معرفی چاپگر سه بعدی و کاربرد های ان در ایران

پرینت سه بعدی، دستگاه چاپ سه بعدی رومیزی، نمونه سازی سریع، ساخت لایه افزایشی، ساخت دیجیتالی اجسام، … این ها همگی اصطلاحات مختلف و گیج کننده یک فناوری نوظهور می باشند که زیاد با آن ها در اینترنت و گزارشات رسانه رو به رو می شویم. تمام گیک های دنیای فناوری، مهندسان، معماران، مخترعین و طراحان درباره فناوری پیچیده پرینتر سه بعدی صحبت می نمایند و حتی از آن تحت عنوان یک انقلاب صنعتی جدید یاد می گردد. پرینترهای سه بعدی واقعا چه چیزی هستند؟

تعریف پرینتر سه بعدی

پرینت سه بعدی می تواند بدین صورت تعریف شود: “فرآیند ساخت فیزیکی یک شی سه بعدی از یک فایل دیجیتال بوسیله دستگاهی که با استفاده از یک متریال، لایه هایی را در مختصات سه بعدی با دقت در کنار قرار میدهد تا ساخت یک شی تکمیل شود”.

تولید اجسام در پرینت سه بعدی به شکل لایه گذاری میکرونی انجام می گیرد؛ این روش برتری و معایب خاص خود را نسبت به راه های تولید سنتی مانند ماشینکاری CNC دارد.

فکر نکنید که چاپگر سه بعدی جایگزینی قطعی علیه روش های تولید سنتی می باشد! خیر، بلکه تحت عنوان ابزار مکمل و تکمیل کننده فرآیند ساخت راه های سنتی آمده و هزینه ها را کم خواهد کرد. این تکنولوژی در زمینه های کاربردی زیادی قادر است قطعاتی را با سرعت و دقت بالا تولید نماید.

درک درست مزایای پرینتر سه بعدی سبب می شود که طراحان در انتخاب فرآیند تولید تصمیم بهتری بگیرند و همچنین محصولی بهینه عرضه نمایند.

با داشتن یک چاپگر سه بعدی رومیزی در منزل می توانید چنین اسباب بازیهای جالبی را به کمک مواد پلاستیک رنگین کمانی پرینت نمایید! فناوری پرینتر سه بعدی به چهار دسته کلی بر اساس مواد مصرفی تقسیم بندی می گردد:

پرینتر سه بعدی متریال فیلامنت (ترموپلاستیک) FDM: fused deposition modeling یا FFF: fused filament fabrication:  مواد مرسوم ترموپلاستیک بوده که فیلامنت نامیده می شود و از طریق ذوب آن، لایه های یک جسم روی هم گذاشته می شود تا در شی تکمیل شود.

پرینتر سه بعدی مواد رزین (مایع حساس به نور) با سه نوع تابنده شامل LCD: Liquid Crystal Display DLP: digital light processing یا SLA : laser- stereolithography: که انواع رزین ها را با استفاده از تابش نور یا لیزر به جسم تبدیل می نماید.

– نوع عمومی تر پلتفرم دسکتاپ ADAM : Metal Desktop 3D Printer:

که مواد فیلامنت کامپوزیتی حاوی ۹۰ درصد فولاد و مابقی ماده چسباننده را مصرف می نماید (قطعه به روش FDM چاپ خام یا Green میگردد) و سپس با حرارت در روش فلزکاری سنتی پرداخت نهایی می گردد.

پرینترهای سه بعدی متریال پودر پلیمر مثل فناوری SLS

مواد فیلامنت که نوعی ترموپلاستیک است، برای چاپگرهای سه بعدی تزریق نازل FDM/FFF مورد استفاده قرار می گیرد. فیلامنت نوعی رشته رول ترموپلاستیک بوده و در داخل پرینتر سه بعدی ذوب می شود و به شکل قطرات کوچکی از نازل خارج می گردد و لایه ها در دقت میکرون فرم می دهد؛ لایه به لایه، فیلامت روی هم گذاشته می شود و در کمال شگفتی جسم مقابل دیدگان شما تکمیل خواهد شد. از چاپگرهای FDM به منظور ساخت قطعات صنعتی، مجسمه و … در اندازه های متوسط تا بزرگ استفاده می شود (این روش پرینت دقت سطح قابل قبولی میدهد ولی کیفیت آن همانند فناوریهای سنتی مثل تزربق پلاستیک نیست.)

مواد رزین برای چاپگرهای سه بعدی نوری (لیزری) به کار می رود. Resin مایع بوده و با تابش تابنده نوری یا لیزری سخت شده و جسم شکل می گیرد نیز برای قطعات کوچک با دقت بسیار بالا مانند قالب سازی جواهر یا ایمپلمنت های دندانی به کار می روند. از چاپگر سه بعدی رزینی می توان در صنعت پزشکی و دندانسازی استفاده نمود؛ به عنوان مثال برای تولید سفارشی قالب پروتز و ایمپلنت و لوازم دیگر که اندازه بسیار کوچکی دارند و باید بسیار دقیق باشند. نکته: بر خلاف دستگاه های ماشین کاری مرسوم مثل برشکارها، تراش دهنده ها و حفارها که اصطلاحا فرآیندی کاهش دهنده هستند، پرینت سه بعدی تکنیکی را استفاده می کند که عملی افزایشی به حساب می آید یعنی همان فرآیند ساخت لایه به لایه افزایشی: یک جسم جامد به تدریج از روی هم قرار گرفتن لایه های افقی میکرونی تولید می گردد. یکی از نکات مثبت تولید افزایشی ۳D Printing  نسبت به روش های تولید سنتی، سرعت تولید قطعات می باشد. در این روش میتوان طراحی های پیچیده را از طریق یک برنامه CAD بارگذاری و در عرض چند ساعت پرینت نمود. این مزیت سبب می شود که توسعه ایده های طراحی سرعت بیشتری داشته باشد (قبلا به منظور دریافت یک قطعه کانسپت پیش از فرآیند قالبسازی باید چند روز یا حتی چند هفته صبر می کردید؛ اما در روش تولید افزایشی فقط در عرض چند ساعت قطعه کانسپت را تحویل می گیرد که سبب صرفه جویی در هزینه ها، زمان می شود.)

با توجه به تحریم های سنگین علیه کشور و مشکلات واردسازی قطعات، وقتی یک قطعه ضروری در ماشین آلات معیوب می شود امکان خرید قطعه سالم و جدید جایگزین را نخواهید داشت؛ چرا که بسیار گران خواهد بود یا اصلا سازنده به ایران خدماتی نمی دهد. درنتیجه تنها راهکار مهندسی معکوس می باشد؛ به عنوان مثال قطعه معیوب اسکن سه بعدی و مدلسازی شود و سپس با پرینتر سه بعدی ساخته گردد.

در روش های سنتی به منظور تولید یک قطعه انجام چند مرحله تولید ضرورت دارد و این مراحل (مخصوصا مرحله مدلسازی سه بعدی) در کیفیت قطعه اثر می گذارد. دستگاه های تولید افزایشی فرآیند ساخت را در یک مرحله و بدون فرآیند دست انجام می دهند. یعنی به محض آماده شدن فایل  CAD، آن را بارگذاری می نمایند و دستگاه در یک مرحله آن را پرینت می کند؛ این مزیت سبب می شود که از خطاهای احتمالی در فرآیند قالبسازی پیشگیری شود؛ چرا که می توان سریع و ارزان چند قطعه کانسپت فیزیکی داشت تا طراحی سه بعدی به دقت بررسی و تایید نهایی گردد و سپس عملیات قالبسازی برای تولید انبوه انجام شود.

قابلیت تولید تک مرحله ای همچنین سبب می شود تا وابستگی به مراحلی مثل ماشینکاری، جوشکاری و رنگ آمیزی کاهش پیدا نماید و طراح بتواند روی محصول نهایی کنترل بیشتری داشته باشد (البته قطعات پرینت شده نیز قابلیت پرداخت و رنگ را دارند.)

هزینه های تولید با پرینتر سه بعدی را می توان به سه گروه طبقه بندی نمود: هزینه های کارکرد دستگاه، هزینه مواد و هزینه نیروی کار. در سری سازی های کوچک قطعات یا ساخت قطعه کانسپت مرتبط با تولید انبوه، هزینه های تولید افزایشی منطقی و ارزان خواهند بود.

هزینه تولید افزایشی و تولید سنتی در حجم کوچک بسیار متفاوت است؛ فرآیندهای ساخت سنتی مانند قالب تزریقی تنها در تعداد انبوه اقتصادی می گردند در صورتی که اگر یک قطعه ابتکاری دارید و می خواهید با هزینه و زمان کمتری از آن یک سری سازی کوچک و دقیق داشته باشید، بهترین کار تولید آن با پرینتر سه بعدی می باشد.

ساخت یک نمونه معیوب قالبسازی می تواند برای طراح هزینه های مالی و زمانی داشته باشد. حتی کوچکترین تغییرات در روش های سنتی می تواند تاثیر زیادی در هزینه ها به وجود آورد.

در راه های تولید کاهشی مانند فرزکاری CNC یا تراشکاری، مقدار زیادی مواد از یک بلوک اولیه حذف می شود تا جسم اصلی ساخته شود و این سبب هدر رفتن این مواد خواهد شد. روش های تولید افزایشی عموما فقط از موادی که به منظور ساخت قطعه لازم است استفاده می کنند. در بیشتر فرآیندها از مواد خام استفاده می شود تا بتوان آن را دوباره بازیافت کرد و در تولید مجدد از آن بهره گرفت. در نهایت، فرآیند تولید افزایشی مواد کمتری را هدر می دهد.

محدودیت هایی که در تولیدهای سنتی وجود دارند بیشتر در تولید افزایشی مسئله ساز نیستند. از آنجا که ساخت جسم به شکل لایه به لایه انجام می شود طرح زاویه ها، برش های زیرین و عدم دسترسی به ابزار مشکل ساز نخواهند شد. در پرینت سه بعدی دست طراحان کاملا باز است و می توانند هندسه های پیچیده را حتی در حالت مونتاژ نهایی طراحی و پرینت نمایند.

پرینت سه بعدی نه فقط دست طراحان را باز می گذارد؛ بلکه امکان تغییر و اصلاح در طراحی را فراهم می آورد. از آن جا که تکنولوژیهای تولید افزایشی در ساخت قطعات به شکل اسمبل شده بهتر عمل می کنند، به منظور تولید محصولات کانسپت با سری سازی کم مناسب باشند.