فناوری‌ پرینترهای سه بعدی از دهه ۱۹۸۰ وجود داشته است اما در چندسال اخیر، چاپگرهای سه‌بعدی در حوزه ماشین‌آلات، مواد و نرم‌افزار و ... بسیار پیشرفت داشته‌اند و صنعت‌های مختلف را تحت تاثیر قرار داده‌اند. به طوری که تقریبا امروزه بسیاری از صنایع از پرینترهای سه‌بعدی استفاده می‌کنند. پرینتر سه بعدی یکی از انواع ماشین‌های اداری است برای آشنایی با انواع ماشین های اداری می‌توانید مقاله مشخص شده را مطالعه کنید.

در این مقاله می‌خواهیم همه چیز در مورد پرینترهای سه بعدی را توضیح دهیم. پس اگر می‌خواهید اطلاعاتتان درباره پرینترهای سه بعدی بیشتر شود در ادامه با ما همراه باشید.

پرینتر سه بعدی چیست؟

اصطلاح پرینتر سه بعدی شامل چندین فناوری تولید، می‌شود که قطعات را لایه به لایه می‌سازد. هرکدام در نحوه تشکیل قطعات پلاستیکی و فلزی متفاوت هستند و می‌توانند در انتخاب مواد، پرداخت سطح، دوام، سرعت ساخت و هزینه متفاوت باشند.

در اصل چاپگر سه بعدی نوعی چاپگر طراحی مواد هستند که مدل‌ها و محصولات سه بعدی دستگاه‌ها و قطعات را طراحی کرده و می‌سازد. چاپگرهای سه بعدی نمونه‌های اولیه سه بعدی را طراحی می‌کنند؛ اما محصول نهایی به کمک رایانه (CAD) یا نمودارها، شکل‌ها و الگوهای طراحی سه بعدی ایجاد می‌شود. چاپگرهای سه بعدی را می‌توان چاپگرهای تولیدی افزودنی یا چاپگرهای ساخت نیز نامید.

امروزه، پرینترهای سه بعدی رومیزی که برخی از آنها ارزان قیمت هم هستند، نوآوری را سرعت می‌بخشند و در بسیاری از کسب و کارها از جمله مهندسی، تولید، دندانپزشکی، مراقبت‌های بهداشتی، آموزشی، سرگرمی، جواهرات و … استفاده می‌شوند.

پرینتر سه بعدی چگونه کار می‌کند؟

پرینترها سه بعدی با نرم افزار کار می‌کنند. در اصل، تمام فرآیندهای چاپ سه بعدی با یک مدل CAD شروع می‌شود که برای آماده‌سازی طرح به نرم‌افزار ارسال می‌شود.

چاپگرهای سه بعدی شامل نرم‌افزاری برای تعیین تنظیمات چاپ و برش مدل دیجیتال به لایه‌هایی هستند که سطح مقطع افقی قطعه را نشان می‌دهند. یک چاپگر سه بعدی معمولی بسیار شبیه یک چاپگر جوهرافشان است که از طریق رایانه کار می‌کند. پرینتر که کاملاً خودکار کار می‌کند، یک مدل را در طی چند ساعت با تبدیل یک طراحی 3 بعدی CAD به تعداد زیادی لایه‌های دو بعدی و مقطعی ایجاد می‌کند.

چاپگر به جای استفاده از جوهر، که هرگز حجم زیادی ندارد، لایه‌هایی از پلاستیک یا پودر مذاب را رسوب کرده و آن‌ها را با چسب یا نور فرابنفش به هم) ذوب می‌کند.

انواع پرینترهای سه بعدی

انواع مختلفی از چاپگرهای سه بعدی در بازار وجود دارد که از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• SLAیا Setereo Lithography Aparatu
• SLS
• FDM
• DLP
• MJF
• پلی جت
• DMLS
• EBM

برای اینکه بتوانید بهترین مدل را انتخاب کنید باید با نقط قوت و ضعف این پلاتر‌ها آشنا شوید.

(SLA)

(SLA) فرآیند اصلی چاپ سه بعدی صنعتی است. چاپگرهای SLA در تولید قطعاتی با جزئیات بالا، سطح صاف و تلورانس‌های کم استفاده می‌شوند. سطوح با کیفیت روی قطعات SLA، نه تنها زیبا به نظر می‌رسند، بلکه می‌توانند به بهبود عملکرد قطعه کمک کنند. این نوع پرینتر به طور گسترده در صنعت پزشکی استفاده می‌شود و کاربردهای رایج آن شامل مدل‌های تشریحی و میکروسیالات است.

 (SLS)

این نوع پرینتر پودرهای مبتنی بر نایلون را با هم ذوب کرده و به پلاستیک جامد تبدیل می‌کند. از آنجایی که قطعات SLS از مواد ترموپلاستیک واقعی ساخته شده‌اند، بادوام هستند و برای آزمایش مناسب می‌باشند.

این محصولات در مقایسه با SL، قطعات قوی‌تر اما سطح خشن‌تری دارند. SLS به ساختارهای پشتیبانی نیاز ندارد. برای چاپگرهای SLS، از ماشین‌های sPro140 که توسط سیستم‌های سه بعدی توسعه یافته‌اند، استفاده می‌شوند.

 (DLP)

این نوع چاپگر سه بعدی شبیه به SLA است و تفاوت اصلی بین این دو فناوری این است که DLP از صفحه نمایش پروژکتور نور دیجیتال استفاده می‌کند در حالی که SLA از لیزر UV استفاده می‌کند.

این بدان معناست که چاپگرهای سه بعدی DLP سرعت ساخت بالاتری دارند؛ در حالی که اغلب برای نمونه‌سازی سریع استفاده می‌شوند، توان عملیاتی بالاتر چاپ DLP آن را برای تولید قطعات پلاستیکی با حجم کم مناسب می‌کند.

 (MJF) Multi Jet Fusion

Multi Jet Fusion MJF شبیه به SLS، از یک آرایه جوهر افشان برای اعمال مواد ذوب روی بستر پودر نایلون استفاده می‌کند. این امر منجر به خواص مکانیکی سازگارتر در مقایسه با SLS و همچنین بهبود سطح می‌شود. یکی دیگر از مزایای فرآیند MJF، تسریع زمان ساخت است که منجر به کاهش هزینه‌های تولید می‌شود.

(FDM)

مدل (FDM) یک فناوری پرینتر سه بعدی رایج برای قطعات پلاستیکی است. یک چاپگر FDM با اکسترود کردن یک رشته پلاستیکی لایه به لایه روی پلت‌فرم ساخت کار می‌کند. این یک روش مقرون به صرفه و سریع برای تولید مدل‌های فیزیکی است.

مواردی وجود دارد که می‌توان از FDM برای آزمایش عملکردی استفاده کرد، اما این فناوری به دلیل داشتن سطوح نسبتاً ناهموار وعدم استحکام قطعات، محدود است.

کاربردهای پرینترهای سه بعدی

پرینترهای سه بعدی در بسیاری از کسب و کارها از جمله مهندسی، ساخت و تولید بسیاری از قطعات، دندانپزشکی، مراقبت‌های بهداشتی، آموزش، سرگرمی، جواهرات، شنوایی‌شناسی و ... استفاده می‌شوند. در ادامه در مورد کاربردهای پرینتر سه بعدی بیشتر توضیح می‌دهیم.

مهندسی و طراحی محصول

نمونه‌سازی سریع با چاپ سه بعدی به مهندسان و طراحان محصول این امکان را می‌دهد که ایده‌ها را به‌صورت دقیق پیاده‌سازی کنند.

• نمونه‌سازی سریع
• مدل‌های ارتباطی
• اعتبارسنجی ساخت

ابزارسازی

• از این محصول برای انواع قالب گیری مانند (قالب گیری تزریقی، ترموفرمینگ، قالب‌گیری سیلیکونی، و...) استفاده می‌شود.
• ریخته‌گری فلزات
• سفارشی‌سازی انبوه

دندانپزشکی

چاپگرهای سه بعدی می‌توانند طیف وسیعی از محصولات و لوازم پزشکی با کیفیت بالا را با هزینه پایین تولید کنند. کاربرد چاپگر سه بعدی در دندانپزشکی عبارتنداز:

• وسائل راهنمای جراحی
• ساخت دندان مصنوعی

آموزش

چاپگرهای سه بعدی ابزارهای چند منظوره برای یادگیری همه جانبه و تحقیقات پیشرفته هستند. این ابزارها می‌توانند دانش آموزان را در معرض فناوری سطح حرفه‌ای قرار دهند.

• مدل‌هایی برای برنامه‌های درسی STEAM
• آزمایشگاه‌ها و فضاهای سازنده

مراقبت‌های بهداشتی

پرینت سه بعدی رومیزی حرفه‌ای به پزشکان کمک می‌کند تا درمان‌ها و دستگاه‌های سفارشی‌سازی شده را برای خدمت بهتر به هر فرد ارائه دهند. این ابزارها همچنین زمان و هزینه‌های قابل توجهی از آزمایشگاه تا اتاق عمل صرفه‌جویی می‌کنند.

• مدل‌های تشریحی برای برنامه ریزی جراحی
• تجهیزات پزشکی
• ابزارهای جراحی

جواهرسازی

یکی دیگر از کاربردهای گسترده پرینترهای سه بعدی، جواهرسازی است. متخصصان جواهرسازی از CAD و پرینتر سه بعدی برای نمونه‌سازی سریع طرح ها، متناسب با درخواست مشتریان استفاده می‌کنند. در اصل، چاپگرهای سه بعدی امکان ایجاد قطعات منسجم و با جزئیات دقیق را در این صنعت فراهم می‌کنند.

• ریخته‌گری موم
• انتخاب قطعات مناسب
• الگوهای اصلی برای قالب گیری لاستیکی

قالب گوش؛ شنوایی‌شناسی

متخصصان شنوایی از و پرینت سه بعدی برای تولید محصولات گوش سفارشی با کیفیت بالاتر برای کاربردهایی مانند سمعک، محافظ شنوایی و گوش‌گیرها و هدفون‌های گوش سفارشی استفاده می‌کنند.

• ساخت قالب‌های گوش سیلیکونی نرم
• تولید هدفون‌های سفارشی

مزایای پرینترهای سه بعدی

پرینترهای سه بعدی مزایای منحصربه‌فردی را نسبت به فرآیندهای سنتی دارد که در ادامه در مورد برخی از آن‌ها صحبت خواهیم کرد.

سرعت عمل ساخت قطعه

ساخت یک قطعه به روش سنتی ممکن است هفته‌ها یا ماه‌ها طول بکشد. پرینت سه بعدی مدل‌های CAD را در عرض چند ساعت به قطعات فیزیکی تبدیل می‌کند و قطعات و مجموعه‌ها را از مدل‌های مفهومی یک‌باره تا نمونه‌های اولیه کاربردی و حتی تولیدات کوچک برای آزمایش می‌سازد.

این امر به طراحان و مهندسان امکان می‌دهد ایده‌ها را سریع‌تر توسعه دهند و به شرکت‌ها کمک می‌کند تا محصولات را در مدت زمان کوتاه‌تری به بازار بیاورند.

تغییر در ساخت محصولات

از آنجایی که این فرآیند بر اساس طراح‌های کامپیوتری (CAD) و نرم‌افزارهای مختلف است، در ساخت محصول می‌توان هرگونه تغییری را اعمال کرد.

ایده‌آل برای نمونه‌سازی سریع

این فناوری امکان تولید داخلی را فراهم می‌کند در نتیجه برای نمونه‌سازی ایده‌آل است؛ به این معنی که محصولات می‌توانند سریع‌تر از تکنیک‌های تولید سنتی‌ و بدون اتکا به زنجیره‌های تامین خارجی، تولید شوند.

امکان ایجاد قطعاتی با ویژگی‌های خاص

اگرچه پلاستیک‌ها و فلزات رایج‌ترین مواد مورد استفاده در پرینت سه بعدی هستند، اما زمینه‌ای برای ایجاد قطعات از مواد مخصوص طراحی‌شده نیز وجود دارد. برای مثال: می‌توان قطعاتی با مقاومت حرارتی بالا، آب‌گریزی یا استحکام بالاتر برای کاربردهای خاص ایجاد کرد.

صرفه‌جویی در هزینه‌ها

با پرینتر سه بعدی، نیازی به ابزار و راه‌اندازی جایی برای قالب‌گیری تزریقی یا ماشین‌کاری نیست. از همان تجهیزات می‌توان از نمونه‌سازی تا تولید برای ایجاد قطعات با هندسه‌های مختلف استفاده کرد.

همان‌طور که چاپ سه بعدی به طور فزاینده‌ای قادر به تولید قطعات کاربردی می‌شود، می‌تواند مکمل یا جایگزین روش‌های تولید سنتی برای طیف رو به رشدی از کاربردها در حجم‌های کم تا متوسط ​​باشد. جایگیزینی قطعات ماشین‌کاری شده با پرینتر سه بعدی، 80 تا 90درصد هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

معایب پرینترهای سه بعدی

با اینکه چاپگرهای سه بعدی مزایای زیادی دارند؛ اما دارای معایبی نیز هستند. برخی از آنها عبارتند از:

استحکام کمتری نسبت به ساخت سنتی

در حالی که برخی از قطعات، مانند قطعات ساخته شده از فلز، دارای خواص مکانیکی عالی هستند، بسیاری از قطعات دیگر پرینتر سه بعدی شکننده‌تر از آن‌هایی هستند که با تکنیک‌های تولید سنتی ایجاد می‌شوند. بخاطر این‌که قطعات لایه به لایه ساخته می‌شوند بین 10 تا 50 درصد استحکام را کاهش می‌دهند.

افزایش هزینه در حجم بالا

تولیدات بزرگ با چاپگر سه بعدی گران‌تر هستند؛ زیرا صرفه جویی در مقیاس مانند سایر روش‌‎های سنتی بر این فرآیند تأثیر نمی‌گذارد. چاپ سه بعدی نسبت به ماشینکاری CNC یا قالب‌گیری تزریقی بیش از 100 واحد مقرون به صرفه‌تر است، مشروط بر اینکه قطعات را بتوان با روش‌های معمولی تولید کرد.

محدودیت در دقت

دقت یک قطعه چاپ شده به نوع ماشین یا فرآیند مورد استفاده بستگی دارد. برخی از چاپگرهای رومیزی تحمل کمتری نسبت به سایر چاپگرها دارند، به این معنی که ممکن است قطعات نهایی کمی با طرح‌های اصلی متفاوت باشد. در حالی که این می‌تواند با پس پردازش برطرف شود، باید در نظر گرفت که قطعات چاپ شده سه بعدی ممکن است همیشه دقیق نباشند.

الزامات پس از پردازش

اکثر قطعات پرینتر سه بعدی نیاز به نوعی پس پردازش دارند. این ممکن است سنباده زدن یا صاف کردن برای ایجاد یک پرداخت مورد نیاز، برداشتن پایه‌‌ای نگهدارنده که اجازه می‌دهد مواد به شکل تعیین شده ساخته شوند، عملیات حرارتی برای دستیابی به خواص مواد خاص یا ماشین‌کاری نهایی باشد.

اجزای اصلی چاپگر سه بعدی

قسمت‌های زیادی در پرینترهای سه بعدی وجود دارند و هر کدام نقش مهمی در فرآیند چاپ دارند. اجزای اصلی و کاربرد آنها در چاپگر سه بعدی عبارتند از:

• قاب چاپگر سه بعدی: دستگاه را کنار هم نگه می‌دارد.
• سر چاپگر سه بعدی: نازلی که رنگ‌ها و چسب مایع را اعمال می‌کند.
• D Build Platform یا Build Bed: بخشی از چاپگر که در آن شیء چاپ می‌شود.
• الکترونیک چاپگر سه بعدی: برای به حرکت درآوردن موتورها، گرم کردن اکسترودر و موارد دیگر استفاده می‌شود.
• سفت‌افزار چاپگر سه بعدی: نرم‌افزار دائمی که برای کنترل تمام جنبه‌های چاپگر سه بعدی استفاده می‌شود.
• نرم افزار چاپگر سه بعدی: قسمتی از چاپگر نیست؛ اما برای فرآیند چاپ مورد نیاز است.

چاپ سه بعدی چقدر طول می کشد؟

زمان چاپ به عوامل مختلفی از جمله اندازه قطعه و تنظیمات مورد استفاده برای چاپ بستگی دارد. کیفیت قطعه تمام شده نیز هنگام تعیین زمان چاپ مهم است؛ زیرا تولید اقلام با کیفیت بالاتر زمان بیشتری می‌برد. چاپ سه بعدی می‌تواند از چند دقیقه تا چند ساعت یا حتی چند روز طول بکشد. سرعت، وضوح و حجم مواد همگی در این قضیه تاثیرگذار هستند.

در این مقاله به بررسی همه چیز در مورد پرینترهای سه بعدی پرداختیم. چاپگرهای سه بعدی رشد قابل‌توجهی را در زمینه مراقبت های بهداشتی ارائه می‌دهند. با این حال، در بسیاری از صنایع دیگر هم قابل استفاده هستند. کسب و کارهای کوچکی که نیاز به تولید قطعات سفارشی در مقادیر کم دارند، از این چاپگرها بهره‌مند خواهند شد. چاپگرهای سه بعدی خانگی مقرون به صرفه‌تر و برای استفاده شخصی مناسب هستند. مواد چاپ آن‌ها اغلب فیلامنت پلاستیکی PLA یا ABS است.