چاپگرهای سه‌بعدی یا پرینترهای سه‌بعدی از فرآیند تولید افزایشی بهره می برند، یعنی یک شی به شکل لایه به لایه ساخته می‌شود: این کار با افزودن متریال، جامدسازی یک مایع یا بهم چسباندن پودر انجام می‌شود. برخلاف ماشین‌ابزارهای مرسوم که با حذف کردن و تراشیدن از متریال و ماشین‌کاری، یک قطعه را می‌سازند؛ تکنولوژی چاپ سه‌بعدی، اشیا را با افزودن متریال می‌سازد. پرینت سه‌بعدی نسبت به فرآیندهای مرسوم ماشین‌کاری، زمان تولید کمتری دارد و در تولید اشکال پیچیده، دقت بسیار بالایی را فراهم می‌آورد.
برخلاف تکنیک‌های قالب‌سازی که عموما برای تولید قطعه، در ابتدا باید قالب تولید شود و ماده‌ی مورد نظر در آن ریخته شود، پرینترهای سه‌بعدی مستقیما کار را از یک فایل دیجیتال شروع می‌کنند که این فایل به چندین «برش» یا «اسلایس» تقسیم می‌شود که هر اسلایس، مرتبط با هر لایه از متریال است.
از چه مواد و متریال‌هایی در چاپ سه‌بعدی استفاده می‌شود؟
فیلامنت Makerbot PET مناسب برای چاپگرهای سه‌بعدی
از مواد و متریال‌های مختلف برای انواع مختلف پرینترهای سه‌بعدی استفاده می‌شود. در جدول زیر، فهرستی از رایج‌ترین متریال‌ها ذکر شده است (تکنولوژی‌های ذکر شده در بخش بعدی توضیح داده شده است):
| شکل اصلی متریال | نوع متریال | تکنولوژی | بازار | ویژگی‌های خاص | ظاهر محصول نهایی |
|
فیلامنت (Filament) |
PLA (بیوپلاستیک) |
FDM FFF |
عمومی حرفه‌ای |
سازگار با صنعت غذا | زبر و زمخت |
| ABS (ترموپلاستیک) | خصیصه‌های بهتر مکانیکی نسبت به PLA | ||||
| PET (پلی‌اتیلن ترفتالات) | مقاومت مکانیکی خوب | ||||
|
پودر (Powder) |
پلی‌آمید | SLS |
نمونه‌سازی (prototyping) |
سطح جزییات خوب
سازگار با صنعت غذا |
|
| سرامیک، شیشه | SLS
پیونده‌پرانی (Binder Jetting) |
آزمایشگاه‌های تحقیقاتی طراحی |
سازگار با صنعت غذا | ||
| آلومید
(ترکیبی از آلومینیوم و پلی‌آمید) |
DMLS
EBM |
نمونه‌سازی
(prototyping) |
نمونه‌سازی
حجم پایین مکانیک پرواز خودروسازی |
||
| تیتانیوم، فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، کبالت، آهن، برنز و غیره |
نمونه‌سازی حجم پایین مکانیک پرواز خودروسازی |
خصیصه‌های خوب مکانیکی | |||
| نقره، پلاتین، طلا و غیره | جواهرات | ||||
|
مایع (Liquid) |
موم (Wax) | SLA
DLP PolyJet MJM |
جواهرات
دندانپزشکی مدل‌سازی |
سطح جزییات خوب
شکننده |
نرم |
| رزین پلیمر |
نمونه‌سازی حجم پایین پزشکی |
نرم مستقیما خشک شده به شکل انبوه |
مطالعه و تحقیقات گسترده‌ای در جریان است تا مواد و متریالی همچون ABS (از صنعت نفت به دست می‌آید) و PLA (از کشاورزی گسترده به دست می‌آید) را با متریالی جایگزین کنیم که ضرر کمتری برای محیط زیست داشته باشند، همچون خاک رس، گل، خمیر کاغذ (پالپ)، محصولات و دانه‌های تولید شده محلی یا جلبک (SWF). در زمینه‌ی ساختمان‌سازی یا مهندسی عمران، پرینترهای سه‌بعدی همچنین از ملات‌هایی خاص نیز استفاده می‌کنند.
بیشتر بخوانید: انتخاب کفش‌های ایمنی مناسب
بیشتر بخوانید: انتخاب سوییچ شبکه مناسب
فناوری و تکنیک‌های اصلی چاپ سه‌بعدی
| تکنولوژی | نحوه ی عملکرد | ملاحظات |
| مدل سازی رسوب ذوبی
(FDM) |
پرینتر سه‌بعدی، فیلامنت (PLA یا ABS یا PET یا غیره) را گرم می‌کند تا آن را نرم و شکل‌پذیر کند و آن را در چندین لایه‌ی متوالی، روی سینی قرار می‌دهد. اگر قطعه، بخش‌هایی شکننده داشته باشد (مثلا سینی روی یک پایه‌ی نازک)، ضروری است که ساپورت (نگهدارنده‌ی کمکی) ایجاد شود که بعد از تولید قطعه، این بخش‌ها برداشته می‌شود. |
مناسب پرینترهای استفاده عمومی. می‌توانید از این تکنولوژی برای ساخت نمونه و تولید قطعات منفرد استفاده کنید، مثلا برای خدمات پس از فروش.
بسته به نوع پرینتر، قطعات تولید شده ممکن است دقت خوبی داشته باشند، اما برای قطعات پیچیده توصیه می‌کنیم که از تکنولوژی SLS استفاده کنید. |
| ساخت با رشته‌های مذاب
(FFF) |
||
| پخت لیزری انتخابی
(SLS) |
پرینتر سه‌بعدی از یک پرتو لیزری برای جامدسازی پودر (پلی‌آمید، سرامیک یا شیشه) استفاده می‌کند و لایه لایه، این کار را پیش می‌برد تا قطعات با دقت بالا تولید شوند.
اگر قطعه، بخش‌هایی شکننده داشته باشد نیازی به ساپورت و نگهدارنده‌های موقت نیست چون پودر ذوب نشده از بخش‌های شکننده محافظت می‌کند. |
ظاهر قطعات تولید شده در زمان خروج از پرینتر، حالت شنی دارد و برای رسیدن به ظاهر مناسب، باید آن‌ها را پولیش‌کاری کرد.
قطعات چاپ شده با تکنولوژی SLS خصیصه‌های مکانیکی خوبی دارند. |
| پخت مستقیم لیزر فلز
(DMLS) |
پرینتر سه‌بعدی از یک پرتو لیزری برای جامدسازی پودر (پلی‌آمید، سرامیک یا شیشه) استفاده می‌کند و لایه لایه این کار را پیش می‌برد تا قطعات با دقت بالا تولید شوند. | این پرینترها در صنایع حساس و پیچیده پراستفاده هستند، همچون مکانیک پرواز، خودروسازی و حوزه پزشکی.
سرمایه‌گذاری ابتدایی و هزینه‌های نگهداری این پرینترها بالاست اما می‌توانند قطعاتی پیچیده با خصیصه‌های مکانیکی مشابه با روش‌های مرسوم (همچون ماشین‌کاری یا ریخته‌گری) ایجاد کنند. |
| ذوب با پرتو الکترون
(EBM) |
پرینتر سه‌بعدی از یک تفنگ الکترونی برای جامدسازی پودر (فولاد، کبالت کرومیوم، آلومینیوم، تیتانیوم و غیره) استفاده می‌کند و لایه لایه این کار را پیش می‌برد تا قطعاتی بسیار پیچیده ساخته شود که به روش دیگری، تولید آن‌ها ممکن نیست. | فرآیند تولید در خلاء انجام می‌شود، در نتیجه پودر جامد نشده، اکسیده نمی‌شود. در نتیجه می‌توان فورا دوباره از آن استفاده کرد.
این تکنولوژی را فقط می‌توان با مواد رسانا استفاده کرد. نسبت به DMLS سریع‌تر است اما دقت آن مقداری کمتر است. |
| استریولیتوگرافی
(SLA) |
این پرینترهای سه‌بعدی از اشعه ی ماورای بنفش برای جامد کردن رزین استفاده می‌کنند. | قطعات تولید شده بسیار دقیق هستند و سطح ظاهری بسیار خوبی دارند.
مزیت این تکنیک، سرعت بالای آن برای ساخت نمونه اولیه و ساخت قالب است. |
| پردازش نور دیجیتال
(DLP) |
این تکنولوژی از یک پروژکتور استفاده می‌کند که نیازی ندارد به شکل افقی حرکت کند، در نتیجه چاپ با آن سریع‌تر از SLA است. | |
| پلی‌جت
(PolyJet) |
این پرینترها، تکنیک انتشار نور ماورای بنفش را با پخش ریزذرات لایه‌های فوتوپلیمر (که تحت تاثیر اشعه ی ماورای بنفش سفت می‌شود) ترکیب می‌کنند. | این تکنیک این امکان را فراهم می‌کند که بر اساس نیاز، متریال‌های مختلف را با هم ترکیب کنید، موادی که شاید خصیصه‌های مکانیکی متفاوتی دارند (مثلا میزان سختی یا انعطاف‌پذیری مواد).
این تکنیک در صنعت تولید اسباب بازی و هوا فضا مورد استفاده قرار می‌گیرد. |
| مدل‌سازی مولتی‌جت
(MJM) |
این پرینترها، مواد مایع را اسپری می‌کنند که این مواد با خنک شدن، جامد می‌شوند. این پرینترها چندین هد پرینت دارند، که یکی از آن‌ها همزمان متریال (مثلا موم) و همین طور قطعه را می‌سازد. | قطعات تولید شده بسیار دقیق هستند و می‌توانند بسته به تعداد هدهای پرینت، از چند متریال مختلف تولید شوند.
این تکنولوژی به ویژه در تولید و قالب‌گیری جواهرات کاربرد دارد. پرینترهای سه‌بعدی که برای ساخت و ساز یا مهندسی عمران استفاده می‌شوند قابلیت اسپری کردن را دارند. |
| بایندر جتینگ (Binder Jetting)
پیوند پودری (Powder Binding) |
این پرینترها با کمک افشاندن و اتصال پیوندی (که می‌تواند رنگ‌آمیزی شود)، پودرهای هر لایه را می‌سازد. | با این تکنیک می‌توان قطعاتی بسیار پیچیده تولید کرد. اما ضروری است که پودر اضافه را با دمیدن یا مکش هوا، از قطعه جدا کرد. |
کاربردهای اصلی پرینترهای سه‌بعدی
پرینتر سه‌بعدی HP
اولین پرینترهای سه‌بعدی برای ساخت نمونه‌های اولیه (prototype) در صنعت استفاده شدند، اما صنایع پزشکی و دندانپزشکی فورا به این تکنولوژی علاقمند شدند، هم در حوزه‌ی چاپ‌زیست (بیوپرینت: تولید دقیق ساختارهای زیستی سه‌بعدی) و هم در حوزه‌ی تولید پروتز (اندام مصنوعی).
صنایع مرتبط با حمل و نقل، همچون صنایع مکانیک پرواز، هوافضا، ترابرد باری و خودروسازی، هر روز بیشتر از قبل از چاپ سه‌بعدی استفاده می‌کنند که در نتیجه می‌توانند قطعاتی سبک‌تر با همان خصیصه‌ها یا حتی با ویژگی‌هایی بهتر نسبت به روش‌های تولید سنتی قطعه، تولید کنند.
این تکنولوژی به شکل گسترده در معماری و مهندسی عمران، برای تولید مدل‌ها و همین طور ساخت مستقیم ساختمان‌ها و سازه‌هایی همچون پل‌ها کاربرد دارد.
مزایای تکنولوژی چاپ سه‌بعدی چیست؟
مزیت اصلی پرینت سه‌بعدی این است که می‌تواند مستقیما از یک فایل CAD (یک فایل سه‌بعدی کامپیوتری که توسط یک دفتر طراحی، مثلا یک دفتر معماری ساخته می‌شود)، با کمترین استفاده از مواد و متریال کار کند، برخلاف روش‌های مرسوم و سنتی ماشین‌ابزارها که عموما مواد و متریال مازاد زیادی تولید می‌کنند که باید آن‌ها را دور ریخت یا بازیافت کرد. تولید به سبک چاپ سه‌بعدی همچنین نیازمند روغن‌کاری نیست، در نتیجه خطر آلایندگی را به شدت کاهش می‌دهد.
یک مزیت دیگر چاپ سه‌بعدی، توانایی تولید قطعاتی در شکل‌هایی بسیار پیچیده است که با استفاده از فرآیندهای سنتی (ماشین‌کاری، آهنگری یا ریخته‌گری) این کار سخت است. به علاوه، چاپ سه‌بعدی این روزها می‌تواند قطعاتی بزرگ تولید کند. در ابتدا این نوع چاپ فقط مخصوص ساخت نمونه‌ی اولیه بود اما الان می‌توان آن را در سطح انبوه سفارشی‌سازی کرد و قطعاتی با تفاوت‌هایی جزئی ساخت و همچنین تولید در مقیاس کم با قیمت‌هایی رقابتی انجام داد. پرینت سه‌بعدی پرسرعت هم به بازار آمده و زمان تولید به شدت کاهش پیدا کرده است. در نتیجه می‌توان مجموعه‌های متوسط یا بزرگ را در مدتی کوتاه‌تر تولید کرد.
جنبه‌ی ظاهری قطعات تولید شده با چاپ سه‌بعدی، یکی از ضعف‌های برخی از انواع این تکنولوژی است. اگر این قطعات در محصول نهایی روکار و قابل دیدن باشد، شاید لازم باشد که ابتدا پولیش‌کاری شوند. اما اگر قطعاتی پنهان و توکار هستند (همچون چرخ‌دنده)، نیازی به پولیش‌کاری ندارند و به همان شکل چاپ شده قابل استفاده هستند.
مزایای چاپ سه‌بعدی به طور خلاصه:
٭ کاهش هزینه‌های تولید.
٭ کاهش زمان تولید.
٭ خطاها و اشتباهات کمتر.
٭ تولید سفارشی.
روندهای جدید بازار چاپ سه‌بعدی
چاپگر سه‌بعدی Shining 3D
بازار چاپ سه‌بعدی هر روز متحول می‌شود. پرینترهای سه‌بعدی اولیه محدود به استفاده از یک متریال بودند و تنها اشیای بسیار کوچک چاپ و تولید می‌کردند و قطعات تولید شده هم ویژگی‌های مکانیکی قدرتمندی نداشتند. اما امروزه پرینترهایی وجود دارند که از چند متریال استفاده می‌کنند و برخی هم می‌توانند اشیایی بسیار بزرگ چاپ کنند. این صنایع در حوزه‌هایی همچون پزشکی، صنعتی یا کشاورزی فعال هستند و می‌توان تخمین زد که این ماشین‌ها شاید به زودی برای پیوند اعضا، ارگان‌های بدن را چاپ کنند یا محصولاتی کاملا چند متریالی بسازند که چندکاره باشد. یکی از بازارهای آینده‌دار مرتبط با چاپ سه‌بعدی، بازار تعمیرات است. بسیاری از تولیدکنندگان بزرگ وسایل خانگی، قطعات یدکی را با این تکنیک می‌سازند و به بازار ارائه می‌کنند.
ماشین‌های هیبریدی هم کم کم در بازار ظاهر می‌شوند که ترکیبی از هدهای پرینت سه‌بعدی روی ماشین‌های کنترل عددی دارند که مثلا از فرآیند WAAM (تولید افزایشی قوس سیم) استفاده می‌کند، که فرآیند جوشکاری مناسب برای تولید قطعات تیتانیوم است.
بازار مصرف‌کنندگان عمومی و خانگی نیز به شدت در حال رشد است و سهم بزرگی از بازار را شامل می‌شود. این احتمال وجود دارد که در درازمدت در رقابت با فب لب‌ها قرار بگیرد. فب لب‌ها، آزمایشگاه‌های کوچک ساخت دیجیتال هستند که مشاوره و خدمات چاپ سه‌بعدی ارائه می‌کنند.
در سطح صنعتی، پرینترهایی به بازار می‌آیند که می‌توان با آن‌ها روی متریال‌هایی بسیار فنی کار کرد و می‌توانند قطعاتی بسیار بزرگ تولید کنند. اخیرا علاوه بر فروش ماشین‌ها، تولیدکنندگان، خدمات چاپ سه‌بعدی نیز ارائه می‌کنند. مراکز چاپ آن‌ها امکان چاپ با تکنیک‌های مختلف را ممکن ساخته، بدون آن که نیاز باشد سرمایه‌ی لازم برای خرید این ماشین‌ها هزینه شود.
قیمت یک پرینتر سه‌بعدی چقدر است؟
برای این که قیمت پرینترهای سه‌بعدی را مقایسه کنیم، مهم است که بین ماشین‌های کاربری عمومی و ماشین‌های صنعتی تفاوت قائل شویم. تفاوت بین این دو، حجم چاپ، دقت، سرعت چاپ، سطح نویز و سر و صدا و متریال قابل استفاده است.
در بازار مصرف عمومی و خانگی، پرینترهای FDM که مونوفیلامنت PLA در حداکثر حجم ۲۰۰ در ۲۰۰ در۲۰۰ در ۲۰۰ میلی‌متر چاپ می‌کنند و دقت چاپ آن‌ها ۱۰۰ میکرون است، از ۳۰۰ یورو شروع می‌شوند.
در بازار حرفه‌ای و صنعتی، پرینترهای FDM که بای – فیلامنت‌های PLA یا ABS در حداکثر حجم ۲۰۰ در ۲۰۰ در ۳۰۰ میلی‌متر چاپ می‌کنند و دقت چاپ آن‌ها ۵۰ میکرون است، از ۴ هزار یورو شروع می‌شوند.
پرینترهای استریولیتوگرافی، قیمتی بین ۱۰ هزار تا ۱۵۰ هزار یورو دارند.
قیمت پرینترهایی که می‌توانند قطعات فلزی چاپ و تولید کنند، معمولا بیش از ۱۰۰ هزار دلار است.
بیشتر بخوانید: انتخاب بازوی مکانیکی صنعتی (منیپولیتورها)
بیشتر بخوانید: انتخاب میز بالابر مناسب
بیشتر بخوانید: راهنمای انتخاب چرخ صنعتی (Caster)
