مزایا و معایب چاپگرهای سه بعدی نسبت به دیگر تکنولوژی‌های ساخت‌وتولید چیست؟

تکنولوژی‌های چاپ سه‌بعدی به واسطه‌ی ماهیت متفاوتی که با تکنولوژی‌های سنتی ساخت دارند، در ذات خود دارای مزایای نسبی هستند. همچنین ساخت افزایشی نسبت به دیگر روش‌های ساخت، ضعف‌هایی هم دارد. هر کسی که به نوعی با فرآیندهای ساخت سر و کار دارد باید به این ضعف‌ها و قوت‌ها واقف باشد. ما برخی از مهمترین مزایا و معایب ساخت افزایشی را در ادامه آوردیم تا بتوانید با نگاهی دقیق‌تر از روند این تکنولوژی‌، پرینتر سه‌بعدی منظور و مطلوب خود را بیابید.

مزایا و نقاط قوت پرینتر سه‌بعدی

طراحی انعطاف‌پذیر؛ توانایی ساخت هندسه‌های پیچیده

اولین مزیتی که در چاپگرهای سه‌بعدی می‌توانیم به آن اشاره‌کنیم، توانایی ساخت هندسه‌های پیچیده است.

همه تکنولوژی‌های پرینتر سه‌بعدی توانایی چاپ طرح‌های پیچیده را دارند، ولی بعضی از آن‌ها توانایی‌های متفاوت و بیشتری دارند. مانند تکنولوژی‌های گداخت بستر پودری که توانایی پرینت سه‌بعدی قطعات بسیار پیچیده را بدون استفاده از ساپورت دارند. ساپورت ساختاری است داربست‌مانند که به لایه‌های بالای قطعات اجازه می‌دهد که به‌طور غیرمستقیم بر روی لایه‌های زیرین قرار گیرند تا از ریزش لایه‌های بالایی جلوگیری شود.

پرینتر سه‌بعدی به طراح‌ها اجازه می‌دهد تا بتوانند طرح‌های پیچیده‌ای را که ساخت آن‌ها با روش‌های سنتی غیرممکن بود بسازند. به خاطر ماهیت قوانین فیزیک، ساخت پیچیدگی‌ها در تکنولوژی‌های پرینت سه‌بعدی هیچ هزینه‌ی اضافی را متحمل نمی‌کند. به عنوان مثال در تکنولوژی‌های سنتی، فرآیند ساخت یک قطعه‌ی ساده و یک قطعه‌ی پیچیده هزینه‌ی بسیار متفاوتی را بر سازنده متحمل می‌کرد ولی در تکنولوژی پرینت سه‌بعدی ساخت پیچیده‌ترین و ساده‌ترین قطعات (در اندازه‌ی برابر) دارای هزینه‌ی یکسانی هستند.

قابلیت سفارشی‌سازی و چاپ بر اساس تقاضا

مزیت دیگر پرینترهای سه‌بعدی، قابلیت سفارشی‌سازی قطعات در آن است به‌طوری‌ که در هر نوبت چاپ سه‌بعدی می‌توان یک قطعه را با ویژگی‌های کاملاً متفاوت نسبت به قطعه قبلی و بعد از آن ساخت.

تا حالا شده است که از خودتان بپرسید که چرا مجبوریم که لباس‌هایمان را تنها در اندازه‌های استاندارد خریداری کنیم؟ در روش‌های ساخت سنتی هرچه از یک محصول خاص تعداد بیشتری قطعه تولید شود، هزینه‌ی ساخت آن کاهش می‌یابد. یا به بیان دیگر هزینه‌ی ساخت هر محصول تنها در حالتی مقرون به صرفه است که از آن تعداد زیادی تولید شود. ولی در فرآیند پرینت سه‌بعدی می‌توان هزاران محصول کاملاً متفاوت را بدون متحمل شدن هزینه‌ی اضافی و در یک پرینتر سه‌بعدی به طور پی در پی تولید کرد.

بنابراین چاپ بر اساس تقاضا بر خلاف فرآیندهای تولید سنتی به فضای زیادی برای انبار موجودی نیاز ندارد و این باعث صرفه‌جویی در فضا و هزینه می‌شود. (فایل‌های طراحی سه‌بعدی در یک کتابخانه مجازی ذخیره می‌شوند. در این صورت می‌توان هر زمان که نیاز بود اقدام به چاپ آن نمود.)

ساخت قطعات سبک با استحکام بالا

مواد اصلی مورد استفاده در پرینت سه‌بعدی به جز فلز در برخی موارد، در اکثر اوقات پلاستیک است. پلاستیک‌‌ها سبک‌تر از معادل‌های فلزی خود هستند. این امر بویژه در صنایعی مانند خودروسازی و هوافضا که سبک‌وزن بودن یک مزیت محسوب می‌شود، بازده بیشتری ارائه می‌دهد.

عدم نیاز به ابزارهای جانبی؛ کاهش هزینه‌های اولیه

مزیت دیگر پرینترهای سه‌بعدی در این است که برای ساخت با آن‌ها تنها به یک دستگاه پرینتر سه‌بعدی نیاز است.

این ویژگی برخلاف روش‌های سنتی است که در آن‌ها باید جمعی از دستگاه‌ها و ابزارها دست‌به‌دست هم می‌دادند تا بتوانند قطعه نهایی را بسازند.

برای فرآیندهای ریخته‌گری فلز و یا قالب تزریق، هر قطعه از یک محصول نیاز به یک قالب مجزا دارد. همین چالش می‌تواند هزینه‌های اولیه را به طور چشمگیری افزایش دهد. کمپانی‌ها برای اینکه بتوانند این هزینه‌های اولیه متحمل شده را جبران کنند ناچار به تولید تعداد زیادی از محصولات خود هستند.

فرآیندهای پرینت سه‌بعدی به خاطر تک-ابزار بودن و استفاده از ماهیت متفاوت ساخت، هزینه‌ و زمان اضافه‌ای را برای ساخت قطعات پیچیده در مقایسه با قطعات ساده به تولیدکنندگان تحمیل نمی‌کنند. همین ویژگی به تولید کنندگان کمک می‌کند که زمان، هزینه و نیاز به تیم‌های متخصص را برای تولید محصولات جدید به حداقل برسانند و تمرکزشان را بر روی بازاریابی و فروش بگذارند.

سرعت و راحتی ساخت نمونه‌های اولیه، در نتیجه سرعت بالا و ریسک کم در رسیدن محصول به بازار

این مزیت می‌تواند برای کارآفرینان، نوآوران، کارگاه‌های کوچک و حتی مدارس و آموزشگاه‌ها بسیار ارزشمند باشد.

ویژگی دیگر استفاده از پرینت سه‌بعدی در صنایع این است که سرعت انجام و اجرای پروژه‌های ساخت بسیار افزایش می‌یابد. برای ساخت با استفاده از چاپگر سه‌بعدی تنها نیاز است که فایل طراحی‌شده را به پرینتر سه‌بعدی بدهیم و به هر تعداد که نیاز داریم از آن بسازیم. این ویژگی همچنان ریسک موجود در فرآیند تولید را بسیار می‌کاهد.

استارتاپ‌ها و مجموعه‌های کوچک می‌توانند در ابتدای کار تنها به تعداد کمی از قطعه‌ی موردنظر را بسازند؛ بدون این‌که هزینه تمام‌شده برای هر قطعه افزایش می‌یابد. سپس بعد از انجام فرایند بازاریابی و بازارسازی و در صورت تمایل، به ادامه ساخت روی بیاورند.

به دلیل این که در انجام پرینت سه‌بعدی از ابزارهای متفاوتی برای ساخت محصولات استفاده نمی‌شود و تنها ابزار اصلی همان پرینتر سه‌بعدی است، هزینه‌ی تمام شده برای تولیدکنندگان بسیار کاهش می‌یابد. تصور کنید که یک طراح و یا کارآفرین قصد دارد محصولی را به طور محدود به بازار عرضه کند تا واکنش بازار را به آن محصول بسنجد. برای این کار هرچه هزینه‌ی تمام شده برای تولید یک محصول در تعداد محدود کمتر باشد، ریسک و انعطاف‌پذیری آن طراح یا کارآفرین برای تولید محصول بهبود می‌یابد.

همچنین نیاز به صرف انرژی برای طی مراحل پر زحمت ساخت به روش سنتی برای ساخت نمونه‌ی اولیه و یا ساخت در تعداد محدود نیست. همچنین یک کارآفرین می‌تواند نمونه‌ی اولیه محصول خود را برای نشان دادن و جذب سرمایه در بسترهایی همچون کیک‌استارتر بسازد.

جلوگیری از اتلاف و هدر رفت مواد اولیه

تکنولوژی‌های سنتی ساخت اغلب از نوع کاهشی هستند. به این معنا که با روش‌های مختلفی چون فرزکاری و تراشکاری، از بلوک ماده خام براده برداری یا تکه‌برداری می‌کردند تا به فرم موردنظر برسند. استفاده از این روش‌ها موجب می‌شد تا اتلاف زیادی در مواد اولیه به وجود آید. به عنوان نمونه برای تولید بسیاری از قطعات همچون براکت هواپیما معمول است که تا ۹۰ درصد ماده‌ی اولیه در فرآیند ماشین‌کاری اتلاف می‌شود.

در مقابل روش‌های سنتی، پرینت سه‌بعدی یک روش ساخت افزایشی است. یعنی این فرآیند با قرار دادن لایه به لایه مواد خام بر روی یکدیگر قطعه نهایی را می‌سازد. همین ماهیت متفاوت این روش ساخت کمک می‌کند که پرینترهای سه‌بعدی تنها همین میزان مواد اولیه که برای ساخت قطعات نیاز دارند را در فرآیند تولید به کار گیرند.

در اغلب زیرتکنولوژی‌های چاپ سه‌بعدی، هیچ ماده‌ی زائدی به‌عنوان پسماند ساخت، باقی نمی‌ماند. حتی در روش‌هایی همچون SLS که از پودر ماده خام برای پرینت سه‌بعدی استفاده می‌شود. پودر باقیمانده در فرآیند ساخت قابل‌استفاده مجدد است و در مرتبه‌های بعدی مورداستفاده قرار می‌گیرد.

همچنین اغلب مواد مصرفی در پرینترهای سه‌بعدی قابل بازیافت و استفاده‌ی مجدد در این دستگاه‌ها هستند.

به برخی از مهم‌ترین مزایای استفاده از چاپگر سه‌بعدی برای ساخت قطعات اشاره شد. باید گفت که پرینترهای سه‌بعدی هم دارای معایبی نسبت به دستگاه‌های سنتی هستند. به‌عبارت‌دیگر ساخت افزایشی در کنار مزایای بسیار زیادی که نسبت به روش‌های سنتی دارد، دارای معایبی نیز هست. هرچند که بسیاری از نقطه‌ضعف‌های کنونی ساخت افزایشی نسبت به تکنولوژی‌های سنتی در حال کمرنگ شدن است و امید می‌رود که در آینده‌ای نه‌چندان دور، آن ضعف‌ها هم جبران شود.

اجازه دهید در این قسمت از بحث به‌طور بسیار خلاصه به چند مورد از مهم‌ترین ضعف‌های استفاده از پرینتر سه‌بعدی برای فرایند ساخت اشاره‌کنیم.

سازگار با طبیعت و محیط زیست

از آنجایی که هدر رفت مواد با این روش تا حد نسبتا زیادی کاهش می‌یابد، این فرآیند ذاتا با محیط زیست سازگار است. از طرفی با کاهش نیاز به راه‌اندازی کارخانجات و خطوط تولید، مصرف انرژی هم کاهش می‌یابد.

مقرون به صرفه به لحاظ اقتصادی

چاپ سه‌بعدی به عنوان یک فرآیند تولید تک مرحله‌ای، ضمن صرفه‌جویی در زمان، هزینه‌های مربوط به استفاده از ماشین‌‌های مختلف را هم نخواهد داشت. علاوه‌بر این از بخش زیادی از هزینه‌های چاپ سه‌بعدی در ارتباط با نیرونی انسانی هم می‌شود صرف‌نظر کرد. می‌توان پرینتر را راه‌انداخت و بدون نیاز به اپراتور، آن را به حال خود را رها کرد.

با همه‌ی این تفاسیر اگر امکان خرید چاپگر سه‌بعدی فراهم نیست با برون‌سپاری پروژه به یک شرکت خدمات پرینت سه‌بعدی می‌توان تا حد زیادی در هزینه‌ها صرفه‌جویی به عمل آورد.

معایب و نقاط ضعف چاپگر سه‌بعدی

هزینه‌ی تمام‌شده‌ی بالا برای تولید انبوه

در بسیاری از روش‌های سنتی تولید، هزینه تمام‌شده برای هر قطعه‌ یا محصول نهایی زمانی توجیه اقتصادی پیدا می‌کند که تعداد ساخت قرار باشد بیش‌ازحد معینی برسد. به‌عنوان نمونه در تزریق پلاستیک اگر قرار باشد تعداد ساخت کمتر از چند هزارتا باشد، قیمت تمام‌شده برای هر قطعه زیاد خواهد شد و توجیه اقتصادی نخواهد داشت. به این دلیل که یک هزینه اولیه بالایی باید برای ساخت قالب پرداخت شود. از طرف دیگر وقتی در این روش‌ها تعداد ساخت از حد معینی بالاتر می‌رود، توجیه اقتصادی پیدا می‌کند.

در برابر آن اگر قرار باشد برای ساخت همان قطعه از یک پرینتر یا چندین چاپگر سه‌بعدی برای تولید آن محصول استفاده کنیم، هرچه تعداد ساخت قطعه موردنظر افزایش پیدا کند، درعین‌حال که قیمت تمام‌شده پرینت سه‌بعدی همان قطعه هیچ تغییری با تعداد کم نمی‌کند، قیمت تمام‌شده تولید همان قطعه با روش‌های سنتی بسیار کاهش می‌یابد و عملاً ساخت افزایشی بازی را به رقیب خود خواهد باخت. پس باید در نظر گرفت که برای تولید انبوه در بسیاری از موارد اگر بتوان همان قطعه را با روش‌های سنتی ساخت، پرینتر سه‌بعدی نمی‌تواند جوابگوی بازار و قیمت تمام‌شده مناسب برای آن باشد.

گفتنی است که با ادامه‌ی روند کاهش قیمت پرینترهای سه‌بعدی و همچنین کاهش قیمت مواد مصرفی، انتظار می‌رود که صنعت پرینت سه‌بعدی توان رقابت با صنایع سنتی را در تولید انبوه محصولات پیدا کند.

تنوع کمتر در مواد، رنگ‌ها و پرداخت سطح

ضعف دیگر استفاده از پرینتر سه‌بعدی، تنوع کمتر مواد قابل‌استفاده است. همچنین در انتخاب رنگ‌ها و پرداخت سطح هم تنوع کمتری وجود دارد و تولیدکننده‌ها دستشان همچون روش‌های سنتی باز نیست. با وجود این که هم اکنون بیش از شش هزار نوع ماده برای استفاده در پرینترهای سه‌بعدی وجود دارد، اغلب آن‌ها انواع پلاستیک و فلز هستند. به همین تنوع مواد، رنگ و پرداخت سطح در چاپ سه‌بعدی کمتر از روش‌های سنتی ساخت است.

هرچند که این ضعف پرینت سه‌بعدی به سرعت در حال جبران است و موادی بسیاری همچون سرامیک‌ها، کامپوزیت‌ها، مواد غذایی و مواد زیستی در صف پیسوتن به مواد مصرفی در صنعت پرینت سه‌بعدی هستند.

مقاومت و دوام محدود

تابه‌حال پرینترهای سه‌بعدی نتوانستند که در معیارهایی چون مقاومت و دوام به پای روش‌های سنتی برسند. هرچند که امروزه زیرتکنولوژی‌هایی از پرینت سه‌بعدی هستند که می‌توانند قطعاتی با مقاومت‌های بسیار بالا و دوام ماندگار بسازند، ولی به‌طور عمده همچنان بازار پرینتر سه‌بعدی توانایی رقابت با روش‌های سنتی را در معیارهای چون مقاومت و دوام قطعات ندارد. آن دسته از پرینترهای سه‌بعدی که در مراحل تحقیقاتی و حتی عرضه به بازار هستند و توانایی ساخت قطعاتی بادوام و مقاومت بالا را دارند همچنان دارای قیمتی بالا و غیررقابتی هستند و همین چالش موجب می‌شود تا بسیاری از تولیدکنندگانی که قصد ساخت قطعات خاص و با مقاومت‌های خاص را دارند، از به‌کارگیری پرینتر سه‌بعدی در فرایند تولید منصرف شوند.

محدودیت در اندازه ساخت

چاپگرهای سه‌بعدی حال حاضر، دارای محفظه‌های چاپ کوچکی هستند که اندازه قطعات قابل چاپ را محدود می‌کند. هر چیز بزرگتری از اندازه این محفظه باید در اندازه‌‌های کوچک‌تر چاپ شود و پس از تولید بهم وصل گردد. در این صورت هزینه و زمان بیشتری هم صرف خواهد شد.

کاهش بالقوه‌ی نیروی انسانی

یکی دیگر از معایب فناوری پرینت سه‌بعدی، کاهش بالقوه‌ی نیروی انسانی است چرا که بیشتر تولیدات به صورت خودکار و توسط چاپگر انجام می‌شود.  این مورد در کشورهای جهان سوم که برای حفظ اقتصاد خود، بیشتر به نیروی انسانی متکی هستند می‌تواند خطرساز باشد.

عدم دقت کافی در طراحی

از دیگر مشکلات مطرح در این شیوه‌ی ساخت‌وساز‌، در ارتباط مستقیم با خود دستگاه و فرآیند مورد استفاده‌ی آن است. برخی از پرینترها دقت کمتری دارند، از این رو قطعات نهایی با طرح اصلی بسیار متفاوت است. در برخی مواقع می‌توان این مشکل را با پردازش برطرف نمود، اما باید در نظر داشت که به همان میزان زمان و هزینه هم افزایش می‌یابد.

نیاز به کسب مهارت طراحی و تولید مدل سه‌بعدی

گام بعدی پس از تهیه‌ی چاپگر، یادگیری نحوه‌ی ساخت و تغییر مدل‌های سه‌بعدی است. مدل‌سازی سه‌بعدی مهارتی است که برای تسلط کامل بر آن نیاز به زمان و تلاش زیادی است. زمانی که به نرم‌افزار مسلط شدید می‌توانید هر آنچه به ذهنتان می‌رسد را چاپ کنید.

مشکلات مربوط به کپی رایت و تولید محصولات تقلبی

همزمان با افزایش محبوبیت و دسترسی به پرینت سه‌بعدی، امکان تولید محصولات تقلبی هم بالا می‌رود. از آنجایی که تشخیص این تفاوت عملا دشوار است، این موضوع در کنترل کیفیت مشکلات آشکاری به بار خواهد آورد.

در مجموع می‌توان گفت که:

کلید موفقیت در هر کسب‌وکاری، در درجه‌ی اول رضایت مشتری است. انتظار مشتری این است که اقلام خود را هرچه سریع‌تر و کارآمدتر دریافت کند. پرینت سه‌بعدی با ارائه‌ی آنچه مد نظر مشتری است، به کسب‌وکارها کمک کرده تا در طی سال‌های اخیر از این تکنولوژی به روش‌های مختلف بهره‌مند شود.  ماهیت تطبیقی و قابل تنظیم این فناوری پرینت سه‌بعدی آن را به نقطه عطفی برای ورود به هر صنعتی تبدیل می‌کند. چاپ سه‌بعدی ممکن است فرآیند تولید کاملی برای یک قطعه سفارشی نباشد اما مزایای منحصر به فرد آن فرصت مناسبی برای چاپ مهیا می‌کند تا به این موضوع پی ببرید که چگونه تولید افزودنی می‌تواند تولیدات را بهبود و روند انجام آن را تسریع بخشد.

پرسش‌های متداول پیرامون مزایا و معایب پرینترهای سه‌بعدی

✅ مزایای پرینت سه‌بعدی چیست؟

✔ طراحی انعطاف‌پذیر و توانایی ساخت هندسه‌های پیچیده، قابلیت سفارشی‌سازی و چاپ بر اساس تقاضا، ساخت قطعات سبک با استحکام بالا، عدم نیاز به ابزارهای جانبی و کاهش هزینه‌‌های اولیه، سرعت و راحتی ساخت نمونه‌های اولیه، جلوگیری از اتلاف مواد اولیه، مقرون به صرفگی و … از جمله مهم‌ترین مزایای پرینت سه‌بعدی به شمار می‌آید.

✅ معایب پرینت سه‌بعدی چیست؟

✔ هزینه‌ی بالا برای تولید در مقیاس انبوه، تنوع کمتر در مواد، رنگ‌ها و پرداخت سطح، مقاومت و دوام محدود، محدودیت در اندازه ساخت، کاهش نیاز به نیروی انسانی و … از مهم‌ترین محدودیت‌‌های پرینترهای سه‌بعدی به شمار می‌آید.

✅ آیا پرینت سه‌بعدی برای محیط زیست مضر است؟

✔ از آنجایی که هدر رفت مواد با این روش تا حد نسبتا زیادی کاهش می‌یابد، این فرآیند ذاتا با محیط زیست سازگار است. از طرفی با کاهش نیاز به راه‌اندازی کارخانجات و خطوط تولید، مصرف انرژی هم کاهش می‌یابد. تنها مشکلی که از این نظر در استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی وجود دارد این است که در اکثر مواقع از پلاستیک تولید محصول استفاده می‌کند.

✅ آیا پرینت سه‌بعدی مقرون به صرفه است؟

✔ چاپ سه‌بعدی به عنوان یک فرآیند تولید تک مرحله‌ای، ضمن صرفه‌جویی در زمان، هزینه‌های مربوط به استفاده از ماشین‌‌های مختلف را هم نخواهد داشت. علاوه‌بر این از بخش زیادی از هزینه‌های چاپ سه‌بعدی در ارتباط با نیرونی انسانی هم می‌شود صرف‌نظر کرد. می‌توان پرینتر را راه‌انداخت و بدون نیاز به اپراتور، آن را به حال خود را رها کرد.