پرینت سه بعدی که در مراحل اولیه‌ی بروز و ظهور خود فقط برای نمونه‌سازی اولیه مناسب بود، امروز به جایی رسیده که در زمینه‌ی تولید و ساخت و ساز به یک فناوری پیشگام تبدیل شده است. صنایعی که هنوز این تکنولوژی را در زنجیره‌ی تامین خود ادغام نکرده‌اند، روز به روز در حال کوچک‌‌تر شدن هستند. امروزه بیشترین تقاضا برای چاپ سه بعدی ماهیت صنعتی دارد. اما با این روند رو به رشدی که شاهد آن هستیم این فناوری تقریبا قادر است هر صنعت بزرگی را متحول کند و نحوه‌ی زندگی و کار افراد را تا حد بسیار زیادی تحت تاثیر قرار دهد.
چرا پرینترهای سه بعدی برای آینده بسیار مهم هستند؟!
انعطاف‌پذیری، دقت و سرعت بالای پرینترهای سه بعدی، آن‌ها را به ابزاری امیدوارکننده برای آینده‌ی تولید تبدیل کرده است. شرکت‌های گوناگون در سرتاسر جهان اکنون از پرینترهای سه بعدی استفاده می‌کنند تا به جای اینکه ماه‌‌ها وقت و احتمالا میلیون‌ها تومن صرف تحقیق و توسعه کنند، بتوانند نمونه‌های اولیه‌ی خود را در عرض چند ساعت بسازند.
و اما …
پرینت سه بعدی چیست؟
پرینت سه بعدی یا ساخت افزایشی فرآیندی است که در آن اجسام سه بعدی از یک فایل دیجیتال ساخته می‌شوند. ساخت افزایشی در واقع قرارگیری لایههای متوالی از مواد روی هم است تا زمانی که شی نهایی ایجاد شود. هر یک از این لایه‌ها را می‌توان با یک برش عرضی از سطح مقطع جسم مشاهده کرد. از ساخت افزایشی در طول تاریخ، به نام‌های مختلفی چون استریولیتوگرافی، لایه‌بندی سه بعدی و چاپ یا پرینت سه بعدی یاد شده است؛ که چاپ سه بعدی شناخته شده ترینشان است. یکی از مزایای اصلی چاپ سه بعدی این است که نمونه برداری سریع از تقریبا تمام اشیا را ممکن می‌سازد.
پرینت سه بعدی فرصت بی‌سابقه‌ای برای تولید انواع گوناگون محصولات رقم زده است. این تکنیک در طی چند دهه گذشته موج عظیمی در صنایع مختلف در سراسر جهان به پا کرد.
چاپ سه بعدی چگونه کار می‌کند؟
همه چیز با یک مدل سه بعدی شروع می‌شود. انتخاب با شماست که قصد دارید همه چیز را از پایه شروع کنید یا با یک طرح آماده از کتابخانه‌ی طرح‌های سه بعدی، فرآیند پرینت را از سر بگیرید.
فرآیند چاپ سه بعدی با ایجاد یک مدل گرافیکی از شی مورد نظر آغاز می‌شود. این مدل‌ها با استفاده از بسته‌های نرم‌افزاری موسوم به CAD یا همان «Computer-Aided Design» طراحی می‌شوند. این مرحله در واقع پرکارترین بخش این فرآیند است. برنامه‌هایی که به این منظور استفاده می‌شوند شامل: «TinkerCAD» ،«Fusion360» و «Sketchup» است.
برای محصولات پیچیده، این مدل‌های گرافیکی طراحی شده به‌شدت از نظر شباهت با شی مورد نظر سنجیده می‌شوند تا نواقص احتمالی رفع شود. اما برای اشیا پیچیده‌ای که صرفا جنبه‌ی تزئینی دارند، این مسئله از اهمیت کمتری برخوردار است.
بعد از طراحی، نوبت برش دیجیتالی مدل گرافیکی و آماده کردن برای چاپ است. برش دیجیتالی یک مرحله‌ی حیاتی برای پرینترهای سه بعدی محسوب می‌شود؛ زیرا این چاپگرها نمی‌توانند یک مدل سه بعدی را مانند انسان ایده‌پردازی کنند. در این فرآیند، مدل به لایههای مختلف تقسیم می‌شود، سپس طرح هر لایه به ترتیب به چاپگر فرستاده می‌شود تا در نهایت لایه‌ها ساخته شوند و روی هم قرار گیرند. فرآیند برش «Slicing» با اسلایسرهای خاصی مانند «CraftWare» یا «Astroprint » انجام می‌شود. این اسلایسرها همچنین با ایجاد یک ساختار مشبک در داخل مدل‌های جامد، یک «fill» ایجاد می‌کنند. fill در واقع برای پایداری بیشتر محصول است و این نقطه قوتی برای پرینترهای سه بعدی محسوب می‌شود.
چاپگرهای سه بعدی قادر به پرینت مواد بسیار محکم و با تراکم بسیار پایین هستند و این کار را از طریق اضافه کردن پاکت‌های هوا درون محصول نهایی انجام می‌دهند.
بعد از اینکه اسلایسر کارش به پایان رسید، داده‌ها برای مرحله آخر به چاپگر ارسال می‌شوند. از اینجا به بعد چاپگر سه بعدی کارش شروع می‌شود. بسته به دستورالعمل خاصی که اسلایسر به چاپگر سه بعدی می‌دهد، چاپگر با استفاده از روش‌های مختلف چاپ را آغاز می‌کند.
فرآیند چاپ سه بعدی بسته به سایز و پیچیدگی شی نهایی ممکن است ساعت‌ها و یا حتی روزها به طول بینجامد.
به طور کلی فرآیند پرینت سه بعدی در ۷ مرحله‌ی زیر انجام می‌شود:
- ابتدا باید یک مدل سه بعدی با استفاده از نرم‌افزار CAD تهیه کنید.
- مدل طراحی‌شده را به قالب استاندارد STL یا «standard tessellation language» تبدیل کنید. بیشتر پرینترهای سه بعدی علاوه بر فایل‌های ZPR و ObjDF از فایل‌های STL نیز استفاده می‌کنند.
- سپس فایل STL را به کامپیوتری که پرینتر سه بعدی را کنترل می‌کند بفرستید. بعد از آن اندازه و جهت چاپ را تعیین کنید.
- پرینتر سه بعدی تنظیم شده است. نیازمندی‌های هر دستگاه برای تنظیم متفاوت است. به‌عنوان مثال: پر کردن مجدد پلیمرها، اتصال دهنده‌ها و دیگر مواد مصرفی چاپگر.
- دستگاه را روشن کنید و منتظر بمانید تا چاپ کامل شود. در حین چاپ، دستگاه باید به طور مداوم بررسی شود تا از بروز هرگونه خطا جلوگیری گردد.
- شی پرینت شده را از دستگاه خارج کنید.
- مرحله‌ی آخر، مرحله‌ی پردازش است. بسیاری از انواع پرینترهای سه بعدی به پردازش نیاز دارند. مانند: خارج ساختن اضافه‌ی پودر و شستن شی چاپ شده برای از بین بردن ساپورت‌های محلول در آب. شی نهایی ممکن است نیاز به پخت داشته باشد.
بهترین نرم‌افزارهای چاپ سه بعدی
نرم‌افزارهای متفاوت CAD، از فایل‌هایی با فرمت‌های مختلف استفاده می‌کنند. رایج‌ترین آن‌ها عبارت است از:
- STL: فرمت خواندن فایل سه بعدی که معمولا فقط یک نوع رنگ را کنترل می‌کند. بیشتر چاپگرهای سه بعدی دسکتاپ از این فرمت استفاده می‌کنند.
- VRML: فرمت جدیدی برای فایل است. معمولا برای چاپگرهایی با بیش از یک اکسترودر استفاده می‌شوند که می‌تواند مدل چند رنگ ایجاد کند.
- AMF: این نوع فایل می‌تواند از چندین رنگ پشتیبانی کند.
- GCode: فایل دیگری‌ست که می‌تواند دستورالعمل‌های دقیق چاپگر سه بعدی را به همراه داشته باشد.
- Other formats: سایر تولیدکنندگان چاپگرهای سه بعدی، فرمت‌های اختصاصی خاص خود را دارند.
مزایای استفاده از پرینت سه بعدی چیست؟
علاوه بر همه‌ی مواردی که تا اینجا در مورد پرینترهای سه بعدی گفتیم، فرآیند چاپ سه بعدی مزایای متنوعی بر فرآیندهای تولید سنتی مانند قالب تزریق و فرز CNC دارد. بر خلاف فرزکاری CNC که یک فرآیند ساخت کاهشی‌ست، چاپ سه بعدی، یک فرآیند ساخت افزایشی‌ست. در پرینت سه بعدی مواد یه‌تدریج از یک بلوک جامد خارج می‌شوند و به صورت لایه لایه روی هم انباشته می‌شوند.
مثال دیگر از فرآیند تولید سنتی، قالب تزریق است که مناسب برای ساخت اشیا با حجم بالاست. علاوه بر اینکه می‌توان از آن برای تولید نمونه‌های اولیه استفاده کرد، قالب تزریق برای تولید در مقیاس انبوه هم کاربرد دارد. با این حال برای تولید در مقیاس محدود و نمونه‌سازی اولیه، این تکنولوژی گزینه‌ی مناسب‌تری است.
تولید سفارشی و مقرون به صرفه‌ی هندسه‌های پیچیده
این فناوری امکان تولید آسان قطعات هندسی پیچیده را بدون هزینه‌ی اضافی فراهم می‌کند. در برخی موارد حتی چاپ سه بعدی ارزان‌تر از روش‌های دیگر تولید هم هست. زیرا اتلاف موادی در آن وجود ندارد.
هزینه‌ی راه‌اندازی پایین
از آنجا که برای انجام این فرآیند به هیچ‌گونه قالبی نیاز نیست، هزینه‌ی مربوط به فرآیند تولید نسبتا کم است.
دارای قابلیت تنظیم
این فرآیند بر اساس طرح‌های کامپیوتری CAD انجام می‌شود. هرگونه تغییر در طرح اولیه، به راحتی و بدون هیچ‌گونه هزینه‌ی اضافی مقدور است.
امکان ایجاد قطعات با ویژگی‌های خاص
تولید قطعات با مقاومت حرارتی، آب‌گریزی یا استحکام بالا با این اسکنر به راحتی فراهم است.
تسریع فرآیند تولید
اگرچه در برخی مواقع با سرعت کمتری عمل می‌کند، اما در حالت کلی سریع‌تر از فرآیندهای تولید معمول مانند ساخت کاهشی و قالب تزریق است.
امکان دسترسی و یادگیری آسان
چاپ سه بعدی حدودا از سال 2010 گسترش یافته و چندین دهه است که بر سر زبان‌هاست. طیف گسترده‌ای از چاپگرها و نرم‌افزارهای مرتبط با آن موجود است که دسترسی و یادگیری آن را تقریبا برای همه امکان پذیر ساخته است.
طراحی عالی و تست محصول نهایی
چاپ سه بعدی در واقع فرصتی‌ست برای طراحی آن‌چه در ذهنمان است و نیز امکان آزمایش مدل‌ها فراهم می‌سازد.
معایب استفاده از چاپ سه بعدی چیست؟
استحکام کمتر نسبت به ساخت سنتی
اگرچه برخی از قطعات مانند قطعات ساخته شده از فلز، خواص مکانیکی عالی دارند اما برخی دیگر بسیار شکننده هستند. دلیل آن هم لایه‌لایه بودن قطعات است که موجب می‌شود تا ۱۰ تا ۵۰ درصد استحکام مواد کاهش یابد.
افزایش هزینه در حجم بالا
تولید در مقیاس بزرگ با چاپ سه بعدی معمولا پرهزینه است.
محدودیت در دقت
دقت قطعه چاپ شده به نوع دستگاه و تکنولوژی آن مرتبط است. برخی از چاپگرهای رومیزی دقت پایین‌تری نسبت به سایرین دارند. به این ترتیب قطعات نهایی کمی با طرح مورد نظر متفاوت است. البته با در نظر گرفتن این نکته قطعات چاپ شده همیشه قرار نیست دقیق باشند اما در بسیاری از موارد این معایب با فرآیندهای پس از پردازش برطرف می‌شوند.
نیاز به فرآیندهای پس از پردازش
اکثر قطعاتی که به این روش تولید می‌شوند به نوعی نیاز به فرآیند پس از پردازش دارند. سنباده زدن، صاف کردن، حذف پایه‌های نگهدارنده و … اجازه می‌دهد تا مواد به شکل تعیین شده ساخته و پرداخته شوند.
چه صنایعی از پرینت سه بعدی استفاده می‌کنند؟
- پرینت سه بعدی در صنعت غذا
- پرینت سه بعدی در صنعت ساخت و ساز
- پرینت سه بعدی در اعضای بدن و اندام مصنوعی
- پرینت سه بعدی در حوزه مراقبت‌های بهداشتی
- پرینت سه بعدی در صنعت هوافضا
- پرینت سه بعدی در صنعت خودروسازی
- پرینت سه بعدی در طراحی محصول
- پرینت سه بعدی در آموزش و پرورش
- پرینت سه بعدی در جواهرسازی
امروزه از این فناوری برای چاپ هر چیز از ماشین‌های کاملا کاربردی گرفته تا شام شب می‌توان بهره جست. این ویدیورا تماشا کنید تا ببینید که چگونه آینده در دستان این فناوری قرار می‌گیرد.
با یک پرینتر سه بعدی چه چیزهایی می‌توان ساخت؟
چاپگرهای سه بعدی تقریبا هر چیزی که فکرش را بکنید می‌سازند. و تنها بوسیله‌‌ی نوع جوهرهای مورد استفاده و اندازه‌شان، محدود می‌شوند. برای چاپ اشیای بسیار بزرگ مثل یک خانه یا می‌توانید قطعات آن‌را جداگانه چاپ کنید یا اینکه از یک پرینتر سه بعدی بسیار بزرگ استفاده کنید. برخی از نمونه‌های جالب اشیا چاپ شده با پرینترهای سه بعدی به قرار زیر است:
- اندام‌های پروتزی و سایر اعضای بدن
- خانه‌ها و دیگر ساختمان‌ها
- غذا
- دارو
- سلاح گرم
- محصولات شیشه‌ای
- اشیا اکریلیک
- لوازم جانبی فیلم
- آلات موسیقی
- لباس
- مدل‌ها و دستگاه‌های پزشکی
- و … که البته محدود به این‌ها نمی‌شود.
✅ پرسش‌های متداول پیرامون پرینت سه بعدی و نحوه‌ی کار آن ✅
✅ پرینت سه بعدی چیست؟
✔ پرینت سه بعدی یا ساخت افزایشی فرآیندی است که در آن اجسام سه بعدی از یک فایل دیجیتال ساخته می‌شوند. ساخت افزایشی در واقع قرارگیری لایههای متوالی از مواد روی هم است تا زمانی که شی نهایی ایجاد شود.
✅ مراحل انجام چاپ سه بعدی چیست؟
✔ به طور کلی فرآیند پرینت سه بعدی در ۷ مرحله‌ی زیر انجام می‌شود:
- ابتدا باید یک مدل سه بعدی با استفاده از نرم‌افزار CAD تهیه کنید.
- مدل طراحی‌شده را به قالب استاندارد STL یا «standard tessellation language» تبدیل کنید. بیشتر پرینترهای سه بعدی علاوه بر فایل‌های ZPR و ObjDF از فایل‌های STL نیز استفاده می‌کنند.
- سپس فایل STL را به کامپیوتری که پرینتر سه بعدی را کنترل می‌کند بفرستید. بعد از آن اندازه و جهت چاپ را تعیین کنید.
- پرینتر سه بعدی تنظیم شده است. نیازمندی‌های هر دستگاه برای تنظیم متفاوت است. به‌عنوان مثال: پر کردن مجدد پلیمرها، اتصال دهنده‌ها و دیگر مواد مصرفی چاپگر.
- دستگاه را روشن کنید و منتظر بمانید تا چاپ کامل شود. در حین چاپ، دستگاه باید به طور مداوم بررسی شود تا از بروز هرگونه خطا جلوگیری گردد.
- شی پرینت شده را از دستگاه خارج کنید.
- مرحله‌ی آخر، مرحله‌ی پردازش است. بسیاری از انواع پرینترهای سه بعدی به پردازش نیاز دارند. مانند: خارج ساختن اضافه‌ی پودر و شستن شی چاپ شده برای از بین بردن ساپورت‌های محلول در آب. شی نهایی ممکن است نیاز به پخت داشته باشد.
✅ بهترین نرم‌افزارهای چاپ سه بعدی چیست؟
✔ نرم‌افزارهای متفاوت CAD، از فایل‌هایی با فرمت‌های مختلف استفاده می‌کنند. رایج‌ترین آن‌ها عبارت است از:
- STL: فرمت خواندن فایل سه بعدی که معمولا فقط یک نوع رنگ را کنترل می‌کند. بیشتر چاپگرهای سه بعدی دسکتاپ از این فرمت استفاده می‌کنند.
- VRML: فرمت جدیدی برای فایل است. معمولا برای چاپگرهایی با بیش از یک اکسترودر استفاده می‌شوند که می‌تواند مدل چند رنگ ایجاد کند.
- AMF: این نوع فایل می‌تواند از چندین رنگ پشتیبانی کند.
- GCode: فایل دیگری‌ست که می‌تواند دستورالعمل‌های دقیق چاپگر سه بعدی را به همراه داشته باشد.
- Other formats: سایر تولیدکنندگان چاپگرهای سه بعدی، فرمت‌های اختصاصی خاص خود را دارند.
✅ مزایای استفاده از پرینت سه بعدی چیست؟
✔ تولید سفارشی و مقرون به‌صرفه‌ی هندسه‌های پیچیده ـ هزینه‌ی راه‌اندازی پایین ـ دارای قابلیت تنظیم ـ امکان ایجاد قطعات با ویژگی‌های خاص ـ تسریع فرآیند تولید ـ امکان دسترسی و یادگیری آسان ـ طراحی عالی و تست محصول نهایی
✅ معایب استفاده از پرینت سه بعدی چیست؟
✔ استحکام کمتر نسبت به ساخت سنتی ـ افزایش هزینه در حجم بالا ـ محدودیت در دقت ـ نیاز به فرآیندهای پس از پردازش
✅ پرینت سه بعدی در چه صنایعی بیشترین کاربرد را دارد؟
✔ صنعت غذا ، ساخت و ساز، ساخت اعضای بدن و اندام مصنوعی، حوزه مراقبت‌های بهداشتی، صنعت هوافضا، صنعت خودروسازی، طراحی محصول، حوزه‌ی آموزش و پرورش، صنعت جواهرسازی و … از جمله صنایعی هستند که پرینت سه بعدی در آن‌ها بیشترین کاربرد را دارد.