031 - 910 - 100 - 30     031 - 3202     021 - 910 - 100 - 30

پرينتر سه بعدي و انواع آن
چهارشنبه 22 بهمن 1399 بازدید : 124

 

پرینتر سه بعدی

 

 پرینت سه بعدی همان پرینت دو بعدی است که دفعات متعددی تکرار می‌شود. در پرینت روی کاغذ، پرینتر تنها یک لایه دو بعدی از حروف و کلمات را روی کاغذ می‌نشاند اما در این روش لایه‌های متعددی را روی هم می‌نشاند تا به شکل مورد نظر با ضخامت مورد نظر دست پیدا کنند. درست مثل چیدن دیوار آجری. امروزه حدود ۲۵ تکنیک برای پرینت سه بعدی در دنیا وجود دارد که بعضی از آنها تجاری شده اند و میتوان گفت حدود ۱۰ مورد از آنها در بازار و و صنعت قطعه­ سازی و نمونه سازی به صورت رایج وجود دارد.

پرینت سه بعدی (با عنوان علمی ساخت افزایشی) به مجموعه ای از فناوری های ساخت گفته می‌شود که برای تولید قطعات نهایی بر اساس یک فایل سه بعدی کامپیوتری (CAD) و تکنولوژی دستگاه که در آن یک نازل، مواد چسبنده یا رزین را روی پودرها به صورت لایه لایه، انجام میپذیرد. این روش‌های ساخت افزایشی در نقطه مقابل روش های سنتی ساخت و تولید یعنی روش های جابجایی و کاهشی قرار می‌گیرند، از این جهت که در روش پرینت سه بعدی از ابزار برای تولید قطعه استفاده نمی‌شود.

 

نخستین کاربرد تولید افزایشی در اتاق ابزار طیف تولید بوده است. به عنوان مثال، نمونه سازی سریع یکی از اولین کاربردهای ساخت افزایشی بوده است و هدف از آن کاهش زمان و هزینه اولیه ساخت نمونه های جدید قطعات و دستگاه ها بوده است، که قبلا تنها با روش های ساخت کاهشی از قبیل فرزکاری CNC و سنگ زنی با دقت بسیار بیشتر از پرینت ۳ بعدی و ایجاد قطعاتی با کیفیت بهتر و سریعتر اما گاهی اوقات برای نمونه سازی با  دقت پایین قطعات بیش از حد پر هزینه است. با پیشرفت های فنی در تولید افزایشی و انتشار این پیشرفت ها در دنیای کسب و کار، روش های افزایشی در حال تبدیل شدن به روش های خلاقانه و گاه غیر منتظره درتولید هستند. این فناوری ارزشمند در ابتدا، به دلیل قیمت بالا و فرایندهای پیچیده‌ای که با خود به همراه داشت، تنها در انحصار گروه کوچکی از تولید کنندگان بزرگ صنعتی علاقه‌مند قرار داشت. اما امروزه، با کاهش بها و افزایش میزان دسترسی افراد، حتی تا سطح مصرف‌کنندگان شخصی و خانگی، چاپ سه‌بعدی این زمان را به لحظه‌ای تاریخی و عمیق در تاریخ صنعت بدل کرده و ابعاد این پدیده، هنوز حتی برای خود صنعت‌گران بزرگ و مراکز تحقیقاتی عظیم، مشخص و قابل پیش‌بینی نیست.

 

  از ساخت ابزارآلات ساده‌ی روزمره گرفته، تا تولید اعضای بدن انسان یا استفاده در صنایع فضایی‌، می‌توان روی چاپگرهای سه بعدی حساب کرد. برای توضیح بهتر نحوه کار پرینترهای سه بعدی شاید بد نباشد که این تکنولوژی را به چیدن آجر برای ساختن خانه تشبیه کنیم. اگر فرایند چیدن دیوارهای آجری را دیده باشید، می‌دانید که کارگران به صورت لایه به لایه آجرها را می‌چینند، روی آن یک مخلوطی می‌ریزند و دوباره روی آن مخلوط سیمانی هم آجر می‌چینند و این کار تا وقتی ادامه پیدا می‌کند که دیوار مورد نظر با شکل و ارتفاع مورد نظر ساخته شود. تکنولوژی پرینت سه بعدی هم به همین شکل کار می‌کند. مواد لایه به لایه روی هم چیده می‌شوند و با روش‌های مختلف سفت می‌شوند و استحکام مناسب را پیدا می‌کنند. فرایند گذاشتن لایه‌های مواد و جامد کردن توسط یک نازل انجام می‌شود.گاهی مواد پلاستیکی ذوب می‌شوند و توسط نازل روی هم قرار می‌گیرند که به آن روش FDM می­گویند، گاهی مواد مایع یا پودرهای جامد لایه به لایه چیده می‌شوند و توسط نور ماورا بنفش یا لیزر یا با پاشیدن مواد چسبنده شکل لایه مورد نظر ساخته می‌شود که روش‌های SLS، SLM، SLA، DLP، و Binder jet در این دسته قرار می‌گیرد و روش‌های دیگر هم کم و بیش همینطور کار می‌کنند.

 

 

 

 

2-  تاریخچه

 

 

کاربردهای فناوری های ساخت افزایشی از دهه ۱۹۸۰ در زمینه توسعه محصول، مصور سازی اطلاعات، نمونه سازی سریع و تولید تخصصی آغاز شد و تا دهه های اخیر در حال توسعه است. زمانی که برای نخستین بار، اولین مواد و تجهیزات مناسب برای چاپ سه بعدی مهیا شد. واضح است که آن موقع، هیچ چیز به سادگی امروز نبود و علاوه بر قیمت بسیار بالای قطعات و مواد اولیه، تخصص بسیار زیادی برای مدل‌سازی و تولید یک شئ ساده مورد نیاز بود. در آن زمان، آقای چاک هالک از «صنایع سامانه‌های سه بعدی»، موفق به ساخت نوعی ماشین (که آن روزها به ماشین‌های تولید افزایشی یا AM شهرت داشتند) شد که از فرایند جدیدی به نام اِستریولیتوگرافی بهره می‌بُرد. در این روش، با تاباندن لیزرهای فرابنفش (UV) به مواد فوتوپولیمر (نوعی درشت مولکول که در اثر تابش نور یا پرتوهای فرابنفش، تغییر ماهیت می‌دهد)، موجب تغییر شکل آن‌ها و به وجود آوردن اشکال هندسی پیچیده می‌شدند. به این صورت که لایه‌هایی از مواد جامد، یکی پس از دیگری بر روی هم قرار می‌گرفتند و یک مقطع عرضی مشخص را به وجود می‌آوردند. بر اثر تابش لیزر، مواد به سرعت برش خورده، ذوب شده و لایه‌ها به یکدیگر اتصال می‌یافتند. با ادامه‌ی کار، محصول نهایی به دست می‌آمد. او همچنین فرمت STL را به عنوان فرمت مرجع نرم افزارهای کامپیوتری طراحی مخصوص چاپگرهای سه‌بعدی معرفی کرد. نقش تولید صنعتی در صنایع فلزکاری برای اولین بار در اوایل سال ۲۰۱۰ به مقادیر قابل توجهی رسید. از آغاز قرن بیست و یکم، فروش ماشین آلات تولید افزایشی بسیار افزایش پیدا کرده و قیمت آنها به شدت کاهش یافته است. طبق گفته یک مشاور به نام  Wohler’s Associates،  بازار پرینترهای ۳ بعدی و خدمات آن ها در سال ۲۰۱۲ به ارزش ۲،۲ میلیارد دلار و ۲۹ درصد نسبت به سال ۲۰۱۱ افزایش یافته است. پرینت ۳ بعدی به علت توانایی آن در ساخت هندسه های سفارشی و منحصر بفرد برای استفاده در آزمایشگاه های تحقیقاتی بسیار مفید است. در سال ۲۰۱۲ پژوهشی در دانشگاه گلاسکو انگلستان نشان داد که امکان استفاده از تکنیک های پرینت ۳ بعدی برای کمک به تولید ترکیبات شیمیایی امکان پذیر است. آنها ابتدا لوله واکنش شیمیایی را چاپ کردند، سپس از پرینتر ۳ بعدی برای تزریق واکنش دهنده ها روی آن استفاده کردند. آنها ترکیبات جدیدی را برای اعتبارسنجی فرآیند تولید کرده اند. در دهه 90 میلادی، شرکت (Stratasys)، روش‌هایی چون برش یا ذوب مواد (اغلب پلاستیکی) را ابداع کرد. پنج سال بعد، کمپانی (Z Corporation)، تولید افزایشی را بر اساس یک نام تجاری پیشنهاد شده از سوی موسسه فناوری ماساچوست، چاپ سه بعدی3D Printing)  یا 3DP) نامید.

 

 

 انواع مواد مصرفی پرینترهای سه بعدی

 

 

در دنیای پرینترهای سه بعدی، مواد اولیه به صورت روزانه جدید شده و به بازار می آیند که هرکدام مصرف و کاربردی خاص دارند.در این لیست تنها پرکاربردترین و شناخته شده ترین فیلامنت ها معرفی شدند و میتوان گفت بقیه فیلامنت ها بر پایه همین فیلامنت ها و بخصوص ABS و PLA ساخته میشوند.

 

در زیر به تعدادی از مواد اولیه اشاره می شود که مصارف خاصی را برای خود ایجاد کرده اند:

 

فیلامنت PLA
فیلامنت ABS
فیلامنت LAYWOOD
فیلامنت HIPS
فیلامنت PVA
فیلامنت PETG
فیلامنت POM
فیلامنت PC ی پلی کربنات بسیار مقاوم در برابر فشار و حرارت
فیلامنت ABS رسانا
فیلامنت ABS و PLA شبرنگ
فیلامنت PLA مس
فیلامنت PLA برنز
فیلامنت PLA آهن
و بسیاری از مواد مصرفی دیگر که روز به روز به بازار ارئه می شوند

 

 


کاربرد ها

 

پرینتر 3 بعدی در شاخه های مختلف از جمله معماری، ساخت و ساز (AEC)، طراحی صنعتی، خودرو سازی، هوا فضا، صنایع نظامی، مهندسی، دندانپزشکی، صنایع پزشکی، بیوتکنولوژی (جایگزینی بافت انسانی)، مد، کفش، جواهرات، عینک، آموزش، سیستم های اطلاعات جغرافیایی، غذا که مهمترین آنها را بررسی خواهیم کرد.

 

 

 

 

 

 

صنعت هوافضا 

 

به دلیل اینکه در صنایع هوافضا نیاز به نمونه سازی و تولید قطعات به صورت تک ساخت و با تیراژ پایین وجود دارد، فناوری پرینت سه بعدی در این صنعت جایگاه ویژه ای یافته است. همچنین در صنعت هوافضا بیشتر از تکنیک پرینت سه بعدی SLS برای تولید قطعات پلیمری و فلزی استفاده می شود. امروزه شرکت های هوافضایی بزرگی مانند بوئینگ، جنرال الکتریک، راکت داین، ایرباس و همچنین سازمان فضایی امریکا (ناسا)، از خدمات پرینت سه بعدی برای تولید قطعات هوافضایی بهره می برند. یکی از پروژه هایی که نشان از تمرکز زیاد سازمان های هوافضایی بزرگ دنیا بر روی فناوری پرینت سه بعدی دارد، پروژه ای تحت عنوان “ساخت فضا” یا همان Made in Space  می باشد. این پروژه در سال ۲۰۱۴ در سازمان فضایی آمریکا مطرح گردید و منجر به پرتاپ یک پرینتر سه بعدی به فضا در سال ۲۰۱۶شد. در این پروژه هدف تولید یک دستگاه پرینتر سه بعدی بود که بتواند در شرایط “جاذبه صفر”، به تولید قطعات بپردازد و این مزیت را در بر داشت که باعث می شود فضانوردان ایستگاه فضایی بین المللی بتوانند برخی تجهیزات مورد نیاز خود را در فضا تولید کنند و لذا لازم نیست برای یک ابزار مورد نیاز خود منتظر ارسال آن از زمین باشند.

 

 

 

 

 

 

کالاهای مصرفی

 

بیشترین کاربرد خدمات پرینت سه بعدی امروز در تولید کالاهای مصرفی است. کالاهای مصرفی شامل بسته بندی ها، لوازم منزل و آشپزخانه، لوازم بهداشتی، لوازم شخصی، لوازم اداری و پوشاکی مانند کفش می باشند. در همه این صنایع تولیدی امروزه از فناوری پرینت سه بعدی برای تولید قطعات نهایی و نمونه سازی استفاده می شود. مثلا در ایران شرکت پارس خزر بیش از ۱۰ سال است که خود به دستگاه پرینتر سه بعدی SLS مجهز بوده و برای تولید قطعات جدید لوازم منزل از این فناوری استفاده می کند. یا مثال دیگر آن، شرکت نایک است که سری جدیدی از کفش های ورزشی را با استفاده از پرینتر سه بعدی تولید کرده است. این کفش ها امروزه در بازار کشور خودمان نیز موجود هستند.

 

 

 

 

صنایع خودروسازی

 

 در صنعت خودرو به دلیل رقابتی که وجود دارد نیاز است تا خودروسازان هر روز به دنبال معرفی محصولات جدید به بازار باشند تا از رقبای خود عقب نمانند. به همین دلیل نیاز به تحقیق و توسعه و نمونه سازی در صنعت خودرو به شدت وجود دارد. از بدو ورود خدمات پرینت سه بعدی به صنعت خودروسازی، یکی از اصلی ترین کاربرد های این فناوری در نمونه سازی برای تولید قطعات جدید در خودروسازی ها بوده است. نمونه بارز این کاربرد، شرکت BMW می باشد که خود سرمایه گذار اولین نمونه دستگاه پرینتر سه بعدی SLS در آلمان بوده است که توسط شرکت EOS توسعه پیدا کرده است. این گفته خود موسس و مدیر عامل شرکت EOS آلمان، بزرگترین تولید کننده دستگاه های پرینتر سه بعدی SLS در دنیا است که در مصاحبه خود بیان داشته است. همچنین در ایران نیز اگر بنگریم خواهیم دید که شرکت ایران خودرو از اولین استفاده کننده های فناوری خدمات پرینت سه بعدی در ایران بوده است.

 

 

 

 

پزشکی

 

 یکی از زمینه های کاربردی بسیار جذاب فناوری پرینت سه بعدی در فناوری های زیستی و پزشکی است. در این زمینه، در تولید ایمپلنت های بافت های سخت مانند استخوان ، این فناوری امروز تجاری شده است و برخی از شرکت های قوی در دنیا در این زمینه فعالیت می کنند که از جمله آنها می توان به شرکت Biomet و Stryker اشاره کرد. توانایی فناوری پرینت سه بعدی در تولید قطعات به صورت تک باعث شده است تا ایمپلنت های تولید شده با این فناوری همخوانی هندسی دقیقی با بدن بیمار داشته باشد. یکی دیگر از کاربرد ها در زمینه تولید ایمپلنت های جذبی از جنس پلیمرهای زیستی تخریبی پذیر است. همچنین فناوری پرینت ۳ بعدی در زمینه مهندسی بافت و تولید بافت های نرم نیز وارد شده است. از جمله کاربردهای آن می­توان به تولید داربست (scaffold) مهندسی بافت و مبحث جالب پرینتر های سه ­بعدی زیستی اشاره کرد. همچنین فناوری پرینت سه­ بعدی در تولید لوازم پزشکی و کمک جراحی و ابزار و وسایل توان بخشی نیز کاربرد پیدا کرده ­اند. یکی از کاربرد های پرینت ۳ بعدی در پزشکی که امروزه در ایران نیز از آن استفاده می­شود، مدل های پیش جراحی است، این مدل ها برای تشخیص ضایعه در محل جراحی پرینت می شوند. در مواردی که ریسک جراحی بالاست، پزشک نیاز دارد تا بتواند محل ضایعه در داخل بدن بیمار را به صورت سه بعدی ببیند و لمس کند و این مدل ها تا حد بسیار زیادی خطر جراحی را کاهش می دهند.

 

 

    Bayat ghazal

    به اشتراک بگذارید

    دیدگاه

      0