در تولید برداشته و حرکت در راستای تولید با اطمینان را سرعت می‌بخشد.

قطعات صنعتی

تولیدات صنعتی بر پایه طراحی دقیق و حرفه‌ای قطعات استوار می‌باشدکه  نیاز به بررسی دقیق نمونه قیل از تولید است. با استفاده از پرینت سه بعدی می‌توان سفارش‌ها سریع قطعات با ساختار پیچیده را با تمام جزئیات بررسی و نواقص را رفع کرد.

تجهیزات نظامی

تجهیزات نظامی دارای ساختار پیچیده و قطعات ظریف و حساسی می‌باشد که این امر مدلسازی و ماکت‌سازی طرح اولیه را مشکل کرده. با استفاده از پرینترهای سه بعدی می‌توان هر نوع قطعه‌ای با هر ساختاری را چاپ کرد. می‌توان عنوان کرد بیشترین کاربرد پرینترهای سه بعدی در این زمینه می‌باشد. در طراحی‌های صنعتی به عنوان پیش ساز قطعات نیز از پرینترهای سه بعدی استفاده می‌گردد.

تجهیزات پزشکی

برای تولید تجهیزات پزشکی و طراحی‌های دقیق در این زمینه، و همچنین تولید اندام‌های مصنوعی، نیاز به تولید طراحی قالب‌هایی با ابعاد و متریال بادوام می‌باشد که پرینترهای سه بعدی پاسخگوی این نیاز در علم پزشکی می‌باشند.

چاپ زیستی

یکی از مشکلات بیمارانی که نیاز به پیوند اعضا دارند پیدا کردن فرد اهداکننده و عضو پیوندی است. فناوری چاپ زیستی سه بعدی با چاپ اندام‌های زنده به کمک سلول‌های بنیادی و مواد زیستی این مشکل را حل کرده‌است.

هنر

در سال ۲۰۰۵، مجله‌های دانشگاهی، از احتمال استفاده پرینترهای سه بعدی در رشته‌های هنری خبر دادند که توسط Martin John Callanan در دانشگاه معماری Bartlett پیگیری می‌شد. به مرور، این تکنولوژی با توانایی ارائه کالاهای اختصاصی مانند قاب‌های موبایل دلخواه، عروسک، مجسمه و شکلات‌های سه بعدی محبوب تر شدند.

انوع تکنولوژی های به کارگرفته شده در پرینتر سه بعدی

Stereo lithography (SL)

استریولیتوگرافی به‌طور گسترده‌ای به عنوان اولین تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی شناخته می‌شود و قطعاً این دستگاه بود که اولین پرینتر سه‌بعدی بود صورت تجاری معرفی شد. استریولیتوگرافی یک فناوری بر پایه لیزر می‌باشد که با رزین‌های فوتوپلیمر[۱] کار می‌کند که با پرتو لیزر واکنش نشان می‌دهد و به طریق بسیار دقیقی شکل جامد را ایجاد می‌کند، این تکنولوژی برای ساخت قطعات بسیار دقیق کاربرد دارد.

این فناوری‌ای پیچیده‌ای است اما براحتی بیان می‌شود؛ رزین فوتوپلیمر در یک مخزن که بر روی یک صفحه متحرک قرار دارد نگهداری می‌شود. یک پرتوی لیزری در راستای محورهای X و Y مطابق با فایل سه‌بعدی (با فرمت STL.) به سطح تابیده می‌شود که باعث سفت شدن رزین با دقت بسیار بالایی در لایه بسیار کم ضخامتی می‌شود، بعد از تکمیل شدن یک لایه مخزن به سمت پایین در راستای محور Z حرکت می‌کند و لایه‌های بعدی نیز به وسیله لیزر ترسیم می‌شوند. این پروسه ادامه پیدا می‌کند تا وقتی که تمام شئی مورد نظر از رزین سفت شده تشکیل شود و این زمانی اتفاق می‌افتد که شئی کاملاً از مخزن حاوی رزین بیرون بیاید.

به دلیل طبیعت فرایند استریولیتوگرافی، بعضی از بخش‌های در حال پرینت نیاز به ساختاری برای حمایت دارند تا وزن آن لایه باعث از دست دادن شکل واقعی‌اش نشود، به خصوص در محل‌هایی که طرح شامل برآمدگی یا برش به سمت داخل است و این ساختارهای حمایت‌کننده باید در انتها به صورت دستی از قطعه جدا شوند.

استریولیتوگرافی عموماً به عنوان دقیق‌ترین فرایند پرینت سه‌بعدی شناخته می‌شود که کیفیت سطح نهایی فوق‌العاده‌ای دارد. با این حال نواقصی شامل مراحل مورد نیاز پردازش پس از اتمام پرینت و عدم ثبات مواد در طول زمان و امکان ایجاد استعداد شکستگی مطرح می‌باشد.

Digital Light Processing (DLP)

این فناوری شبیه به پروسه استریولیتوگرافی در پرینت سه‌بعدی است که با فوتوپلیمر کار می‌کند. تفاوت عمده این دو روش در منبع تابش پرتو آنهاست. در DLP از یک منبع نور معمولی استفاده می‌شود به همراه یک صفحه ۱LCD یا ۲DMD که تمام سطح مخزن حاوی رزین فوتوپلیمر را در یک لحظه تحت تأثیر قرار می‌دهد و در واقع هر لایه را در یک لحظه می‌سازد و به همین دلیل عموماً از تکنولوژی استریولیتوگرافی سریع‌تر است.

همانند استریولیتوگرافی فناوری DLP قطعاتی با دقت بالا و رزولوشن بسیار عالی می‌سازد و اما مشکلات مشابه آن را نیز دارد، مانند نیاز به ساختار حمایتی و نیاز به پرداخت بعد از اتمام پرینت. یکی از مزایای DLP نسبت به SL این است که در آن به یک مخزن حاوی رزین با عمق بسیار کم نیاز است که باعث کاهش هزینه و صرفه‌جویی در هدر رفت مواد می‌شود.

Fused Deposition Modeling (FDM)

پرینت سه‌بعدی از طریق ریختن ترموپلاستیک مذاب و تشکیل لایه‌ها آسان‌ترین و معمول‌ترین تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی است؛ که همواره با نام اختصاری FDM شناخته می‌شود و به دلیل قدیمی بودن این نام یک نام تجاری شناخته می‌شود که البته توسط شرکت Stratasys در سال ۱۹۹۰ میلادی ثبت شده‌است. 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 نحوه سفت شدن آن‌ها و میزان تماس با لایه‌ها قبلی 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.

(SLS) Selective Laser Sintering

 (Selective Laser Sintering) (SLS) به کمک یک لیزر و ذوب و سپس جامد کردن لایه‌ها از مواد اولیه پودری محصول نهایی را شکل می‌دهد. این نوع پرینتر دارای دو bed است که هنگام شروع فرایند پرینت لیزر طرح اولین لایه از جسم را روی پودر می‌اندازد و سطح ماده سینتر می‌شود. مادامی که اولین لایه مستحکم شد یکی از bedها به آرامی پایین می‌آید و bed دیگر که در جهت عکس (بالا) حرکت می‌کند و با کمک غلتک یک لایه از پودر را روی bed دیگر به صورت همگون پخش می‌کند و سپس روی لایه جدید لیزر دوباره اقدام به سینتر می‌کند و با ادامه این روند به محصول نهایی می‌رسیم.

SLS بیشتر کاربردهای چاپ سه بعدی صنعتی را در تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی دارد. با این حال اکنون نسخه‌های رومیزی آن نیز در بازار یافت می‌شود و به نظر می‌رسد بیش از پیش به سمت عامه پسندی حرکت کند. مواد اولیه این تکنولوژی شامل پلاستیک‌های متنوعی همچون پلی آمید )نایلون(، پلی استایرن (polystyrenes) و thermoplastic elastomers می‌شود.

SLS به‌طور گسترده برای ساخت نمونه‌های اولیه و سایر قطعات در سطح محصول نهایی استفاده می‌شود. بزرگترین مزیت سینتر لیزر، آزادیِ طراحی است؛ پودر ذوب نشدهِ اضافی به عنوان یک ساپورت برای ساختاری که تولید شده عمل می‌کند که باعث می‌شود اجازه داشته باشیم که شکل‌های پیچیده بدون احتیاج به ساپورت پرینت کنیم.

(Material Jetting (PolyJet and MultiJet Modeling

این تکنولوژی‌ها شباهت زیادی به تکنولوژی‌های جوهر افشان دارند با این تفاوت که به جای جوهر فشانی روی کاغذ، این مدل از پرینترهای سه بعدی لایه‌های فوتوپلیمر را روی یک سینی ساخت (build tray) پخش می‌کنند و سپس با نور UV آن را cure می‌کنند.

فرایند ساخت هنگامی که پرینتر مواد مایع را روی سینی ساخت می‌پاشد (jetting) شروع می‌شود. این جت‌ها توسط اشعه ماورا بنفشی که قطرات کوچک از مایع فوتوپلیمر را اصلاحا cure می‌کند دنبال می‌شوند. هنگام تکرار این پروسه؛ این لایه‌های نازک بر روی سینی ساخت یک شی دقیق را می‌سازند که در ان برآمدگی‌ها و اشکال پیچیده نیاز به ساپورت دارند به این منظور جت پرینت از یک ماده پشتیان ژل- مانند که به‌طور موقت به قطعه محصول می‌چسبد و به راحتی بعد از پرینت جدا می‌شود؛ استفاده می‌کند.

کاربردهای این پرینتر صنعتی می‌باشد. مواد انتخابی شامل فوتوپلیمرهای مایعی می‌شود و که محصول نهایی را می‌سازند و صفاتی مانند انعطاف‌پذیری – عبور کامل نور – سختی را در محصول نهایی از این می‌بینیم. پیشرفته‌ترین سیستم حتی می‌تواند از جت‌های متعدد برای ترکیبی از خواص مواد و رنگ‌های مختلف استفاده کند.

این روش مزایای بسیاری برای قالب‌سازی سریع و نمونه‌سازی دارد و به کاربر اجازه می‌دهد تا نمونه‌های اولیه واقع بینانه و کاربردی با جزییات عالی ایجاد کند. دقیق‌ترین دقت این تکنولوژِ تا ۱۶ میکرون (نازک‌تر از مو انسان) می‌باشد.

Binder Jetting

این تکنولوژی بسیار شبیه به SLS است به نحوی که پرینتر از لایه‌های نازک مواد پودری برای ساختن محصول نهایی استفاده می‌کند ولی به جای لیزر و عمل سینتر شدن لایه‌ها، این پرینتر با کمک روش بایندر کردن و اتصال بایندری پودرها هر لایه را می‌سازد.

این بایندر از یک ن (چند) نازل بیرون می‌آید. پروسه پرینت با پخش مواد بایندر از نازل و اتصال پودرها بر طبق طرح هر لایه شروع می‌شود. پس از اتمام یک لایه، bed ِ پرینت به سمت پایین حرکت می‌کند و همانند پروسه SLS , bed ِ دیگری به اندازه یک لایه بالا می‌آید و پودر ریز لاسه پودر را از روی آن به روی محفظه پرینت هدایت می‌کند و لایه جدید به صورت یکنواخت روی سطح لایه قبلی ایجاد می‌شود سپس طرح این لایه نیز توسط سیستم بایندر زده می‌شود و با ادامه یافتن این پروسه محصول به دست می‌آید.

سپس پودرهای اضافی از جسم جدا می‌شود و به وسیله یک چسب برای استحکام پوشش داده می‌شود و از تغییر رنگ ناخواسته نیز جلوگیری می‌شود. این تکنولوژی کاربرد صنعتی گسترده‌ای دارد. در چاپ سه بعدی تمام رنگی از این روش استفاده می‌شود و معمولاً از پودر آن نوعی ماسه سنگ است. این روش کاربرد زیادی در مجسمه‌های رنگی و مدل‌های معماری دارد.. فرایند چاپ به نسبت SLS انرژی کمتری مصرف می‌کند اما استحکام نمونه‌های پرینت کمتر است. مزیت‌های چاپ پیچیده و مسائل مربوط به ساپورت در آن مشابه SLS است.

Laser Sintering/ Laser Melting

دو واژه پخت لیزری و ذوب لیزری اصطلاحاتی هستند قابل جایگزینی که عموماً به پرینترهای سه‌بعدی اختصاص داده می‌شوند که با پودر ماده مورد نظر و لیزر کار می‌کنند. لیزر با توجه به داده‌های مربوط به پرینتر سه‌بعدی در صفحه X-Y که حاوی پودر فشرده پیماش می‌کند و لایه‌های طرح نهایی را ترسیم می‌کند. بعد از تابش لیزر به پودر مورد نظر ماده پخت یا ذوب می‌شود که در هر دو صورت در نهایت منجر به سفت شدن آن بخش از پودر می‌شود. بعد از اتمام هر لایه پودر تدریجاً به سمت پایین حرکمت می‌کند و یک غلتک سطح پودر جدید را هموار می‌ند و صفحه آماده می‌شود تا لیزر لایهٔ جدید را بر روی آن شکل بدهد.

در این فناوری بسیارمهم است که دما به صورت دقیق حفظ شود و در طول پروسه در نقطه ذوب پودر مورد نظر قرار داشته باشد. بعد از اتمام کامل قطعه آن را از داخل دستگاه بیرون می‌آورد و پودرهای باقیمانده داخل آن را به وسیله باد یا ضربه خارج می‌کنند. یکی از مزیت‌های مهم این فناوری عدم نیاز آن به ساختار حمایتی برای طرح‌هایی که برآمدگی یا فرورفتگی دارند می‌باشد و این نقش را پودر فشرده‌ای که پخت نشده بر عهده دارد و این امکان ساخت طرح‌های پیچیده‌ای که با روش‌های دیگر نمی‌توان ساخت را به طراح می‌دهد.

در این تکنولوژی از پلاستیک و فلز می‌توان استفاده کرد، البته برای کار با فلز به لیزر بسیار قوی‌تری جهت پخت و دمای بالاتری جهت قرار دادن فلز در دمای ذوب نیاز است.

Laminated Object Manufacturing (LOM)

چاپگر LOM از ورقه های پوشش داده شده با چسب استفاده می کند که در طول صفحه کار و غلطک گرم قرار داده شده است. غلطک گرم با عبور از روی ورقه چسب آن را ذوب می کند. سپس لیزر اندازه های دلخواه از قطعه را ترسیم می کند. پس از اتمام لایه ها، صفحه کار به اندازه یک شانزدهم اینچ به سمت پایین حرکت می کند. ورقه ی جدیدی از مواد در طول بستر کشیده شده و توسط غلتک داغی به آن می چسبد. این روند بارها و بارها تکرار می شود تا زمانی که قطعه به‌طور کامل پرینت شود. پس از جدا شدن مواد اضافی می توان قطعه را سمباده کشید یا رنگ آمیزی کرد. اگر در طول چاپ از مواد کاغذی استفاده شود، قطعه مشخصاتی مانند چوب پیدا می کند که باید در مقابل رطوبت محافظت شود. در این صورت رنگ کردن قطعه می تواند ایده مناسبی باشد. با اینکه LOM پر طرفدارترین شیوه ی چاپ نمی باشد اما یکی از مقرون به صرفه ترین و سریع ترین روش ها است. هزینه چاپ به دلیل ارزان بودن مواد خام، پایین است. با استفاده از روش LOM امکان پرینت قطعات نسبتاَ بزرگ می باشد. در حال حاضر Cubic Technologies، جانشین شرکت Helisys، سازنده ی اصلی چاپگرهای LOM می باشد. این روزها شرکت های زیادی نیستند که از تکنولوژی LOM استفاده کنند اما خالی از لطف نیست که به شرکت ایرلندی Mcor Technologies Ltd، فروشنده چاپگرهای سه بعدی LOM اشاره ای کنیم. دستگاه های این کمپانی به‌طور گسترده ای توسط هنرمندان، معماران و توسعه دهندگان محصولات به منظور ساخت پروژه های قابل اجرا با کاغذ های نامه معمولی مورد استفاده قرار می گیرد.

Electron Beam Melting (EBM)

EBM نوع دیگری از ساخت افزایشی برای قطعات فلزی است که در ابتدای قرن حاضر توسط Arcam AB ساخته شد. در این روش نیز همانند SLM ماده اولیه به صورت پودر می باشد. تفاوت اصلی این دو روش در این است که SLM از پرتو لیزر قدرتمند به عنوان منبع انرژی استفاده می کند، این در حالی است که EBM از یک پرتو الکترون استفاده می کند. ماده مورد استفاده در EBM، پودر فلزی است که در اثر تابش پرتو الکترونی که توسط کامپیوتر کنترل می شود، ذوب شده و لایه به لایه تا تشکیل نهایی قطعه ادامه می یابد. بر خلاف SLS، در EBM پودر فلزی به‌طور کامل ذوب می شود. این روند معمولاً در دماهای بالا تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد انجام می شود. در مقایسه با SLM این روش نسبتاً کند و گران است. دسترسی محدود به مواد از دیگر معایب این روش است. در حال حاضر مواد مورد استفاده این روش، تیتانیوم تجاری، Inconel 718 و Inconel 625 است. کاربرد EBM عمدتاً در ایمپلنت های پزشکی و صنعت هوافضا می باشد.

Setereo Lithography Aparatus(SLA)

این روش نخستین روش در حوزه ی پرینت سه بعدی می باشد که در سال ۱۹۸۸ میلادی توسط شرکت ۳D SYSTEMS آمریکا بر اساس اختراع آقای چارلز (Charles Hull) هال معرفی گردید. در این روش از رزین فوتوپلیمر برای تولید قطعات استفاده می شود که آن را به صورت انتخابی توسط لیزری با طول موج خاص سفت می کنند.دستگاه SLA از یک سکوی ساخت تشکیل شده است که قطعه مورد نظر بر روی آن ساخته می شود و در داخل یک مخزن حاوی رزین در جهت عمودی حرکت می کند. همچنین یک سیستم لیزر در بالای دستگاه قرار دارد که به همراه یک سیستم اسکن لیزر دو بعدی لکه لیزر را بر روی سطح رزین در قسمت مشخص می تاباند و باعث سفت شدن آن و تشکیل قطعه می شود. قطعه به صورت لایه لایه بر روی هم ساخته می شود و به بالا می آیدو هر لایه در این روش مابین حدود ۷۰ تا ۵۰۰ میکرون قابل تغییر می باشد.

در این روش نیاز است تا در زیر قسمت هایی از قطعه که دارای زاویه منفی باشند، ساپورت گذاری شود که این کار توسط نرم‌افزار های مربوطه انجام می شود. نیاز به ساپورت گذاری در این روش برخی محدودیت ها را در قطعات تولیدی ایجاد می کند.

پرینتر سه بعدی چیست و چگونه کار می‌کند؟

پرینتر سه بعدی (3D printer) از جمله فناوری‌های جدید است که در زمینه ساخت جواهرات، تجهیزات پزشکی، معماری و صنعت کاربرد فراوان پیدا کرده است.

ظهور تکنولوژی‌های جدید و کاربرد فراوان و منحصر به فرد آن‌ها در تمامی زمینه‌های کاری امری اجتناب ناپذیر است که صنعت‌های سنتی و قدیمی بایستی همپای این نوع فناوری‌ها خود را به روز کنند. پرینتر سه بعدی یا 3d printer از جمله این فناوری‌هاست که با قدمتی کمتر از 20 سال به طور گسترده در تمامی زمینه‌ها گسترش یافته است در ادامه به بررسی این تکنولوژی خواهیم پرداخت.

پرینتر سه بعدی چیست؟

چاپگر (پرینتر) سه بعدی وسیله‌ای است با قابلیت ایجاد هر گونه جسم سه بعدی با هر نوع پیچیدگی. برای این کار لازم است تنها شکل مورد نظر در یکی از نرم افزارهای سه بعدی ساز طراحی و بعد آن را با متریال های مختلف چاپ کرد.

ریشه‌های چاپ سه بعدی در «نمونه سازی سریع» بر پایه‌ی مبانی نمونه سازی صنعتی به عنوان وسیله ای برای سرعت بخشیدن به مراحل اولیه ساخت محصول با روشی سریع و آسان بر پا شد که باعث شد تا تکرارهای متعدد یک محصول بصورت سریع‌تر و کارآمدتر به راه حل مطلوبی برسد. این امر موجب صرفه جویی در زمان و هزینه در ابتدای کل فرایند ایجاد محصول می‌شود و اعتماد به نفس با پیشروی در ساخت ابزار آلات تولید تضمین می‌شود. نمونه سازی (گرچه گاهی اوقات نادیده گرفته می‌شود) احتمالاً هنوز هم بزرگ‌ترین کاربرد چاپ سه بعدی است.

پرینترهای سه بعدی چگونه کار می‌کنند؟

در مورد چگونگی کارکرد این دستگاه‌ها و تفاوت اساسی آن‌ها با دستگاه‌های CNC (دستگاه‌های کنترل عددی) نیز بایستی گفت که پرینترهای سه‌بعدی عمدتاً از روش استفاده از مواد مذاب برای ساختن محصول نهایی استفاده می‌کنند ولی دستگاه‌های CNC عمدتاً از طریق برش یا جدا کردن بخشی از یک محصول کلی برای رسیدن به محصول نهایی استفاده می‌کنند.

پرینترهای سه‌بعدی بعد از ذوب کردن مواد اولیه به‌صورت لایه به لایه شروع به تزریق مواد اولیه به پلتفرم می‌کنند که این لایه‌ها به یکدیگر محکم می‌شوند و بعد از زمان کوتاهی محصول نهایی ما آماده استفاده می‌شود.

مدت زمان چاپ

فرایند چاپ اشیا سه بعدی به اندازی چاپ اسناد معمولی سریع نیست. طراحی مدل‌های سه بعدی با استفاده از مایع فتو ری اکتیو یا اشعه‌ی ماوراءبنفش بطورمعمول بین 6 تا 12 ساعت به طول می‌انجامد، اگر چه باید گفت برای طراحی این اشیا با استفاده از کامپیوتر به صرف مدت زمانی حتی بیش از این، بسته به پیچیدگی مدل، احتیاج خواهید داشت.

پرینترهای سه بعدی تقریباً می‌توانند تمام خلاقیت‌هایی که در ذهن شماست را به صورت حجم و جسم پیاده سازی کنند. این ویژگی بینظیر باعث شده که این فناوری به یکی از پر کاربردترین تکنولوژی‌ها در زمینه تولید جواهرات و قطعات پزشکی تبدیل شود.

کاربردهای پرینترهای سه بعدی

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 قطعه ای با هر شکلی و زاویه ای که باشد، تو پر باشد، یا تو خالی، صاف باشد یا منحنی،… هر قطعه ای با هر طراحی را دارد.

صنعت هوافضا

در گذشته طراحان در هوافضا باید زمان زیادی را صرف تصور و مدلسازی می‌کردند. امروزه تکنولوژی چاپ سه بعدی، این اجازه را به مهندسین هوافضا می‌دهد که در ساخت تجهیزات، دستگاه‌ها و قطعات یدکی هواپیما بتوانند اختراعات خود را به راحتی نمونه سازی کنند و بتوانند قالب‌های مختلفی را چاپ کنند. و حتی در تعمیر قطعات هواپیمای خود سرعت عمل داشته باشند.

خودروسازی

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.

تجهیزات پزشکی

از این دستگاه برای ایجاد الگوهای ریخته گری فلز در ساخت روکش‌های دندان و در ساخت ابزاری که روی آن پلاستیک به شکل خلاء برای سیم‌های ارتودنسی دندان استفاده می‌شود. همچنین بطور مستقیم به منظور تولید ایمپلنت‌های مفصل ران و زانو، و محصولات قراردادی ویژه‌ی بیمار، مانند سمعک، کف ارتوتیک برای کفش، پروتز شخصی سازی و ایمپلنت‌های یکباره برای بیماران مبتلا به بیماری‌هایی مانند آرتروز، پوکی استخوان و سرطان، و همچنین مجروحان حوادث و تروما از آن بهره گرفته می‌شود.

معماری

ساخت سریع جزئیات ساختمان، مدل‌ها و ماکت‌های با دوام از طراحی‌های مختلف معماری، تنها با چاپ سه بعدی امکان پذیر شده است. تکنولوژی چاپ سه بعدی به معماران و شرکت‌های معماری کمک می‌کند که به طرز حیرت انگیزی ماکتی بادوام و دقیق از مدل‌های طراحی شده وآرایه های مختلف طرح خود داشته باشند.

و در آخر تمامی فناوری‌هایی‌هایی که نیاز به طراحی‌های دقیق مانند ساخت طلا و جواهرات ریخته گری دقیقدارند می‌توانند از این نوع تجهیزات استفاده کنند. صرفه جویی در وقت، خطای کمتر و بازدهی بیشتر از ویژگی‌های بارز این نوع دستگاه‌هاست.

از مواردی این تکنولوزی در آن پیشرفت داشته که میتوان در این زمینه نام برد مواردی مثل اتوموبیل سازی و دندانپزشکی(ارتودنسی) و ... می باشد.