پرینتر سه‌بعدی چیست + کاربردهای پرینتر سه‌بعدی در صنعت
در این مقاله می‌خوایم ببینیم که پرینتر سه‌بعدی چیست و کاربردهاش رو بررسی کنیم. همون‌طور که توی مقاله‌ی پرینتر چیست دیدیم، کار پرینتر تبدیل سند دیجیتال به یک سند فیزیکیه. پرینترهای معمولی (مثل پرینتر جوهرافشان یا لیزری) سندهای فیزیکی تک‌بعدی رو ایجاد می‌کنن، اما پرینترهای سه‌بعدی، سند دیجیتال رو به جسم سه‌بعدی فیزیکی تبدیل می‌کنن. چاپ سه‌بعدی با فرآیندهای لایه‌گذاری مواد و برش دقیق اون‌ها انجام میشه. با پرینترهای سه‌بعدی می‌تونید با مواد کمتری نسبت به روش‌های سنتی، اجسام پیچیده تولید کنید.
پرینتر سه‌بعدی چیست؟
چاپ سه بعدی از طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) برای ساخت اشیای سه‌بعدی با استفاده از طراحی لایه‌ای استفاده می‌کنه. چاپ سه بعدی اغلب به عنوان یک افزونه‌ی تولید شناخته میشه. این نوع چاپ از موادی مثل پلاستیک، کامپوزیت یا مواد زیست محیطی برای ایجاد اشیایی که از لحاظ شکل، اندازه، استحکام و رنگ متفاوته، استفاده می‌کنه.
پرینتر سه‌بعدی چطوری کار می‌کنه؟
همه‌چیز با یک مدل سه بعدی شروع میشه. می‌تونید برای خودتون مدلی ایجاد کنید یا از کتابخونه‌ی سه‌بعدی بارگیری کنید. پرینتر سه بعدی از روش‌های مشابه با پرینتر جوهرافشان -البته به صورت سه‌بعدی- استفاده می‌کنه. توی مقاله‌ی پرینتر جوهرافشان چیست روش کار این پرینترها رو کامل توضیح دادیم. برای ساخت یک شیء سه‌بعدی، یک نرم‌افزار، مواد اولیه برای ساخت و خود پرینتر سه‌بعدی نیازه.
نرم‌افزار سه بعدی
اولین مرحله از فرآیند چاپ سه بعدی، مدل‌سازی سه بعدیه. برای به حداکثر رسوندن دقت، همه‌ی اشیا باید در یک نرم‌افزار مدل‌سازی سه بعدی طراحی بشن. مدل‌سازی با نرم‌افزار سه‌بعدی به پرینترها اجازه میده تا محصول رو با کوچکترین جزئیات چاپ کنن.
این نرم افزار مدل‌سازی سه بعدی به‌ویژه برای صنعتی مثل دندان‌پزشکی که می‌تونه از نرم‌افزار سه‌بعدی برای طراحی دندان متناسب با فرد استفاده کنه، بسیار مهمه. همچنین برای صنعت فضایی که وجود پرینتر سه‌بعدی بسیار حیاتیه، میشه از این نرم‌افزار برای طراحی قسمت‌های مهم موشک‌ها استفاده کرد.
ابزارهای نرم‌افزاری بسیار متنوعی برای کارهای صنعتی و کارهای معمولی در دسترس هستن. اغلب به مبتدیان توصیه می‌کنیم که با نرم‌افزار سه‌بعدی Tinkercad شروع کنن. Tinkercad رایگانه و تحت شبکه کار می‌کنه، پس لازم نیست اون رو توی سیستم خودتون نصب کنید. Tinkercad قابلیت این رو داره که مدل شما رو در قالب یک فایل آماده با فرمت STL یا OBJ به پرینتر ارسال کنه.
اکنون که یک فایل قابل‌چاپ دارید، مرحله‌ی بعدی آماده‌سازی فایل برای چاپگر سه بعدیه. به این اصطلاح اسلایسینگ(Slicing) میگن.
اسلایسینگ: آماده‌سازی فایل قابل چاپ برای چاپگر سه بعدی
بعد از ایجاد مدل، وقت اسلایسینگ مدل هستش. از اونجایی که پرینترهای سه‌بعدی نمی‌تونن مثل انسان مفهوم سه بعدی رو درک کنن، مهندسان برای ایجاد چاپ‌نهایی برای پرینتر باید مدل رو به‌صورت لایه‌ای دربیارن.
نرم افزار اسلایسینگ هر لایه از مدل رو گرفته و به پرینتر نحوه‌ی حرکت برای ایجاد مجدد اون لایه رو میگه. اسلایسرها همچنین به پرینترهای سه بعدی میگن که کجای مدل رو «پر» کنن و کجا رو «خالی» بذارن. پس از اسلایسینگ مدل، نتیجه برای فرآیند چاپ واقعی به چاپگر سه بعدی ارسال میشه.
فرآیند چاپ سه‌بعدی
وقتی مدل‌سازی و اسلایسینگ یک شیء سه‌بعدی تموم شد، دیگه وقتشه که در اختیار چاپگر سه‌بعدی قرار بگیره. پرینتر سه‌بعدی مثل پرینتر جوهرافشان سنتی عمل می‌کنه ولی در سه‌بعد. در اصل در پرینت سه‌بعدی صدها یا هزاران چاپ دو بعدی روی هم قرار می‌گیرن تا یک شی سه بعدی ایجاد بشه.
مواد مورد نیاز پرینتر سه‌بعدی
انواع مختلفی از مواد وجود داره که چاپگر برای بازآفرینی یک شیء، به بهترین وجهی که داره از اون‌ها استفاده می‌کنه. در زیر، چند نمونه از متریال استفاده شده رو ذکر می‌کنیم:
- اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS): نوعی مواد پلاستیکیه که به‌راحتی شکل می‌گیره و شکستنش سخته. این ماده، همون ماده‌ایه که LEGO ازش ساخته شده.
- رشته‌های الیاف کربن: از الیاف کربن برای ایجاد اشیایی استفاده میشه که باید محکم و سبک باشن.
- رشته‌های رسانا: این مواد هنوز در مرحله‌ی آزمایش هستن و می‌تونن برای چاپ مدارهای الکتریکی بدون نیاز به سیم استفاده بشن و ماده‌ی مفیدی برای فناوری پوشیدنیه.
- رشته‌های انعطاف‌پذیر: رشته‌های انعطاف‌پذیر چاپ‌هایی رو تولید می‌کنن که قابلیت خم‌شدن دارن اما در عین حال سخت هستن. از این مواد میشه برای چاپ هر چیزی از ساعت مچی گرفته تا کاور گوشی استفاده کرد.
- رشته‌ی فلزی: رشته‌های فلزی از فلزات ریز آسیاب‌شده و یک چسب پلیمری ساخته میشن. اون‌ها می‌تونن از جنس استیل، برنج، برنز و مس باشن تا ظاهر و احساس واقعی یک شی فلزی رو ایجاد کنن.
- رشته‌ی چوب: این رشته‌ها حاوی پودر چوب ریز آسیاب‌شده و مخلوط چسب پلیمری هستن. خب،مشخصه که این‌ها برای چاپ اشیای به ظاهر چوبی استفاده میشن و بسته به دمای چاپگر می‌تونن مثل چوب روشن یا تیره به نظر برسن.
روند چاپ سه‌بعدی از چند ساعت برای چاپ‌های بسیار ساده، مثل یک جعبه یا یک توپ، تا هفته‌ها برای پروژه‌های دقیق بسیار بزرگ‌تر، مثل یک خونه با اندازه‌ی کامل، طول می‌کشه.
انواع پرینتر سه‌بعدی
بسته به اندازه، جزئیات و دامنه‌ی پروژه، انواع مختلف چاپ سه‌بعدی وجود داره. هر نوع چاپگر نحوه‌ی چاپ متفاوتی داره. مدل‌سازی رسوب ذوب‌شده (FDM) احتمالا پرکاربردترین شکل چاپ سه بعدیه. FDM برای ساخت نمونه‌های اولیه و مدل‌های پلاستیکی خیلی خوبه.
فناوری استریولیتوگرافی (SLA) نوعی چاپ سریعه که برای چاپ با جزئیات پیچیده مناسبه. چاپگر از لیزر ماورابنفش برای ساخت اشیا در عرض چند ساعت استفاده می‌کنه. پردازش نور دیجیتال (DLP) یکی از قدیمی‌ترین اشکال چاپ سه‌بعدیه. DLP از لامپ‌ها برای تولید چاپ با سرعتی بالاتر از چاپ SLA استفاده می‌کنه، زیرا لایه‌ها در چند ثانیه خشک میشن.
صنعت چاپ سه بعدی
بعد از اینکه فهمیدیم پرینتر سه‌بعدی چیه و چطور کار می‌کنه، باید بریم سراغ کاربردها و استفاده از اون. استفاده از چاپ سه‌بعدی جنجالی به پا کرده. بیشتر صنعت‌ها برای ساخت نمونه‌ی اولیه‌ی محصول‌شون به چاپ سه‌بعدی روی آوردن. بیشتر تقاضای فعلی برای چاپ سه بعدی ماهیت صنعتی داره. Acumen Research and Consulting پیش‌بینی کرده که بازار جهانی چاپ سه بعدی تا سال 2026 به 41 میلیارد دلار برسه. فناوری چاپ 3D قراره تقریبا هر صنعت بزرگی رو متحول کنه و شیوه‌ی زندگی، کار و بازی ما رو در آینده تغییر بده.
مثال‌هایی از پرینتر سه بعدی
چاپ سه‌بعدی اشکال مختلفی از فناوری‌ها و مواد رو در بر می‌گیره. این فناوری تقریبا در تمام صنایع در حال استفاده است. مهمه که بدونید بیشتر صنایع متنوع از پرینت سه‌بعدی استفاده می‌کنن. در زیر چند نمونه از این صنایع آورده شده:
– محصولات مصرفی (عینک، کفش، طراحی، مبلمان)
– محصولات صنعتی (ابزار تولید، نمونه‌های اولیه، قطعات کاربردی نهایی)
– محصولات دندان‌پزشکی
– تولید اعضای مصنوعی
– مدل‌های معماری و ماکت‌ها
– بازسازی فسیل‌ها
– تکرار آثار باستانی
– بازسازی شواهد در آسیب‌شناسی پزشکی‌قانونی
نمونه سازی و ساخت سریع
شرکت‌ها از اواخر دهه‌ی هفتاد تاکنون برای ایجاد نمونه‌های اولیه از چاپگرهای سه بعدی استفاده کردن. به استفاده از چاپگرهای سه بعدی برای این منظور نمونه‌سازی سریع گفته میشه.
چرا از چاپگرهای سه بعدی برای نمونه‌سازی سریع استفاده می‌کنیم؟
چون که سریع و نسبتا ارزونه. با پرینتر سه‌بعدی ارائه‌ی نمونه‌ی اولیه تا نمونه‌ای فیزیکی، فقط چند روز طول می‌کشه. با پرینتر سه‌بعدی تکرار نمونه و اصلاح اون برای شما ارزون‌تره.
علاوه بر نمونه‌سازی سریع، از چاپ سه‌بعدی برای تولید سریع نیز استفاده میشه. ساخت سریع روش جدیدی برای تولیده که در اون مشاغل، از چاپگرهای سه‌بعدی برای ساخت سفارشی سریع در دسته‌های کوچیک استفاده می‌کنن.
خودرو
مدت‌هاست که تولیدکنندگان اتومبیل از چاپ سه بعدی استفاده می کنن. شرکت‌های خودروسازی از پرینت سه بعدی برای تولید قطعات یدکی، ابزار و لوازم جانبی استفاده می‌کنن. این شیوه، تولید بر اساس تقاضا رو امکان‌پذیر کرده و منجر به کاهش سطح موجودی و کوتاه‌شدن دوره‌های تولید شده.
علاقه‌مندان به خودرو در سراسر دنیا، از چاپ سه‌بعدی برای بازسازی اتومبیل‌های قدیمی استفاده می‌کنن. یکی از این نمونه‌ها اینه که مهندسان استرالیایی قطعات رو چاپ کردن تا یک Delage Type-C رو دوباره ایجاد کنن. اون‌ها با این کار تونستن قطعاتی رو ایجاد کنن که برای چند دهه از تولید خارج شده بود.
هواپیما
صنعت هواپیمایی از پرینت سه بعدی به روش‌های مختلف استفاده می‌کنه. مثال زیر یک نقطه‌ی عطف مهم در زمینه‌ی چاپ سه بعدیه: GE Aviation برای موتورهای هواپیمای LEAP خود 30000 نازل سوخت کروم کبالت برای چاپ سه‌بعدی داره. این کمپانی در اکتبر 2018 به جایگاه عظیمی دست یافت.
با پرینتر سه‌بعدی، حدود بیست قطعه‌ی منفرد که قبلا باید به هم جوش داده می‌شدند، در قالب یک قطعه‌ی چاپ‌شده‌ی سه بعدی ایجاد میشن که وزن‌شون 25 درصد کمتر و پنج برابر قوی‌تر از قطعه‌ی اصلیه. موتور LEAP به دلیل بهره‌وری بالا بهترین موتور در صنعت هوافضاست. GE با چاپ سه بعدی نازل‌های سوخت 3 میلیون دلار در هر هواپیما صرفه‌جویی می‌کنه. در نتیجه، این قطعه‌ی چاپ‌شده‌ی سه‌بعدی، صدها میلیون دلار سود مالی به همراه داره. کاهش ضایعات به واسطه‌ی استفاده از روند چاپ سه بعدی تاثیر مالی قابل توجه‌تری نسبت به استفاده از فلزات ارزون‌قیمت داره.
ساخت و ساز
آیا امکان چاپ ساختمان هم وجود داره؟ بله، وجود داره. برخی از شرکت‌ها از قبل مصالح ساختمانی رو پرینت می‌گیرن یا بعضی در محل، این کار رو انجام میدن. در زیر، یک نوع پرینتر سه‌بعدی می‌بینید که در حال ساخت یک بلوک ساختمانیه.
محصولات مصرفی
در روزهای اولیه‌ی معرفی پرینت سه‌بعدی، این روند به‌عنوان یک روش تولید انبوه دیده نشده بود. اما امروزه، بیشتر محصولات مصرفی با استفاده از همین پرینترساخته میشن.
کفش
کارخانه‌ی کفش آدیداس یکی از کارخونه‌های صنعتیه که از پرینتر سه‌بعدی استفاده می‌کنه. آدیداس با استفاده از پرینتر سه‌بعدی در سال 2019 تونست، 100هزار زیره‌‌ی کفش تولید کنه.
عینک
پیش‌بینی میشه بازار تولید عینک‌ها با استفاده از چاپ سه‌بعدی تا سال 2028 به 3.4 میلیارد دلار برسه. چاپ سه‌بعدی یک روش تولید مناسب برای فریم‌های عینکه، چراکه اعمال اندازه‌‌ها در پرینت سه‌بعدی بسیار آسون‌تره.
فناوری چاپ سه‌بعدی به‌قدری پیشرفت کرده که میشه از اون در تولید لنزهای چشمی با کیفیت بالا استفاده کرد.
چاپگر Luxexcel VisionEngine 3D از یک مونومر اکریلات قابل اصلاح با اشعه‌ی ماورابنفش برای چاپ دو جفت لنز در یک ساعت استفاده می‌کنه.
جواهرسازی
دو روش تولید جواهرات با چاپگر سه بعدی وجود داره. شما می‌تونید از فرآیند تولید مستقیم یا غیرمستقیم استفاده کنید. فرایند تولید مستقیم به ایجاد یک شی مستقیما از طرح 3D اشاره داره. ساخت غیرمستقیم به این معنیه که یک قالب ریخته‌گری برای جواهرات ایجاد بشه و از اون قالب برای ساخت نمونه‌های بعدی استفاده بشه.
مراقبت‌های بهداشتی
به نظر میرسه چاپ سه‌بعدی هنوز یک فناوری حاشیه‌ای در بخش‌های پزشکی و بهداشتیه، اما این‌طور نیست. در دهه‌ی گذشته، بیش از 100هزار جایگزینی مفصل ران توسط چاپ سه‌بعدی GE Additive انجام شده.
جام Delta-TT که توسط دکتر Guido Grappiolo و LimaCorporate طراحی‌شده از Trabecular Titanium ساخته شده. مهم‌ترین ویژگی اون ساختار سلولی شش ضلعی منظم و سه بعدیه که از مورفولوژی استخوان ترابکولار تقلید می‌کنه. ساختار ترابکولار با تشویق رشد استخوان در ایمپلنت، سازگاری زیستی تیتانیوم رو افزایش میده. برخی از اولین ایمپلنت‌های Delta-TT بعد از گذشت یک دهه هنوز هم محکم و قابل‌استفاده هستن.
یکی دیگه از اجزای مراقبت‌های بهداشتی چاپ سه بعدی سمعکه. به لطف همکاری Materialize و Phonak در 17 سال گذشته یک سمعک با یک پرینتر سه‌بعدی ساخته شد. Phonak در سال 2001 مدل‌سازی سریع پوسته (RSM) رو توسعه داد. تا پیش از این فناوری، ساختن یک سمعک به 9 مرحله کار سنگین و مجسمه سازی دستی و قالب‌سازی نیاز داشت و نتایج اغلب نامناسب بود. اما در این روش یک تکنسین برای ساخت سمعک، از سیلیکون استفاده می‌کنه تا سمعک راحت توی گوش جا بگیره. سپس سمعک به‌صورت سه بعدی اسکن میشه و پس از تغییراتی جزئی، مدل با چاپگر رزینی 3D چاپ میشه. قابلیت شنود بهش اضافه میشه و سپس برای کاربر ارسال میشه. با استفاده از این فرآیند، سالانه صدها هزار سمعک چاپ میشن.
دندان‌پزشکی
در صنعت دندان‌پزشکی، می‌بینیم که قالب‌های دندان، احتمالاً سه بعدی‌ترین اشیا چاپ‌شده در جهان هستند. در حال حاضر، قالب‌ها با استفاده از رزین و فرآیندهای چاپ سه بعدی مبتنی بر پودر، از طریق پرتاب مواد نیز چاپ میشن. پروتزهای دندانی به همراه راهنماهای جراحی به‌صورت مستقیم به صورت سه‌بعدی چاپ میشن.
غذا
تولید مواد افزودنی مدت‌ها پیش صنایع غذایی رو تحت تاثیر قرار داده. رستوران‌هایی مانند Food Ink و Melisse از پرینتر سه‌بعدی به عنوان یک ترفند فروش بی‌نظیر برای جلب مشتری از سراسر جهان استفاده می‌کنن.
آموزش
مدت‌هاست که مربیان و دانشجویان در کلاس درس خود، برای آموزش از چاپگرهای سه‌بعدی استفاده می‌کنن. چاپ سه بعدی دانش آموزان رو قادر می‌کنه تا ایده‌های خودشون رو به روشی سریع و مقرون‌به‌صرفه به واقعیت تبدیل کنن.
حرف آخر
چندین دهه است که پرینترهای سه‌بعدی به عرصه فناوری وارد شدن و تحولات زیادی رو توی صنعت‌های مختلف ایجاد کردن. توی این مطلب پرینتر سه‌بعدی چیست چند صنعت مختلف رو بررسی کردیم. برای من که این فناوری و کاربردهاش خیلی جالب بود. امیدوارم برای شما هم جالب بوده باشه.
تصور کنید که هر کسی یک پرینتر سه‌بعدی داشته باشه تا اون‌چه توی ذهنش هست رو به واقعیت تبدیل کنه. جالب نیست؟!
دانلود فایل PDF این مقاله:
سوالات متداول
اگر بخواییم ساده بگیم پرینتر سه‌بعدی دستگاهیه که از یک سند دیجیتال یک شیء فیزیکی سه‌بعدی می‌سازه.
بله، شما با مراجعه به سایت‌های خرید آنلاین و البته فروشگاه‌های بزرگ تجهیزات کامپیوتری می‌تونید این پرینترها رو بخرید.
