چاپگر سه بعدی چیست و انواع آن کدام است؟

چاپگر سه بعدی چیست؟

چاپگر سه بعدی نوعی چاپگر طراحی مواد است که مدل‌ها و محصولات سه بعدی دستگاه‌ها و قطعات را با استفاده از فرآیند ساخت افزودنی طراحی و می‌سازد. پرینت سه بعدی فرآیندی برای ساخت یک شی فیزیکی از یک مدل دیجیتال سه بعدی است. این چاپگر که معمولاً با ایجاد بسیاری از لایه های نازک متوالی از یک ماده چاپ میکند. با افزودن لایه به لایه مواد، یک شی دیجیتال (نمایش CAD آن) را به شکل فیزیکی خود می آورد.

طراحان از چاپگرهای سه بعدی برای ایجاد سریع مدل‌ها و نمونه‌های اولیه محصول استفاده می‌کنند، اما به طور فزاینده‌ای از آنها برای ساخت محصولات نهایی نیز استفاده می‌شود. از جمله اقلام ساخته شده با چاپگرهای سه بعدی می توان به طرح های کفش، مبلمان، ریخته گری موم برای ساخت جواهرات، ابزار، سه پایه، اقلام هدیه و جدید و اسباب بازی ها اشاره کرد.

پیشرفت‌ها در پرینت سه‌بعدی، سفارشی‌سازی پروژه‌ها، ایجاد نمونه‌های اولیه فیزیکی در مقیاس‌های مختلف و تولید ساختارهایی که با تکنیک‌های تولید سنتی‌تر ساخته نمی‌شوند را برای طراحان و مهندسان آسان‌تر کرده است. چاپ سه بعدی فقط از مقدار دقیق مواد مورد نیاز برای ایجاد یک قطعه یا محصول استفاده می کند. ماهیت افزودنی پرینت سه بعدی به این معنی است که قطعات ساختمان لایه به لایه بوجود می‌آیند و نسبت به سایر اشکال ساخت کم‌تر، مانند فرز یا برش لیزر، مواد هدر رفته کمتری تولید می‌کند.

امکانات چاپگر سه بعدی

چاپگر سه بعدی باعث بهبود بهره وری منابع است. چاپ سه بعدی یک تولید سبزتر، کم مصرف تر و مقرون به صرفه است، تقریباً ضایعات صفر ایجاد می کند، خطر تولید بیش از حد و موجودی اضافی را کاهش می دهد و ردپای کربن را کاهش می دهد. این امر تولید «در زمان» را به سطح جدیدی می برد.

استفاده از فناوری‌های افزودنی خاص، نیاز به ابزارآلات را از بین می‌برد که می‌تواند هم گران و هم زمان‌بر باشد. این پرینتر به دلیل فرآیندها و فناوری تا حد زیادی خودکار, هزینه های نیروی کار کمتری دارد. همچنین این چاپگر توانایی چاپ چندین قسمت از یک مجموعه در یک زمان را دارد.

حتما بخوانید: در خرید پرینتر کارکرده به چه نکاتی توجه کنیم؟

چاپ با کیفیت بالا:

بدون تغییر زیاد، چاپگر سه بعدی باید مدل هایی با ظاهر صاف را با لایه های 0.1 میلی متری یا نازک ارائه دهد به طوری که لایه ها به سختی قابل مشاهده باشد. حتی یک مبتدی هم باید بتواند چاپگر را کنار هم بگذارد، فیلامنت را بارگذاری کند، چاپ را شروع کند و یک مدل کامل را از بستر چاپ خارج کند.

گزینه‌های اتصال زیاد:

در حالت ایده‌آل، باید بتوانید پرینت را از طریق Wi-Fi شروع کنید یا فایل را از طریق کابل USB منتقل کنید. بارگیری فایل ها روی کارت SD که به چاپگر وصل می کنید نیز مشکلی ندارد. طراحی که شما را ملزم می کند همیشه از طریق USB به چاپگر متصل باشید، یک نقص جدی است، اما لزوماً مشکل ساز نیست.

نرم افزار بصری:

مبتدیان باید بتوانند مستقیماً به استفاده از نرم افزار چاپگر بپردازند، از جمله این که تنظیمات مدل ها قبل از چاپ را انجام بدهند. این نرم افزار باید با تنظیمات چاپ از قبل بارگذاری شده باشد، اما گزینه هایی را برای کاربران با تجربه تر برای تنظیم دقیق ارائه می دهد. اگر یک چاپگر با Ultimaker Cura سازگار باشد، که تا حدودی به یک استاندارد صنعتی و مورد علاقه ما تبدیل شده است، یک مزیت بزرگ است.

حجم چاپ به اندازه کافی:

خوب است که توانایی چاپ اشیاء به اندازه دلخواه را داشته باشید، اما واقعیت این است که اکثر مدل‌های موجود در کتابخانه‌هایی مانند Thingiverse برای تخت‌های چاپگر سه بعدی کوچک طراحی شده‌اند و راه‌حل‌هایی برای ترکیب چندین چاپ برای ایجاد یک شی بزرگتر وجود دارد. در نتیجه، مبتدیان فقط به یک تخت چاپی نیاز دارند که به اندازه کافی بزرگ باشد تا مدل هایی به اندازه یک جعبه دستمال کاغذی کوچک چاپ کند.

تخت گرم:

تخت‌های گرم شده از تاب برداشتن چاپ‌ها جلوگیری می‌کنند، به مدل‌ها کمک می‌کنند تا روی تخت چاپی بچسبند و به شما امکان می‌دهند با استفاده از طیف وسیع‌تری از مواد چاپ کنید. (ABS، یکی از دو نوع رایج پلاستیکی که برای چاپ سه بعدی استفاده می شود، و مواد دیگر با سرد شدن منقبض می شوند. بدون تخت گرم، شما به PLA، نوع اصلی دیگر پلاستیک محدود می شوید.)

سازگاری با هر برند فیلامنت:

برخی از شرکت‌ها تراشه‌هایی را در قرقره‌های پلاستیکی قرار می‌دهند که به چاپگرهای سه‌بعدی آنها وارد می‌شود و شما را ملزم می‌کنند که دوباره پرکننده‌ها را مستقیماً از سازنده چاپگر خریداری کنید. فیلامنت اختصاصی معمولاً گران‌تر است و اگر شرکت سازنده آن از کار بیفتد، نمی‌توانید از چاپگر استفاده کنید.

مناسب برای زندگی روزمره:

دستگاه باید به صورت نشسته روی میز باشد. در حالت ایده آل، خیلی بزرگ یا سنگین نیست، و نسبتاً ساکت است، بنابراین نمی توانید صدای آن را از هر گوشه خانه بشنوید. اگرچه برخی از چاپگرها به طور جزئی سریعتر از سایرین هستند، چاپ های بزرگ ممکن است روزها طول بکشد. حتی چاپ های کوچک ساعت ها طول می کشد. زندگی با یک چاپگر کم صدا بسیار ساده تر است. چاپگرها همچنین باید بتوانند در پلاستیک پلی لاکتیک اسید یا PLA چاپ کنند. در حالی که ذوب هر نوع پلاستیک باعث آزاد شدن ترکیبات آلی فرار و سایر ذرات در هوا می شود، CDC PLA را ایمن تر می داند. همچنین این پرینتر ها بوی شیرین و نامطلوبی دارد. با این حال، هم برای کودکان و هم برای بزرگسالان بهتر است از چاپگر سه بعدی در اتاقی با تهویه مناسب استفاده کنند.

محفظه چاپ محصور:

محصور کردن فضای چاپ، چاپ ها را در دمای ثابت نگه می دارد تا از تاب برداشتن و سایر عیوب چاپ جلوگیری شود. اگر با اکریلونیتریل بوتادین استایرن یا ABS ( یکی از دو ماده چاپی محبوب ) چاپ می کنید، داشتن یک محفظه محصور ایده خوبی است, که بیشتر مستعد تاب خوردن است, زیرا وقتی سرد می شود جمع می شود. اگرچه وجود محفظه های چاپ محصور خوب است، اما ضروری نیستند و در واقع در میان پرینترهای سه بعدی ارزان قیمت نسبتاً کمیاب هستند.

حتما بخوانید: دیتاکالکتور چیست؟

نمونه هایی از پرینت سه بعدی

چاپگر سه بعدی انواع مختلفی از فناوری ها و مواد را در بر می گیرد زیرا پرینت سه بعدی تقریباً در تمام صنایعی که فکرش را بکنید استفاده می شود. مهم است که آن را به عنوان مجموعه ای از صنایع متنوع با کاربردهای بی شماری ببینیم.

چند مثال:

– محصولات مصرفی (عینک، کفش، طراحی، مبلمان).

– مواد صنعتی (ابزار ساخت، نمونه های اولیه، قطعات کاربردی نهایی).

– محصولات دندانپزشکی.

– مبحث اعضای مصنوعی.

– مدل ها و ماکت های مقیاس معماری.

– بازسازی فسیل ها.

– شبیه سازی آثار باستانی.

– بازسازی شواهد در آسیب شناسی قانونی.

– وسایل فیلم.

انواع مختلف پرینتر سه بعدی

• استریولیتوگرافی ( Stereolithography: SLA)

• تَف ‌جوشی لیزری انتخابی ( Selective Laser Sintering: SLS)

• مدل سازی رسوب ذوبی (Fused Deposition Modeling: FDM)

• فرآیند نور دیجیتال (Digital Light Process: DLP)

• فیوژن چند جت (Multi Jet Fusion:MJF)

• پلی جت (PolyJet)

• زینترینگ مستقیم فلزات لیزری (Direct Metal Laser Sintering: DMLS)

• ذوب پرتو الکترونی (Electron Beam Melting: EBM)

چاپگر سه بعدی در حال تبدیل شدن به آینده عصر تولید است. این به این دلیل است که فرآیندهای مختلفی وجود دارد که برای انواع مختلف مواد مناسب هستند. در زیر به چند مورد از آنها اشاره می شود.

حتما بخوانید: معرفی انواع پرینتر چاپ کارت

استریولیتوگرافی (SLA)

این اولین نوآوری چاپگر سه بعدی در جهان است که توسط چاک هال در سال 1986 معرفی شد. این نوآوری با یک تکنیک چاپ سه بعدی به نام Vat Polymerization کار می کند که در آن ماده ای به نام صمغ فوتوپلیمر به طور خاص توسط یک منبع نور بازسازی می شود. استریولیتوگرافی (SLA) اولین اندازه گیری مدرن چاپ سه بعدی است. چاپگرهای SLA در ارائه سطوح بالاتر از جزئیات، تکمیل سطوح صاف و مقاومت‌های فشرده غالب هستند. تکمیل سطح با کیفیت در قطعات SLA مناسب به نظر می رسد. به طور کلی در تجارت بالینی استفاده می شود و برنامه های کاربردی پایه شامل مدل های تشریحی و میکروسیالات است.

تکنولوژی SLA

به طور خاص، یک چاپگر SLA از آینه هایی به نام گالوانومتر استفاده می کند. یکی روی X-pivot و دیگری در Y-hub قرار دارد. اینها به هدف یک ستون لیزر در سراسر مخزن صمغ اشاره می کنند، به ویژه اینکه بخش متقاطع مورد را در ناحیه شکل گیری رها کرده و قرار می دهد و لایه به لایه آن را توسعه می دهد.

SLA یک معیار نمونه سازی سریع است که در آن دقت و صحت مهم است. این می تواند اشیاء را از اطلاعات 3D CAD تنها در چند ساعت ایجاد کند. این یک چاپ سه بعدی است که ظرافت ها و دقت آن را با تغییر فتوپلیمرهای سیال (نوعی منحصر به فرد پلاستیک) به اقلام سه بعدی قوی، هر لایه به نوبه خود، اندازه گیری می کند.

پلاستیک در ابتدا گرم می شود تا به ساختاری نیمه سیال تبدیل شود و سپس در تماس جامد می شود. چاپگر هر یک از این لایه ها را با استفاده از یک لیزر درخشان که توسط آینه های فیلتر X و Y هماهنگ شده است، توسعه می دهد. یک لبه تیز روکش کننده نیز درست قبل از مرحله بعدی در سراسر سطح قرار می گیرد تا تضمین کند که هر لایه نازک صمغ به طور عادلانه در سراسر مقاله پخش می شود. چرخه چاپ به این ترتیب پیش می رود و موارد سه بعدی را از پایه به بالا می سازد. پس از اتمام، بخش سه بعدی معمولاً دارای دوش مصنوعی برای از بین بردن فراوانی بیش از حد است. این باعث می شود محصول زمینی تر و پایدارتر شود.

چاپ SLA از بسیاری از مجموعه های سرمایه گذاری پشتیبانی شده است. چاپگرهایی که مورد استفاده قرار می گیرند پرینترهای سه بعدی Vipers، ProJets و iPros هستند که توسط 3D Systems ساخته شده اند.

تف جوشی لیزری خاص (SLS)

بسیاری از کاربردهای SLS عبارتند از مونتاژ قطعات عملی، مجرای پیچیده که به پلان های خالی نیاز دارد و ایجاد کم کارکرد. کیفیت آن در تولید قطعات سودمند است که خواص مکانیکی بسیار خوبی به جا می گذارد و با محاسبات پیچیده. SLS با نیاز به زمان های طولانی تر و هزینه بیشتر آن در هنگام کنتراست و FDM/FFF محدود می شود.

تکنولوژی SLS

SLS پودرهای مبتنی بر نایلون را با هم نرم می کند و به پلاستیک قوی تبدیل می کند. از آنجایی که قطعات SLS با استفاده از مواد ترموپلاستیک اصلی تولید می‌شوند، سخت هستند، برای آزمایش‌های کاربردی مناسب هستند و می‌توانند محورهای زنده و اتصالات محکم را حفظ کنند. در مقایسه با SL، قطعات بیشتر به زمین متصل هستند، اما سطوح خشن‌تری دارند. SLS به ساختارهای کمکی نیاز ندارد، بنابراین می‌توان از کل مرحله فرم برای ته‌نشینی بخش‌های مختلف در یک فرم انفرادی استفاده کرد که آن را برای مقادیر قطعات بیشتر از سایر اقدامات چاپ سه بعدی مناسب می‌کند. تعداد زیادی از قطعات SLS برای مدل‌سازی طرح‌هایی استفاده می‌شود که روزی به شکل تزریقی خواهند بود.

این چاپگر سه بعدی از یک اندازه گیری چاپ سه بعدی به نام Power Bed Fusion استفاده می کند. یک ظرف پودر ترموپلاستیک (نایلون 6، نایلون 11، نایلون 12) به سادگی در زیر نقطه مایع شدن آن گرم می شود. در آن نقطه، یک لبه تیز روکش یا برف پاک کن لایه ناچیزی از پودر را – به طور کلی 0.1 میلی متر ضخامت – در مرحله شکل دهی ذخیره می کند. یک نوار لیزر شروع به بررسی سطح می‌کند و بخش متقاطع ماده را سخت می‌کند. به همین ترتیب، با SLA، لیزر در اطراف یک منطقه توسط چند گالو متمرکز می شود.

هنگامی که کل بخش متقاطع فیلتر می شود، مرحله در جایی نزدیک به یک ضخامت قامت لایه کاهش می یابد و کل چرخه مجدداً اصلاح می شود تا اینکه آیتم به طور کامل ساخته شود. پودری که زینتر نشده است، قطعات باقیمانده برای حمایت از اقلامی که زینتر شده است، تنظیم می شود و نیاز به حمایت از سازه ها را از بین می برد.

POLYJET

PolyJet یکی دیگر از اقدامات پرینت سه بعدی پلاستیکی است، اما یک منحنی وجود دارد. این می تواند قسمت های مختلفی را با خواص مختلف ایجاد کند، به عنوان مثال، تن و مواد. معماران می توانند از این نوآوری برای نمونه سازی قطعات الاستومری یا بیش از حد قالب گیری استفاده کنند.

مدل‌سازی رسوب ذوبی(FDM) با نام مستعار ساخت رشته‌ای ذوبی(FFF)

یک چاپگر FDM با بیرون راندن یک فیبر پلاستیکی لایه به لایه روی مرحله شکل‌دهی کار می‌کند. این یک استراتژی هوشمندانه و سریع برای ارائه مدل های واقعی است. مواردی وجود دارد که می توان از FDM برای آزمایش عملی استفاده کرد، اما نوآوری محدود می شود زیرا قطعات به طور کلی دارای سطح خشن و فاقد استحکام هستند. این یک نوآوری چاپ سه بعدی است که از چرخه ای به نام اکستروژن مواد استفاده می کند.

ابزارهای اکستروژن مواد در دسترس و معقول هستند. آنها با چرخه ای کار می کنند که در آن قرقره ای از فیبر مواد گرمانرم قوی (PLA، ABS، PET) در چاپگر سه بعدی انباشته می شود. سپس توسط یک موتور از طریق یک دهانه گرم شده رانده می شود و در آنجا مایع می شود. سر خروجی چاپگر در آن نقطه در امتداد جهت‌های مشخص حرکت می‌کند و مواد چاپ سه‌بعدی را در مرحله‌ای نگه می‌دارد که فیبر چاپگر خنک می‌شود و سیمان می‌شود و یک آیتم قوی را شکل می‌دهد. هنگامی که لایه به پایان رسید، چاپگر یک لایه دیگر را تنظیم می کند، تا زمانی که مورد کامل شود

. کاربردهای اساسی برای FDM شامل مسکن های الکتریکی، تست های ساختار و تناسب، جگ ها و وسایل، و الگوهای ریخته گری سرمایه گذاری می شود. بهترین بخش در مورد FDM این است که بهترین تکمیل سطح را علاوه بر رنگ کامل در کنار واقعیت وجود مواد مختلف برای استفاده از آن ارائه می دهد.

حتما بخوانید: چاپگر هولوگرام چیست؟

فرآیند نور دیجیتال (DLP)

DLP با توجه به اینکه هر لایه به طور همزمان باز می شود، به جای دنبال کردن قسمت متقاطع یک منطقه با هدف لیزر، زمان چاپ سریع تری نسبت به SLA دارد. کاربردهای معمول SLA و DLP عبارتند از مدل های پلیمری نوع تزریقی، تزئینات، کاربردهای دندانپزشکی و تقویت کننده ها. آنها دارای ظرافت عناصر ظریف و تکمیل سطح صاف هستند. آنها به دلیل ضعیف بودن محدود می شوند، به این ترتیب برای استفاده به عنوان قطعات مکانیکی رضایت بخش نیستند.

فیوژن چند جت (MJF)

MJ یکی از انواع انفرادی نوآوری پرینت سه بعدی است که می تواند اشیایی را با استفاده از مواد متعدد و با صدای کامل تولید کند. مزیت این کار این است که چاپگرهای MJ می‌توانند چندین شی را در یک خط بدون تأثیر بر سرعت ساخت بسازند. تا زمانی که مدل ها به درستی با فاصله بهینه چیده شوند، MJ می تواند قطعات را سریعتر از انواع دیگر چاپگرهای سه بعدی تولید کند. از این رو، فرآیندهای متعددی برای چندین پروژه وجود دارد، انتخاب بهترین فرآیند مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است.

تکنولوژی MJF

Multi Jet Fusion قطعات مفید را از پودر نایلون مونتاژ می کند. برخلاف استفاده از لیزر برای تف جوشی پودر، MJF از یک خوشه جوهر افشان برای اعمال متخصصین ذوب روی بستر پودر نایلون استفاده می کند. در آن نقطه، یک جزء گرم کننده، بستر را برای ترکیب هر لایه نادیده می گیرد. این نتیجه در خواص مکانیکی قابل پیش‌بینی‌تر با SLS در تضاد بود، همانطور که تکمیل سطح را بهبود بخشید. مزیت دیگر چرخه MJF زمان ساخت سریع است که باعث کاهش هزینه های ایجاد می شود.

MJ با انواع دیگر فن‌آوری‌های پرینت سه‌بعدی که مواد ساختمانی را با رسوب‌گذاری نقطه‌ای رسوب، تف جوشی یا درمان می‌کنند، متفاوت است. در عوض، هد چاپ صدها قطره فوتوپلیمر را پرتاب می‌کند و با استفاده از نور UV آنها را خشک می‌کند. هنگامی که یک لایه رسوب کرد و خشک شد، ضخامت پلت فرم ساخت یک لایه کاهش می یابد و این روند تا زمانی که شی 3 بعدی ساخته شود تکرار می شود.

تفاوت دیگر با فناوری های چاپ سه بعدی این است که به جای استفاده از یک نقطه برای دنبال کردن مسیری که لایه مقطع را مشخص می کند، چاپگر سه بعدی MJ مواد ساختمانی را به روشی سریع و خطی رسوب می دهند. مقالات ساخته شده با MJ در حین چاپ نیاز به کمک دارند و در طول چرخه فرم با مواد قابل حلی که در پس از جابجایی خارج می شود چاپ می شوند.