در این مقاله ابتدا، رفرنسهای آموزشی مرتبط با پرینتر سه بعدی را به شما معرفی کرده و سپس به توضیح درباره فناوری 3D Printer میپردازیم.
خرید پرینتر سه بعدی، دستگاه چاپ سه بعدی رومیزی، نمونه سازی سریع، ساخت لایه افزایشی، ساخت دیجیتالی اجسام، … اینها همه اصطلاحات گوناگون و گیج کننده یک فناوری نوظهور هستند که زیاد با آنها در اینترنت و گزارشات رسانه مواجه میشویم. همه گیکهای دنیای فناوری، مهندسان، معماران، مخترعین و طراحان درباره فناوری پیچیده پرینتر سه بعدی صحبت میکنند و حتی از آن بعنوان یک انقلاب صنعتی جدید یاد میشود.
پرینترهای سه بعدی واقعا چه چیزی هستند؟
تعریف پرینتر سه بعدی
پرینت سه بعدی میتواند 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 صورت لایه گذاری میکرونی انجام می شود؛ این روش برتری و معایب خاص خود را نسبت به روشهای تولید سنتی مانند ماشینکاری CNC دارد.
فکر نکنید که چاپگر سه بعدی جایگزینی قطعی علیه روشهای تولید سنتی است! خیر، بلکه بعنوان ابزار مکمل و تکمیل کننده فرآیند ساخت روشهای سنتی آمده و هزینه ها را کاهش خواهد داد. این تکنولوژی در زمینه های کاربردی زیادی قادر است قطعاتی را با سرعت و دقت بالا تولید کند.
درک صحیح مزایای پرینتر سه بعدی باعث می شود که طراحان در انتخاب فرآیند تولید تصمیم بهتری بگیرند و همچنین محصولی بهینه عرضه کنند.
با داشتن یک چاپگر سه بعدی رومیزی در خانه میتوانید چنین اسباب بازیهای جالبی را بکمک متریال پلاستیک رنگین کمانی پرینت کنید!
فناوری پرینتر سه بعدی به چهار دسته کلی بر اساس متریال مصرفی تقسیم بندی میشود:
-
- پرینتر سه بعدی متریال فیلامنت (ترموپلاستیک) : fused deposition modeling یا FFF: fused filament fabrication: متریال مرسوم ترموپلاستیک است که فیلامنت نامیده میشود و از طریق ذوب آن، لایه های یک جسم روی هم گذاشته میشود تا در شی تکمیل گردد.
- پرینتر سه بعدی متریال رزین (مایع حساس به نور) با سه نوع تابنده شامل LCD: Liquid Crystal Display DLP: digital light processing یا SLA : laser- : که انواع رزینها را با استفاده از تابش نور یا لیزر به جسم تبدیل میکند.
- پرینترهای سه بعدی متریال فلزی که دو نوع کلی متریال فلزی را استفاده می کنند:
نوع پلتفرم صنعتی و متریال پودر فلز که با تابش لیزر و دیگر روشها پرداخت میشود شامل فناوریهای:
- (ذوب انتخابی لیزر)
- (ذوب الکترونی فلز)
- (رسوب مستقیم انرژی)
- (پاشش سرد فلز)
نوع عمومی تر پلتفرم دسکتاپ ADAM : Metal Desktop 3D Printer:
که متریال فیلامنت کامپوزیتی حاوی ۹۰ درصد فولاد و مابقی ماده چسباننده را مصرف میکند (قطعه به روش FDM چاپ خام یا Green میگردد) و سپس با حرارت در روش فلزکاری سنتی پرداخت نهایی میشود. | |
متریال (نوعی ترموپلاستیک) برای چاپگرهای سه بعدی تزریق نازل FDM/FFF بکار میرود. فیلامنت نوعی رشته رول ترموپلاستیک بوده و در داخل پرینتر سه بعدی ذوب گشته و به صورت قطرات کوچکی از نازل خارج میگردد و لایه ها در دقت میکرون فرم میدهد؛ لایه به لایه، فیلامت روی هم گذاشته میشود و در کمال شگفتی جسم برابر دیدگان شما تکمیل میشود. از چاپگرهای FDM برای ساخت قطعات صنعتی، مجسمه و … در اندازه های متوسط تا بزرگ استفاده میشود (این روش پرینت دقت سطح قابل قبولی میدهد ولی کیفیت آن همانند فناوریهای سنتی مثل تزربق پلاستیک نیست).
متریال رزین برای چاپگرهای سه بعدی نوری (لیزری) بکار میرود. Resin مایع بوده و با تابش تابنده نوری یا لیزری سخت شده و جسم شکل میگیرد نیز برای قطعات کوچک با دقت بسیار بالا مثل قالبسازی جواهر یا ایمپلمنتهای دندانی کاربرد دارند. از چاپگر سه بعدی رزینی میتوان در صنعت پزشکی و دندانسازی استفاده کرد مثلا 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 ماشینکاری مرسوم همانند برشکارها، تراش دهنده ها و حفارها که اصطلاحا فرآیندی کاهش دهنده هستند، پرینت سه بعدی تکنیکی را استفاده میکند که عملی افزایشی محسوب میشود یعنی همان فرآیند ساخت لایه به لایه افزایشی: یک جسم جامد به تدریج از روی هم قرار گرفتن لایه های افقی میکرونی ساخته میشود.
- یکی از نکات مثبت تولید افزایشی (۳D Printing) نسبت به روشهای تولید سنتی، سرعت تولید قطعات است. در این روش میتوان طراحیهای پیچیده را از طریق یک برنامه CAD بارگذاری و در عرض چند ساعت پرینت کرد. این مزیت باعث می شود که توسعه ایده های طراحی سرعت بیشتری داشته باشد (قبلا برای دریافت یک قطعه کانسپت پیش از فرآیند قالبسازی باید چند روز یا حتی چند هفته صبر می کردید ولی در روش تولید افزایشی تنها در عرض چند ساعت قطعه کانسپت را تحویل میگیرد که باعث صرفه جویی در هزینه ها، زمان میگردد).
با توجه به تحریمهای سنگین علیه کشور و مشکلات واردسازی قطعات، وقتی یک قطعه ضروری در ماشین آلات معیوب میگردد امکان خرید قطعه سالم و جدید جایگزین را ندارید زیرا بسیار گران خواهد بود یا اصلا سازنده به ایران خدماتی نمیدهد. بنابراین تنها راهکار مهندسی معکوس است؛ مثلا قطعه معیوب اسکن سه بعدی و مدلسازی گردد و سپس با پرینتر سه بعدی ساخته شود.
- در روشهای سنتی برای تولید یک قطعه انجام چند مرحله تولید ضروری است و این مراحل (مخصوصا مرحله مدلسازی سه بعدی) در کیفیت قطعه تاثیر می گذارد. دستگاههای تولید افزایشی فرآیند ساخت را در یک مرحله و بدون فرآیند دست انجام می دهند. یعنی به محض آماده شدن فایل CAD، آنرا بارگذاری می کنند و دستگاه در یک مرحله آنرا پرینت می کند؛ این مزیت باعث میشود که از خطاهای احتمالی در فرآیند قالبسازی جلوگیری شود زیرا می توان سریع و ارزان چند قطعه کانسپت فیزیکی داشت تا طراحی سه بعدی بدقت بررسی و تایید نهایی شود و سپس عملیات قالبسازی برای تولید انبوه انجام گردد.
- قابلیت تولید تک مرحله ای همچنین باعث می شود که وابستگی به مراحلی مانند ماشینکاری، جوشکاری و رنگ آمیزی کاهش پیدا کند 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 تقسیم بندی کرد: هزینه های کارکرد دستگاه، هزینه متریال و هزینه نیروی کار: در سری سازیهای 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 مثل قالب تزریقی تنها در تعداد انبوه اقتصادی میشوند در حالیکه اگر یک قطعه ابتکاری دارید و میخواهید با هزینه و زمان کمتری از آن یک سری سازی کوچک و دقیق داشته باشید، بهترین کار تولید آن با پرینتر سه بعدی است.
- 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 ایجاد کند.
- در روشهای تولید کاهشی مانند فرزکاری CNC یا تراشکاری، مقدار زیادی متریال از یک بلوک اولیه حذف میشود تا جسم اصلی ساخته شود و این باعث هدر رفتن این متریال می شود. روشهای تولید افزایشی عموما تنها از متریالی که برای ساخت قطعه لازم است استفاده می کنند. در اکثر فرآیندها از مواد خام استفاده می شود تا بتوان آن را دوباره بازیافت کرد و در تولید مجدد از آن بهره گرفت. در نتیجه، فرآیند تولید افزایشی متریال کمتری را هدر می دهد.
- محدودیت هایی که در تولیدهای سنتی وجود دارند اغلب در تولید افزایشی مسئله ساز نیستند. از آنجا که ساخت جسم به صورت لایه به لایه انجام می شود طرح زاویه ها، برشهای 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 کنند.
- پرینت سه بعدی نه تنها دست طراحان را باز می گذارد بلکه امکان تغییر و اصلاح در طراحی را فراهم می کند. از آنجا که تکنولوژیهای تولید افزایشی در ساخت قطعات به صورت اسمبل شده بهتر عمل می کنند، برای تولید محصولات کانسپت با سری سازی کم مناسب باشند.
با این که تولید افزایشی از دهه ۸۰ میلادی بوجود آمده اما رشد اصلی این تکنولوژی از سال ۲۰۱۰ رخ داده است. این رشد وسیع باعث شد که تعداد بسیار زیادی پرینتر سه بعدی به بازار صنعت وارد شود و دسترسی طراحان به این تکنولوژی به طرز چشمگیری ساده تر شود.
تنها در سال ۲۰۱۵، بیش از ۲۷۸۰۰۰ پرینتر تولید افزایشی با قیمت کمتر از ۵۰۰۰ دلار در جهان به فروش رسید. از آن زمان تا الان برخی از این پرینتر ها فروششان به دوبرابر رسیده است.
تکنولوژی که در ابتدا تنها برای گروهی از صنعتگران قابل دسترسی بود، حالا در طیف وسیعی از صنایع مورد استفاده قرار می گیرد و حتی روشی مقرون به صرفه محسوب می شود. در داخل کشور نیز شرکتهای زیادی تولید چاپگرهای سه بعدی ایرانی را شروع کرده اند.
نظر شما درباره فرآیند چیست؟ آیا فکر میکنید این تکنولوژی در ایران نیز همانند دیگر کشورها، روشهای ساخت را متحول کند؟ با ثبت نظر، دیدگاههای خود را مطرح کنید.