پرینتر سه بعدی چیست و چگونه کار می کند؟
پرینتر سه بعدی دستگاهی است که با استفاده از مواد مختلف می تواند اجسام را به صورت سه بعدی بسازد. این فرایند به شکل لایه لایه انجام می شود، یعنی ابتدا یک لایه ساخته می شود و سپس لایه بعد روی لایه قبلی ساخته می شود تا شکل سه بعدی نهایی به وجود بیاید.
به این فناوری ساخت افزایشی نیز می گویند که تحول بزرگی در صنایع مختلف ایجاد کرده است، زیرا این دستگاه امکان ساخت قطعات پیچیده با دقت و جزییات بالا را فراهم می کند.
دید کلی از چاپ سه بعدی
پرینتر های سه بعدی با استفاده از فرآیندی به نام “ساخت افزایشی” کار می‌کنند. در این فرآیند، مدل سه بعدی دیجیتالی که با روش های مختلف طراحی شده اند، به لایه های بسیار نازک برش میخورند. سپس پرینتر سه بعدی این لایه‌های برش خورده دیجتالی را یکی یکی روی هم می سازد تا جسم نهایی ایجاد شود.
مراحل کلی فرآیند چاپ سه بعدی
طراحی مدل سه بعدی
برای پرینت سه بعدی لازم است تا از طرح خود یک مدل سه بعدی کامیپوتری داشته باشید. شما می توانید فایل سه بعدی خود را به روش های مختلف بدست آورید. اسکن سه بعدی، فتوگرامتری، طراحی با نرم افزار های طراحی سه بعدی و یا استفاده از طرح های از پیش طراحی شده و یا سفارش طرح مد نظر به یک طراح سه بعدی.
برش مدل به لایه های نازک
بخش برش مدل به لایه ها یکی از مهم‌ترین مراحل در فرآیند چاپ سه بعدی است و نقش کلیدی در دقت و کیفیت نهایی مدل پرینت شده دارد. به این فرآیند اسلایس گفته می شود. فرمت مناسب مدل های سه بعدی قبل از اسلایس کردن STL ,OBJ است. بعد از آماده کردن فایل سه بعدی، مدل وارد نرم افزار اسلایسر می شود. در این نرم افزار ها تنظیماتی مانند: ضخامت لایه ها، سرعت پرینت و غیره را انجام می شود و سپس نرم افزار مدل را به لایه های نازک برش میزند. این لایه‌ها توسط پرینتر سه بعدی به ترتیب روی یکدیگر چاپ می‌شوند.
انتخاب مواد
مواد مورد استفاده در پرینترهای سه بعدی می‌تواند پلاستیک، رزین، فلز، و حتی مواد زیستی ( مثلا بافت های سلولی ) باشد! نوع ماده ای که استفاده می شود بستگی به کاربرد نهایی شیء و نوع پرینتری که انتخاب کرده اید دارد. برخی از پرینتر ها رزینی و برخی دیگر فیلامنتی هستند. برای اطلاع بیشتر به مقاله چگونه پرینتر سه بعدی انتخاب کنیم؟ بروید. در آن مقاله به طور کامل کاربرد هر کدام از انواع پرینتر های سه بعدی توضیح داده شده است.
چاپ لایه‌ها
پرینتر های سه بعدی لایه های نازک را یکی یکی چاپ میکند و هر لایه روی لایه قبلی قرار میگیرد. این فرآیند بسته به اندازه و پیچیدگی جسم ممکن است چند ساعت تا چند روز طول بکشد.
طریقه کارکرد پرینتر های سه بعدی
پرینتر سه بعدی با استفاده از G-code و یا یک فایل اسلایس شده، لایه اول را روی صفحه چاپ ایجاد می کند. این عمل می تواند وابسته به نوع پرینتر به روش های مختلفی انجام شود. به عنوان مثال در پرینتر های FEM، یک نازل داغ پلاستیک به شکل فیلامنت را ذوب کرده و روی صفحه ساخت می ریزد و در پرینتر های رزینی از نوع LCD/DLP تصویر لایه ها روی رزین مایع تابانده می شود تا رزین آن ناحیه در اثر واکنش شیمیای جامد شود. لایه ابتدایی باید به خوبی به صفحه ساخت بچسبد تا سایر لایه ها به درستی در جای خود قرار گیرند و چاپ موفقی داشته باشیم. صفحه چاپ ممکن است دارای سطح چسبنده یا گرم شونده باشد تا چسبندگی اولیه بهتری را ایجاد کند. نازل پرینتر، تصویر و یا لیزر لایه های بعدی را به ترتیب روی لایه های قبلی ایجاد می کند. هر لایه باید به دقت روی لایه قبلی قرار گیرد تا مدل نهایی با دقت بالا ساخته شود. سیستم های خنک‌کننده و حرارتی ممکن است برای بهبود کیفیت و جلوگیری از تغییر شکل قطعات استفاده شوند. پس از چاپ آخرین لایه، مدل نهایی از صفحه چاپ جدا می‌شود. برخی از پرینترها نیاز به فرآیندهای پس پردازش (post-processing) دارند، مانند تمیزکاری، پخت نهایی (در مورد رزین‌ها) یا حذف پودر اضافی (در مورد SLS).
تکنولوژی‌های مختلف پرینتر های سه بعدی
پرینترهای FDM
طرز کار: فیلامنت پلاستیکی (مانند PLA یا ABS) در نازل گرم ذوب می‌شود و به صورت لایه لایه روی صفحه چاپ قرار داده می شود. لایه ها لایه لایه روی هم قرار می گیرند تا مدل نهایی ساخته شود.
مزایا: ساده، مقرون به صرفه، مناسب برای مبتدیان
معایب: جزئیات کم تر، سرعت چاپ کم تر
پرینترهای DLP/LCD/SLA
طرز کار: رزین مایع حساس به نور با استفاده از لیزر یا منبع نور UV به سطح رزین تابانده می شود و لایه لایه آنها را خشک میکند تا مدل سه بعدی ساخته شود.
مزایا: دقت بالا، جزئیات دقیق، سطح صاف
معایب: هزینه بالاتر، نیاز به پس پردازش (تمیزکاری و کیور کردن نهایی)
پرینترهای SLS
طرز کار: پودر نایلون یا پلی آمید با استفاده از لیزر ذوب می‌شود و مدل سه بعدی بصورت لایه به لایه ساخته می‌شود.
مزایا: استحکام بالا، امکان ساخت قطعات پیچیده
معایب: هزینه بالاتر، نیاز به تجهیزات خاص برای حذف پودر اضافی
مزایا و کاربردها پرینتر های سه بعدی
مزایا:
سفارشی سازی بالا: امکان ساخت قطعات منحصر به فرد و سفارشی برای هر مشتری
کاهش ضایعات: در مقایسه با روش‌های ساخت سنتی، پرینتر سه بعدی ضایعات بسیار کمتری تولید میکند
سرعت: امکان ساخت نمونه‌های اولیه در زمان کوتاه و با هزینه کمتر
کاربردها:
پزشکی: ساخت ایمپلنت‌ها و پروتزهای سفارشی
هوافضا: تولید قطعات پیچیده و سبک برای هواپیماها و فضاپیماها
مد و هنر: ساخت لباس‌ها و آثار هنری منحصر به فرد و کاربرد گسترده در فیلم سازی و انیمیشن سازی
صنعت: تولید ابزارها، قطعات ماشین‌آلات و نمونه‌های اولیه
نتیجه گیری
پرینتر های سه بعدی امکان ساخت قطعات پیچیده و دقیق را با استفاده از مواد مختلف فراهم می کنند. هر نوع پرینتر دارای مزایا و معایب خاص خود است و انتخاب پرینتر مناسب بستگی به نیازها و بودجه شما دارد. این فناوری همچنان در حال پیشرفت است و هر روز کاربرد های جدیدتری برای آن کشف می شود. پرینتر های سه بعدی از زمان پیدایش تاکنون توانسته اند تحول عظیمی در صنایع مختلف ایجاد کنند و امکانات بی‌شماری را برای مهندسان، طراحان و هنرمندان به ارمغان آورند. این فناوری همچنان در حال پیشرفت است و هر روز کاربردهای جدیدتری برای آن کشف می‌شود.
