پرینترهای سه بعدی
پرینترهای سه بعدی
اولین تکنولوژی پرینت سه‌بعدی در سال ۱۹۸۰ میلادی مشاهده شد. دکتر کودامای ژاپنی اولین بار این تکنولوژی را به نام خود ثبت کرد. در آن زمان این تکنولوژی نمونه‌سازی سریع خوانده می‌شد، این نام‌گذاری به این دلیل بود که این فناوری در واقع برای ساخت سریع و کم‌هزینهٔ نمونهٔ اولیه برای یک تولید انبوه طراحی شده بود. سپس چالرز هل در سال ۱۹۸۶ میلادی دستگاه استریولیتوگرافی را به نام خود ثبت کرد. البته هل در دستگاه خود را در سال ۱۹۸۳ اختراع کرده بود و در این مدت به در حال تأسیس شرکت ۳D بود که در آن زمان به نام RP Systems شناخته می‌شد که هم‌اکنون نیز یکی از بزرگترین فعالان حوزهٔ پرینت سه‌بعدی است. در آنجا بود که اولین نمونه این دستگاه را با نام SLA-1 ساخت و در سال ۱۹۸۷ میلادی آن را معرفی کرد و در سال ۱۹۸۸ به اولین تست موفق دست پیدا کرد. در همان زمان‌ها کارل دکارد که در دانشگاه تگزاس مشغول بود در سال ۱۹۸۷ فرایند نمونه‌سازی سریع با پخت لیزری قابل انتخاب را با نام خود پر کرد. این ثبت اختراع در سال ۱۹۸۹ میلادی صادر شد و بعد از آن مجوزش به DTM Inc. داده شد که بعدها توسط ۳D Systems خریداری شد. در همان سال ۱۹۸۹ میلادی اسکات کرامپ، یکی از مؤسسان Stratasys Inc.[۲] ثبت اختراع دستگاه مدلسازی لایه‌های مذاب را اعلام کرد و آن را به کمپانی اختصاص داد. البته این فناوری هم‌اکنون به صورت مدل متن‌باز RepRap[۳] بسیار فعال است. مواردی که در بالا به آنها اشاره بخشی از مهم‌ترین فعالیت‌ها در حوزهٔ پرینت سه‌بعدی بود که هم‌اکنون این فناوری را به مکانی که هست رسانده‌است. به غیر از موارد بالا اتفاقاتی دیگری نیز در این حوزه رخ داده‌است مثل ساخت اولین پرینتر رومیزی، اولین پرینتر ارزان قیمت و ….
تفاوت پرینترهای سه بعدی:
اساسی‌ترین تفاوت اصول اولیه پرینت سه‌بعدی فرایند ساخت لایه به لایه آن است. در واقع این واژهٔ تولید افزاینده است که این روش تولید از تمامی متدهای تولید سنتی جدا کرده‌است. متد پرینت سه‌بعدی به نحوی است که لایه‌هایی با دقت کسری از میلی‌متر را به صورت بخش بخش می‌سازد در حالی که متدهای سنتی تماماً بر اساس براده برداری یا قالب‌ریزی و ریخته‌گری بوده‌اند و خود کلمهٔ Manufacturing ریشهٔ لغوی در زبان فرانسوی دارد که به معنای «ساخته شده توسط دست» می‌باشد. در روش‌های سنتی که ذکر شد محدودیت‌ها و معایب بسیاری دیده می‌شود، مثلاً در روش براده‌برداری که از یک قطعه بزرگتر به جسم نهایی می‌رسند معمولاً ۹۰٪ از ماده هدر می‌رود که هزینهٔ زیادی برای تولیدکننده و در نتیجه مصرف‌کننده خواهد داشت. در مقابل ایدهٔ پرینت سه‌بعدی لایه‌ها را بر روی هم می‌سازد و هیچ‌گونه هدر رفتی از ماده اولیه نخواهیم داشت و این فعالیت نیز کاملاً به صورت اتوماتیک انجام می‌شود و دقت بالایی نیز دارد.
پرینت سه‌بعدی یک فناوری توانمند است که طراحان را تحریک و تشویق می‌کند و به آنها آزادی طراحی بی‌سابقه‌ای می‌دهد و این در حالی است که این فرایند ابزار کمتری نیاز دارد و در نتیجه باعث کاهش هزینه‌های سنگین می‌شود. همچنین به‌وسیلهٔ این تکنولوژی قطعات را می‌توان به‌طور خاص طراحی کرد و نیازی به مونتاژ با هندسه پیچیده و ویژگی‌های پیچیده برای دستگاه نیست.
این فناوری همچنین به عنوان یک تکنولوژی با مصرف بهینه انرژی ظهور کرده‌است و همچنین هیچ‌گونه آلودگی‌ای برای محیط زیست ندارد. با استفاده از مواد استاندارد طول عمر قطعات بیشتر می‌شود، وزن آنها کاهش می‌یابد در عین حال استحکام بالا می‌رود.
در سال‌های اخیر فناوری پرینت سه‌بعدی از نمونه‌سازی سریع و فرایند تولید صنعتی فراتر رفته‌است به کمپانی‌های کوچک و حتی فعالیت‌های شخصی راه پیدا کرده‌است. امکان‌سنجی و ایده پردازی پرینت‌های سه بعدی برای بار اول در سال ۱۹۵۰ به ذهن دانشمندان راه یافت. طرح اولیهٔ پرینترهای سه بعدی در دهه هشتاد با نام "Rapid Prototyping" ارائه و اولین نمونه از آن توسط چارز هال ساخته و به نام این دانشمند ثبت شد. اما پرینترهای سه بعدی حال حاضر برای اولین بار با روش SLA در سال ۱۹۸۶ ساخته و دو سال بعد وارد بازار شدند.
کاربردها
امروزه مدلسازی سه بعدی در رشته‌های گوناگونی همچون قطعه سازی، معماری، طراحی صنعتی، روباتیک، صنایع هوافضا و… رایج است. این مدلسازیها تا پیش از این به شکل تصاویر دو بعدی روی صفحه‌های نمایشگر یا روی کاغذ ارائه می‌شدند تا افراد با دیدن آنها درکی از آنچه طراحان در ذهنشان دارند بدست آورند.
پرینترهای سه بعدی توانایی تولید هر نوع قطعه‌ای با هر شکل و زاویه‌ای که باشد، تو پر باشد، یا تو خالی، صاف باشد یا منحنی، … هر قطعه‌ای با هر طراحی را دارد. این نیاز در همه جا قابل لمس است. صنعت، پزشکی، آموزشی، خودرو سازی، نظامی و هر کاری که نیاز به شبیه‌سازی، تولید ماکت و ساخت طرح اولیه دارد، با استفاده از پرینتر سه بعدی، هم می‌تواند، پروسهٔ زمانبر شبیه‌سازی و ساخت ماکت قطعات را تسریع بخشد و تنها با پرینت گرفتن طرح سه بعدی در زمانی بسیار کم، به بررسی قطعه بپردازد.
هوافضا
چاپ سه بعدی در هوافضا، نوآوری سریع و پروازی با اعتماد به نفس را رقم می‌زند. این تکنولوژی به محققان کمک می‌کند ایده‌های خود را به راحتی تصویرسازی کنند و بهتر بتوانند تحقیقات خود دربارهٔ فضای ماوراء جو زمین را کامل کنند. در گذشته طراحان در هوافضا باید زمان زیادی را صرف تصور و مدلسازی می‌کردند. امروزه تکنولوژی چاپ سه بعدی، این اجازه را به مهندسین هوافضا می‌دهد که در ساخت تجهیزات، دستگاه‌ها و قطعات یدکی هواپیما بتوانند اختراعات خود را به راحتی نمونه‌سازی کنند و بتوانند قالب‌های مختلفی را چاپ کنند؛ و حتی در تعمیر قطعات هواپیمای خود سرعت عمل داشته باشند. عدم وابستگی به ساخت در قالب‌ها و در نتیجه افزایش توانایی برای تولید قطعات پیچیده بدون محدودیت در هندسه باعث شده که این روش نسبت به روش‌های قدیمی تر همچون ریخته‌گری و ماشین کاری پیشرفت چشمگیری داشته باشد. از مزایای استفاده از این فناوری، ساخت قطعات یکپارچه و مستحکم است به گونه‌ای که دیگر نیاز به مونتاژ چندین قطعه روی هم نیست. در سال‌های اخیر شاهد تولید نهایی قطعات موتور فضاپیماها و موشک‌ها توسط پرینترهای سه بعدی هستیم. با توجه به محدودیت‌های موجود در به‌کارگیری روش‌های دیگر ساخت قطعات در فضا شیوه استفاده از چاپ سه بعدی روش منحصر به فرد در ساخت قطعات مورد نیاز در فضا است.
معماری
ساخت سریع جزئیات ساختمان، مدل‌ها و ماکت‌های با دوام از طراحی‌های مختلف معماری، تنها با چاپ سه بعدی امکان‌پذیر شده‌است. تکنولوژی چاپ سه بعدی به معماران و شرکت‌های معماری کمک می‌کند که به طرز حیرت‌انگیزی ماکتی بادوام و دقیق از مدل‌های طراحی شده و آرایه‌های مختلف طرح خود داشته باشند.
خودروسازی
چاپ سه بعدی نمونه طراحی شده قطعات در خودروسازی و بررسی دقیق نمونه، قبل از تولید، از کوچکترین خطا در تولید جلوگیری کرده و به طراحی دقیق تر تجهیزات کمک می‌کند. مهندسین می‌توانند با چاپ سه بعدی نمونه قطعات با حجم کم، بررسی‌های لازم را دقیق تر انجام داده و از تولید و اشتباهات مکرر جلوگیری کنند. چاپ سه بعدی موانع نوآوری در تولید را می‌شکند و حرکت در راستای تولید با اطمینان را سرعت می‌بخشد.
قطعات صنعتی
تولیدات صنعتی بر پایه طراحی دقیق و حرفه‌ای قطعات استوار می‌باشد. این امر نیاز به بررسی دقیق نمونه قیل از تولید می‌باشد، که پرینترهای سه بعدی کمک شایانی در این زمینه به تولیدکنندگان می‌کند. با استفاده از پرینت سه بعدی می‌توان سفارش‌ها سریع قطعات با ساختار پیچیده را با تمام جزئیات بررسی و نواقص را رفع کرد.
تجهیزات نظامی
تجهیزات نظامی دارای ساختار پیچیده و قطعات ظریف و حساسی می‌باشد که این امر مدلسازی و ماکت‌سازی طرح اولیه را مشکل کرده. با استفاده از پرینترهای سه بعدی می‌توان هر نوع قطعه‌ای با هر ساختاری را چاپ کرد. می‌توان عنوان کرد بیشترین کاربرد پرینترهای سه بعدی در این زمینه می‌باشد. در طراحی‌های صنعتی به عنوان پیش ساز قطعات نیز از پرینترهای سه بعدی استفاده می‌گردد.
تجهیزات پزشکی
برای تولید تجهیزات پزشکی و طراحی‌های دقیق در این زمینه، و همچنین تولید اندام‌های مصنوعی، نیاز به تولید طراحی قالب‌هایی با ابعاد و متریال بادوام می‌باشد که پرینترهای سه بعدی پاسخگوی این نیاز در علم پزشکی می‌باشند.
چاپ زیستی
یکی از مشکلات بیمارانی که نیاز به پیوند اعضا دارند پیدا کردن فرد اهداکننده و عضو پیوندی است. فناوری چاپ زیستی سه بعدی با چاپ اندام‌های زنده به کمک سلول‌های بنیادی و مواد زیستی این مشکل را حل کرده‌است.
هنر
در سال ۲۰۰۵، مجله‌های دانشگاهی، از احتمال استفاده پرینترهای سه بعدی در رشته‌های هنری خبر دادند که توسط Martin John Callanan در دانشگاه معماری Bartlett پیگیری می‌شد. به مرور، پرینترهای سه بعدی، با توانایی ارائهٔ کالاهای اختصاصی مانند قاب‌های موبایل دلخواه، عروسک، مجسمه و شکلات‌های سه بعدی محبوب تر شدند.
انواع تکنولوژی‌های به کار گرفته شده در پرینتر سه بعدی
Stereo lithography (SL)
استریولیتوگرافی به‌طور گسترده‌ای به عنوان اولین تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی شناخته می‌شود و قطعاً این دستگاه بود که اولین پرینتر سه‌بعدی بود صورت تجاری معرفی شد. استریولیتوگرافی یک فناوری بر پایهٔ لیزر می‌باشد که با رزین‌های فوتوپلیمر[۱] کار می‌کند که با پرتو لیزر واکنش نشان می‌دهد و به طریق بسیار دقیقی شکل جامد را ایجاد می‌کند، این تکنولوژی برای ساخت قطعات بسیار دقیق کاربرد دارد.
این فناوری‌ای پیچیده‌ای است اما براحتی بیان می‌شود؛ رزین فوتوپلیمر در یک مخزن که بر روی یک صفحه متحرک قرار دارد نگهداری می‌شود. یک پرتوی لیزری در راستای محورهای X و Y مطابق با فایل سه‌بعدی (با فرمت STL.) به سطح تابیده می‌شود که باعث سفت شدن رزین با دقت بسیار بالایی در لایهٔ بسیار کم ضخامتی می‌شود، بعد از تکمیل شدن یک لایه مخزن به سمت پایین در راستای محور Z حرکت می‌کند و لایه‌های بعدی نیز به وسیلهٔ لیزر ترسیم می‌شوند. این پروسه ادامه پیدا می‌کند تا وقتی که تمام شئی مورد نظر از رزین سفت شده تشکیل شود و این زمانی اتفاق می‌افتد که شئی کاملاً از مخزن حاوی رزین بیرون بیاید.
به دلیل طبیعت فرایند استریولیتوگرافی، بعضی از بخش‌های در حال پرینت نیاز به ساختاری برای حمایت دارند تا وزن آن لایه باعث از دست دادن شکل واقعی‌اش نشود، به خصوص در محل‌هایی که طرح شامل برآمدگی یا برش به سمت داخل است و این ساختارهای حمایت‌کننده باید در انتها به صورت دستی از قطعه جدا شوند.
استریولیتوگرافی عموماً به عنوان دقیق‌ترین فرایند پرینت سه‌بعدی شناخته می‌شود که کیفیت سطح نهایی فوق‌العاده‌ای دارد. با این حال نواقصی شامل مراحل مورد نیاز پردازش پس از اتمام پرینت و عدم ثبات مواد در طول زمان و امکان ایجاد استعداد شکستگی مطرح می‌باشد.
Digital Light Processing (DLP)
این فناوری شبیه به پروسه استریولیتوگرافی در پرینت سه‌بعدی است که با فوتوپلیمر کار می‌کند. تفاوت عمده این دو روش در منبع تابش پرتو آنهاست. در DLP از یک منبع نور معمولی استفاده می‌شود به همراه یک صفحه [۱]LCD یا [۲]DMD که تمام سطح مخزن حاوی رزین فوتوپلیمر را در یک لحظه تحت تأثیر قرار می‌دهد و در واقع هر لایه را در یک لحظه می‌سازد و به همین دلیل عموماً از تکنولوژی استریولیتوگرافی سریع‌تر است.
همانند استریولیتوگرافی فناوری DLP قطعاتی با دقت بالا و رزولوشن بسیار عالی می‌سازد و اما مشکلات مشابه آن را نیز دارد، مانند نیاز به ساختار حمایتی و نیاز به پرداخت بعد از اتمام پرینت. یکی از مزایای DLP نسبت به SL این است که در آن به یک مخزن حاوی رزین با عمق بسیار کم نیاز است که باعث کاهش هزینه و صرفه‌جویی در هدر رفت مواد می‌شود.
فناوری استریولیتوگرافی پوششی شبیه به پرینتر سه بعدی SL و DLP است اما از روش متفاوت برای تولید قطعات استفاده می کند. در این روش یک منبع نور گسترده موازی در زیر یک فیلم کریستال ترانزیستوری و TFT قرار می گیرد فیلم ترانزیستوری با ایجاد لایه ماسک نور را پردازش و در نقاط مشخص از خود عبور می دهد و در دیگر نقاط از عبور نور جلوگیری می کند. از این رو، این روش استریولیتوگرافی پوششی نام گذاری شده است. پرینتر سه بعدی MSLA با رزین فوتوپلیمر قطعاتی با دقت بسیار عالی می سازد و مانند فناوری ها DLP و SL از رزین های فوتوپلیمر استفاده می کند، اما مانند آنها مشکلات زوم و فکوس و تنطیمات کالیبره کردن نوری و پروژکتور را ندارد.
پرینت سه‌بعدی از طریق ریختن ترموپلاستیک مذاب و تشکیل لایه‌ها آسان‌ترین و معمول‌ترین تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی است؛ که همواره با نام اختصاری FDM شناخته می‌شود و به دلیل قدیمی بودن این نام یک نام تجاری شناخته می‌شود که البته توسط شرکت Stratasys در سال ۱۹۹۰ میلادی ثبت شده‌است. البته در آن زمان دستگاه‌های FDM به شکل امروزی پرکاربرد نبودند و شرکت Stratasys به تولید صنعتی آنها می‌پرداخت ولی از سال ۲۰۰۹ میلادی دستگاه‌های خانگی و دست‌ساز ظهور کردند و هم‌اکنون با وسعت زیادی در حال پیشرفت هستند.
روش کاری این دستگاه به نحوی است که یک رشته پلاستیک وارد دستگاه می‌شود و در دمای بالایی از نوک نازل به صورت ذوب‌شده بیرون می‌آید و هر لایه را با این مواد مذاب شکل می‌دهد، استحکام لایه‌ها به نحوهٔ سفت شدن آنها و میزان تماس با لایه‌ها قبلی دارد. این تکنولوژی در هر صورت برای پرینت قطعات با برآمدگی و فرورفتگی به پایه‌های حمایتی نیاز دارد و بعد از اتمام پرینت نیز سطح آن باید
(Selective Laser Sintering (SLS به کمک یک لیزر و ذوب و سپس جامد کردن لایه‌ها از مواد اولیه پودری محصول نهایی را شکل می‌دهد. این نوع پرینتر دارای دو bed است که هنگام شروع فرایند پرینت لیزر طرح اولین لایه از جسم را روی پودر می‌اندازد و سطح ماده سینتر می‌شود. مادامی که اولین لایه مستحکم شد یکی از bedها به آرامی پایین می‌آید و bed دیگر که در جهت عکس (بالا) حرکت می‌کند و با کمک غلتک یک لایه از پودر را روی bed دیگر به صورت همگون پخش می‌کند و سپس روی لایه جدید لیزر دوباره اقدام به سینتر می‌کند و با ادامه این روند به محصول نهایی می‌رسیم.
SLS بیشتر کاربردهای چاپ سه بعدی صنعتی را در تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی دارد. با این حال اکنون نسخه‌های رومیزی آن نیز در بازار یافت می‌شود و به نظر می‌رسد بیش از پیش به سمت عامه پسندی حرکت کند. مواد اولیه این تکنولوژی شامل پلاستیک‌های متنوعی همچون پلی آمید (نایلون)، پلی استایرن (polystyrenes) و thermoplastic elastomers می‌شود.
SLS به‌طور گسترده برای ساخت نمونه‌های اولیه و سایر قطعات در سطح محصول نهایی استفاده می‌شود. بزرگترین مزیت سینتر لیزر، آزادیِ طراحی است؛ پودر ذوب نشدهِ اضافی به عنوان یک ساپورت برای ساختاری که تولید شده عمل می‌کند که باعث می‌شود اجازه داشته باشیم که شکل‌های پیچیده بدون احتیاج به ساپورت پرینت کنیم.
(Material Jetting (PolyJet and MultiJet Modeling
این تکنولوژی‌ها شباهت زیادی به تکنولوژی‌های جوهر افشان دارند با این تفاوت که به جای جوهر فشانی روی کاغذ، این مدل از پرینترهای سه بعدی لایه‌های فوتوپلیمر را روی یک سینی ساخت (build tray) پخش می‌کنند و سپس با نور UV آن را cure می‌کنند.
فرایند ساخت هنگامی که پرینتر مواد مایع را روی سینی ساخت می‌پاشد (jetting) شروع می‌شود. این جت‌ها توسط اشعه ماورا بنفشی که قطرات کوچک از مایع فوتوپلیمر را اصلاحا cure می‌کند دنبال می‌شوند. هنگام تکرار این پروسه؛ این لایه‌های نازک بر روی سینی ساخت یک شی دقیق را می‌سازند که در ان برآمدگی‌ها و اشکال پیچیده نیاز به ساپورت دارند به این منظور جت پرینت از یک ماده پشتیان ژل- مانند که به‌طور موقت به قطعه محصول می‌چسبد و به راحتی بعد از پرینت جدا می‌شود؛ استفاده می‌کند.
کاربردهای این پرینتر صنعتی می‌باشد. مواد انتخابی شامل فوتوپلیمرهای مایعی می‌شود و که محصول نهایی را می‌سازند و صفاتی مانند انعطاف‌پذیری – عبور کامل نور – سختی را در محصول نهایی از این می‌بینیم. پیشرفته‌ترین سیستم حتی می‌تواند از جت‌های متعدد برای ترکیبی از خواص مواد و رنگ‌های مختلف استفاده کند.
این روش مزایای بسیاری برای قالب‌سازی سریع و نمونه‌سازی دارد و به کاربر اجازه می‌دهد تا نمونه‌های اولیه واقع بینانه و کاربردی با جزئیات عالی ایجاد کند. دقیق‌ترین دقت این تکنولوژِ تا ۱۶ میکرون (نازک‌تر از مو انسان) می‌باشد.
Binder Jetting
این تکنولوژی بسیار شبیه به SLS است به نحوی که پرینتر از لایه‌های نازک مواد پودری برای ساختن محصول نهایی استفاده می‌کند ولی به جای لیزر و عمل سینتر شدن لایه‌ها، این پرینتر با کمک روش بایندر کردن و اتصال بایندری پودرها هر لایه را می‌سازد.
این بایندر از یک ن (چند) نازل بیرون می‌آید. پروسه پرینت با پخش مواد بایندر از نازل و اتصال پودرها بر طبق طرح هر لایه شروع می‌شود. پس از اتمام یک لایه، bed ِ پرینت به سمت پایین حرکت می‌کند و همانند پروسه SLS , bed ِ دیگری به اندازه یک لایه بالا می‌آید و پودر ریز لاسه پودر را از روی آن به روی محفظه پرینت هدایت می‌کند و لایه جدید به صورت یکنواخت روی سطح لایه قبلی ایجاد می‌شود سپس طرح این لایه نیز توسط سیستم بایندر زده می‌شود و با ادامه یافتن این پروسه محصول به دست می‌آید.
سپس پودرهای اضافی از جسم جدا می‌شود و به وسیله یک چسب برای استحکام پوشش داده می‌شود و از تغییر رنگ ناخواسته نیز جلوگیری می‌شود. این تکنولوژی کاربرد صنعتی گسترده‌ای دارد. در چاپ سه بعدی تمام رنگی از این روش استفاده می‌شود و معمولاً از پودر آن نوعی ماسه سنگ است. این روش کاربرد زیادی در مجسمه‌های رنگی و مدل‌های معماری دارد.. فرایند چاپ به نسبت SLS انرژی کمتری مصرف می‌کند اما استحکام نمونه‌های پرینت کمتر است. مزیت‌های چاپ پیچیده و مسائل مربوط به ساپورت در آن مشابه SLS است.
Laser Sintering/ Laser Melting
دو واژهٔ پخت لیزری و ذوب لیزری اصطلاحاتی هستند قابل جایگزینی که عموماً به پرینترهای سه‌بعدی اختصاص داده می‌شوند که با پودر ماده مورد نظر و لیزر کار می‌کنند. لیزر با توجه به داده‌های مربوط به پرینتر سه‌بعدی در صفحهٔ X-Y که حاوی پودر فشرده پیماش می‌کند و لایه‌های طرح نهایی را ترسیم می‌کند. بعد از تابش لیزر به پودر مورد نظر ماده پخت یا ذوب می‌شود که در هر دو صورت در نهایت منجر به سفت شدن آن بخش از پودر می‌شود. بعد از اتمام هر لایه پودر تدریجاً به سمت پایین حرکت می‌کند و یک غلتک سطح پودر جدید را هموار می‌ند و صفحه آماده می‌شود تا لیزر لایهٔ جدید را بر روی آن شکل بدهد.
در این فناوری بسیار مهم است که دما به صورت دقیق حفظ شود و در طول پروسه در نقطهٔ ذوب پودر مورد نظر قرار داشته باشد. بعد از اتمام کامل قطعه آن را از داخل دستگاه بیرون می‌آورد و پودرهای باقیماندهٔ داخل آن را به وسیلهٔ باد یا ضربه خارج می‌کنند. یکی از مزیت‌های مهم این فناوری عدم نیاز آن به ساختار حمایتی برای طرح‌هایی که برآمدگی یا فرورفتگی دارند می‌باشد و این نقش را پودر فشرده‌ای که پخت نشده بر عهده دارد و این امکان ساخت طرح‌های پیچیده‌ای که با روش‌های دیگر نمی‌توان ساخت را به طراح می‌دهد.
در این تکنولوژی از پلاستیک و فلز می‌توان استفاده کرد، البته برای کار با فلز به لیزر بسیار قوی‌تری جهت پخت و دمای بالاتری جهت قرار دادن فلز در دمای ذوب نیاز است.
(Laminated Object Manufacturing (LOM
چاپگر LOM از ورقه‌های پوشش داده شده با چسب استفاده می‌کند که در طول صفحه کار و غلتک گرم قرار داده شده‌است. غلتک گرم با عبور از روی ورقه چسب آن را ذوب می‌کند. سپس لیزر اندازه‌های دلخواه از قطعه را ترسیم می‌کند. پس از اتمام لایه ها، صفحه کار به اندازه یک شانزدهم اینچ به سمت پایین حرکت می‌کند. ورقهٔ جدیدی از مواد در طول بستر کشیده شده و توسط غلتک داغی به آن می چسبد. این روند بارها و بارها تکرار می‌شود تا زمانی که قطعه به‌طور کامل پرینت شود. پس از جدا شدن مواد اضافی می‌توان قطعه را سمباده کشید یا رنگ آمیزی کرد. اگر در طول چاپ از مواد کاغذی استفاده شود، قطعه مشخصاتی مانند چوب پیدا می‌کند که باید در مقابل رطوبت محافظت شود. در این صورت رنگ کردن قطعه می‌تواند ایده مناسبی باشد. با اینکه LOM پر طرفدارترین شیوهٔ چاپ نمی‌باشد اما یکی از مقرون به صرفه‌ترین و سریع‌ترین روش‌ها است. هزینه چاپ به دلیل ارزان بودن مواد خام، پایین است. با استفاده از روش LOM امکان پرینت قطعات نسبتاً بزرگ می‌باشد. در حال حاضر Cubic Technologies، جانشین شرکت Helisys، سازندهٔ اصلی چاپگرهای LOM می‌باشد. این روزها شرکت‌های زیادی نیستند که از تکنولوژی LOM استفاده کنند اما خالی از لطف نیست که به شرکت ایرلندی Mcor Technologies Ltd، فروشنده چاپگرهای سه بعدی LOM اشاره‌ای کنیم. دستگاه‌های این کمپانی به‌طور گسترده‌ای توسط هنرمندان، معماران و توسعه دهندگان محصولات به منظور ساخت پروژه‌های قابل اجرا با کاغذهای نامه معمولی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
(Electron Beam Melting (EBM
EBM نوع دیگری از ساخت افزایشی برای قطعات فلزی است که در ابتدای قرن حاضر توسط Arcam AB ساخته شد. در این روش نیز همانند SLM ماده اولیه به صورت پودر می‌باشد. تفاوت اصلی این دو روش در این است که SLM از پرتو لیزر قدرتمند به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کند، این در حالی است که EBM از یک پرتو الکترون استفاده می‌کند. ماده مورد استفاده در EBM، پودر فلزی است که در اثر تابش پرتو الکترونی که توسط کامپیوتر کنترل می‌شود، ذوب شده و لایه به لایه تا تشکیل نهایی قطعه ادامه می یابد. بر خلاف SLS، در EBM پودر فلزی به‌طور کامل ذوب می‌شود. این روند معمولاً در دماهای بالا تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود. در مقایسه با SLM این روش نسبتاً کند و گران است. دسترسی محدود به مواد از دیگر معایب این روش است. در حال حاضر مواد مورد استفاده این روش، تیتانیوم تجاری، Inconel 718 و Inconel 625 است. کاربرد EBM عمدتاً در ایمپلنت‌های پزشکی و صنعت هوافضا می‌باشد.
(Setereo Lithography Aparatus(SLA
این روش نخستین روش در حوزهٔ پرینت سه بعدی می‌باشد که در سال ۱۹۸۸ میلادی توسط شرکت ۳D SYSTEMS آمریکا بر اساس اختراع آقای چارلز (Charles Hull) هال معرفی گردید. در این روش از رزین فوتوپلیمر برای تولید قطعات استفاده می‌شود که آن را به صورت انتخابی توسط لیزری با طول موج خاص سفت می‌کنند.دستگاه SLA از یک سکوی ساخت تشکیل شده‌است که قطعه مورد نظر بر روی آن ساخته می‌شود و در داخل یک مخزن حاوی رزین در جهت عمودی حرکت می‌کند. همچنین یک سیستم لیزر در بالای دستگاه قرار دارد که به همراه یک سیستم اسکن لیزر دو بعدی لکه لیزر را بر روی سطح رزین در قسمت مشخص می تاباند و باعث سفت شدن آن و تشکیل قطعه می‌شود. قطعه به صورت لایه لایه بر روی هم ساخته می‌شود و به بالا می‌آیدو هر لایه در این روش مابین حدود ۷۰ تا ۵۰۰ میکرون قابل تغییر می‌باشد.
در این روش نیاز است تا در زیر قسمت‌هایی از قطعه که دارای زاویه منفی باشند، ساپورت‌گذاری شود که این کار توسط نرم‌افزارهای مربوطه انجام می‌شود. نیاز به ساپورت‌گذاری در این روش برخی محدودیت‌ها را در قطعات تولیدی ایجاد می‌کند.
اولین تکنولوژی پرینت سه‌بعدی در سال ۱۹۸۰ میلادی مشاهده شد. دکتر کودامای ژاپنی اولین بار این تکنولوژی را به نام خود ثبت کرد. در آن زمان این تکنولوژی نمونه‌سازی سریع خوانده می‌شد، این نام‌گذاری به این دلیل بود که این فناوری در واقع برای ساخت سریع و کم‌هزینهٔ نمونهٔ اولیه برای یک تولید انبوه طراحی شده بود. سپس چالرز هل در سال ۱۹۸۶ میلادی دستگاه استریولیتوگرافی را به نام خود ثبت کرد. البته هل در دستگاه خود را در سال ۱۹۸۳ اختراع کرده بود و در این مدت به در حال تأسیس شرکت ۳D بود که در آن زمان به نام RP Systems شناخته می‌شد که هم‌اکنون نیز یکی از بزرگترین فعالان حوزهٔ پرینت سه‌بعدی است. در آنجا بود که اولین نمونه این دستگاه را با نام SLA-1 ساخت و در سال ۱۹۸۷ میلادی آن را معرفی کرد و در سال ۱۹۸۸ به اولین تست موفق دست پیدا کرد. در همان زمان‌ها کارل دکارد که در دانشگاه تگزاس مشغول بود در سال ۱۹۸۷ فرایند نمونه‌سازی سریع با پخت لیزری قابل انتخاب را با نام خود پر کرد. این ثبت اختراع در سال ۱۹۸۹ میلادی صادر شد و بعد از آن مجوزش به DTM Inc. داده شد که بعدها توسط ۳D Systems خریداری شد. در همان سال ۱۹۸۹ میلادی اسکات کرامپ، یکی از مؤسسان Stratasys Inc.[۲] ثبت اختراع دستگاه مدلسازی لایه‌های مذاب را اعلام کرد و آن را به کمپانی اختصاص داد. البته این فناوری هم‌اکنون به صورت مدل متن‌باز RepRap[۳] بسیار فعال است. مواردی که در بالا به آنها اشاره بخشی از مهم‌ترین فعالیت‌ها در حوزهٔ پرینت سه‌بعدی بود که هم‌اکنون این فناوری را به مکانی که هست رسانده‌است. به غیر از موارد بالا اتفاقاتی دیگری نیز در این حوزه رخ داده‌است مثل ساخت اولین پرینتر رومیزی، اولین پرینتر ارزان قیمت و ….
تفاوت پرینترهای سه بعدی:
اساسی‌ترین تفاوت اصول اولیه پرینت سه‌بعدی فرایند ساخت لایه به لایه آن است. در واقع این واژهٔ تولید افزاینده است که این روش تولید از تمامی متدهای تولید سنتی جدا کرده‌است. متد پرینت سه‌بعدی به نحوی است که لایه‌هایی با دقت کسری از میلی‌متر را به صورت بخش بخش می‌سازد در حالی که متدهای سنتی تماماً بر اساس براده برداری یا قالب‌ریزی و ریخته‌گری بوده‌اند و خود کلمهٔ Manufacturing ریشهٔ لغوی در زبان فرانسوی دارد که به معنای «ساخته شده توسط دست» می‌باشد. در روش‌های سنتی که ذکر شد محدودیت‌ها و معایب بسیاری دیده می‌شود، مثلاً در روش براده‌برداری که از یک قطعه بزرگتر به جسم نهایی می‌رسند معمولاً ۹۰٪ از ماده هدر می‌رود که هزینهٔ زیادی برای تولیدکننده و در نتیجه مصرف‌کننده خواهد داشت. در مقابل ایدهٔ پرینت سه‌بعدی لایه‌ها را بر روی هم می‌سازد و هیچ‌گونه هدر رفتی از ماده اولیه نخواهیم داشت و این فعالیت نیز کاملاً به صورت اتوماتیک انجام می‌شود و دقت بالایی نیز دارد.
پرینت سه‌بعدی یک فناوری توانمند است که طراحان را تحریک و تشویق می‌کند و به آنها آزادی طراحی بی‌سابقه‌ای می‌دهد و این در حالی است که این فرایند ابزار کمتری نیاز دارد و در نتیجه باعث کاهش هزینه‌های سنگین می‌شود. همچنین به‌وسیلهٔ این تکنولوژی قطعات را می‌توان به‌طور خاص طراحی کرد و نیازی به مونتاژ با هندسه پیچیده و ویژگی‌های پیچیده برای دستگاه نیست.
این فناوری همچنین به عنوان یک تکنولوژی با مصرف بهینه انرژی ظهور کرده‌است و همچنین هیچ‌گونه آلودگی‌ای برای محیط زیست ندارد. با استفاده از مواد استاندارد طول عمر قطعات بیشتر می‌شود، وزن آنها کاهش می‌یابد در عین حال استحکام بالا می‌رود.
در سال‌های اخیر فناوری پرینت سه‌بعدی از نمونه‌سازی سریع و فرایند تولید صنعتی فراتر رفته‌است به کمپانی‌های کوچک و حتی فعالیت‌های شخصی راه پیدا کرده‌است. امکان‌سنجی و ایده پردازی پرینت‌های سه بعدی برای بار اول در سال ۱۹۵۰ به ذهن دانشمندان راه یافت. طرح اولیهٔ پرینترهای سه بعدی در دهه هشتاد با نام "Rapid Prototyping" ارائه و اولین نمونه از آن توسط چارز هال ساخته و به نام این دانشمند ثبت شد. اما پرینترهای سه بعدی حال حاضر برای اولین بار با روش SLA در سال ۱۹۸۶ ساخته و دو سال بعد وارد بازار شدند.
کاربردها
امروزه مدلسازی سه بعدی در رشته‌های گوناگونی همچون قطعه سازی، معماری، طراحی صنعتی، روباتیک، صنایع هوافضا و… رایج است. این مدلسازیها تا پیش از این به شکل تصاویر دو بعدی روی صفحه‌های نمایشگر یا روی کاغذ ارائه می‌شدند تا افراد با دیدن آنها درکی از آنچه طراحان در ذهنشان دارند بدست آورند.
پرینترهای سه بعدی توانایی تولید هر نوع قطعه‌ای با هر شکل و زاویه‌ای که باشد، تو پر باشد، یا تو خالی، صاف باشد یا منحنی، … هر قطعه‌ای با هر طراحی را دارد. این نیاز در همه جا قابل لمس است. صنعت، پزشکی، آموزشی، خودرو سازی، نظامی و هر کاری که نیاز به شبیه‌سازی، تولید ماکت و ساخت طرح اولیه دارد، با استفاده از پرینتر سه بعدی، هم می‌تواند، پروسهٔ زمانبر شبیه‌سازی و ساخت ماکت قطعات را تسریع بخشد و تنها با پرینت گرفتن طرح سه بعدی در زمانی بسیار کم، به بررسی قطعه بپردازد.
هوافضا
چاپ سه بعدی در هوافضا، نوآوری سریع و پروازی با اعتماد به نفس را رقم می‌زند. این تکنولوژی به محققان کمک می‌کند ایده‌های خود را به راحتی تصویرسازی کنند و بهتر بتوانند تحقیقات خود دربارهٔ فضای ماوراء جو زمین را کامل کنند. در گذشته طراحان در هوافضا باید زمان زیادی را صرف تصور و مدلسازی می‌کردند. امروزه تکنولوژی چاپ سه بعدی، این اجازه را به مهندسین هوافضا می‌دهد که در ساخت تجهیزات، دستگاه‌ها و قطعات یدکی هواپیما بتوانند اختراعات خود را به راحتی نمونه‌سازی کنند و بتوانند قالب‌های مختلفی را چاپ کنند؛ و حتی در تعمیر قطعات هواپیمای خود سرعت عمل داشته باشند. عدم وابستگی به ساخت در قالب‌ها و در نتیجه افزایش توانایی برای تولید قطعات پیچیده بدون محدودیت در هندسه باعث شده که این روش نسبت به روش‌های قدیمی تر همچون ریخته‌گری و ماشین کاری پیشرفت چشمگیری داشته باشد. از مزایای استفاده از این فناوری، ساخت قطعات یکپارچه و مستحکم است به گونه‌ای که دیگر نیاز به مونتاژ چندین قطعه روی هم نیست. در سال‌های اخیر شاهد تولید نهایی قطعات موتور فضاپیماها و موشک‌ها توسط پرینترهای سه بعدی هستیم. با توجه به محدودیت‌های موجود در به‌کارگیری روش‌های دیگر ساخت قطعات در فضا شیوه استفاده از چاپ سه بعدی روش منحصر به فرد در ساخت قطعات مورد نیاز در فضا است.
معماری
ساخت سریع جزئیات ساختمان، مدل‌ها و ماکت‌های با دوام از طراحی‌های مختلف معماری، تنها با چاپ سه بعدی امکان‌پذیر شده‌است. تکنولوژی چاپ سه بعدی به معماران و شرکت‌های معماری کمک می‌کند که به طرز حیرت‌انگیزی ماکتی بادوام و دقیق از مدل‌های طراحی شده و آرایه‌های مختلف طرح خود داشته باشند.
خودروسازی
چاپ سه بعدی نمونه طراحی شده قطعات در خودروسازی و بررسی دقیق نمونه، قبل از تولید، از کوچکترین خطا در تولید جلوگیری کرده و به طراحی دقیق تر تجهیزات کمک می‌کند. مهندسین می‌توانند با چاپ سه بعدی نمونه قطعات با حجم کم، بررسی‌های لازم را دقیق تر انجام داده و از تولید و اشتباهات مکرر جلوگیری کنند. چاپ سه بعدی موانع نوآوری در تولید را می‌شکند و حرکت در راستای تولید با اطمینان را سرعت می‌بخشد.
قطعات صنعتی
تولیدات صنعتی بر پایه طراحی دقیق و حرفه‌ای قطعات استوار می‌باشد. این امر نیاز به بررسی دقیق نمونه قیل از تولید می‌باشد، که پرینترهای سه بعدی کمک شایانی در این زمینه به تولیدکنندگان می‌کند. با استفاده از پرینت سه بعدی می‌توان سفارش‌ها سریع قطعات با ساختار پیچیده را با تمام جزئیات بررسی و نواقص را رفع کرد.
تجهیزات نظامی
تجهیزات نظامی دارای ساختار پیچیده و قطعات ظریف و حساسی می‌باشد که این امر مدلسازی و ماکت‌سازی طرح اولیه را مشکل کرده. با استفاده از پرینترهای سه بعدی می‌توان هر نوع قطعه‌ای با هر ساختاری را چاپ کرد. می‌توان عنوان کرد بیشترین کاربرد پرینترهای سه بعدی در این زمینه می‌باشد. در طراحی‌های صنعتی به عنوان پیش ساز قطعات نیز از پرینترهای سه بعدی استفاده می‌گردد.
تجهیزات پزشکی
برای تولید تجهیزات پزشکی و طراحی‌های دقیق در این زمینه، و همچنین تولید اندام‌های مصنوعی، نیاز به تولید طراحی قالب‌هایی با ابعاد و متریال بادوام می‌باشد که پرینترهای سه بعدی پاسخگوی این نیاز در علم پزشکی می‌باشند.
چاپ زیستی
یکی از مشکلات بیمارانی که نیاز به پیوند اعضا دارند پیدا کردن فرد اهداکننده و عضو پیوندی است. فناوری چاپ زیستی سه بعدی با چاپ اندام‌های زنده به کمک سلول‌های بنیادی و مواد زیستی این مشکل را حل کرده‌است.
هنر
در سال ۲۰۰۵، مجله‌های دانشگاهی، از احتمال استفاده پرینترهای سه بعدی در رشته‌های هنری خبر دادند که توسط Martin John Callanan در دانشگاه معماری Bartlett پیگیری می‌شد. به مرور، پرینترهای سه بعدی، با توانایی ارائهٔ کالاهای اختصاصی مانند قاب‌های موبایل دلخواه، عروسک، مجسمه و شکلات‌های سه بعدی محبوب تر شدند.
انواع تکنولوژی‌های به کار گرفته شده در پرینتر سه بعدی
Stereo lithography (SL)
استریولیتوگرافی به‌طور گسترده‌ای به عنوان اولین تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی شناخته می‌شود و قطعاً این دستگاه بود که اولین پرینتر سه‌بعدی بود صورت تجاری معرفی شد. استریولیتوگرافی یک فناوری بر پایهٔ لیزر می‌باشد که با رزین‌های فوتوپلیمر[۱] کار می‌کند که با پرتو لیزر واکنش نشان می‌دهد و به طریق بسیار دقیقی شکل جامد را ایجاد می‌کند، این تکنولوژی برای ساخت قطعات بسیار دقیق کاربرد دارد.
این فناوری‌ای پیچیده‌ای است اما براحتی بیان می‌شود؛ رزین فوتوپلیمر در یک مخزن که بر روی یک صفحه متحرک قرار دارد نگهداری می‌شود. یک پرتوی لیزری در راستای محورهای X و Y مطابق با فایل سه‌بعدی (با فرمت STL.) به سطح تابیده می‌شود که باعث سفت شدن رزین با دقت بسیار بالایی در لایهٔ بسیار کم ضخامتی می‌شود، بعد از تکمیل شدن یک لایه مخزن به سمت پایین در راستای محور Z حرکت می‌کند و لایه‌های بعدی نیز به وسیلهٔ لیزر ترسیم می‌شوند. این پروسه ادامه پیدا می‌کند تا وقتی که تمام شئی مورد نظر از رزین سفت شده تشکیل شود و این زمانی اتفاق می‌افتد که شئی کاملاً از مخزن حاوی رزین بیرون بیاید.
به دلیل طبیعت فرایند استریولیتوگرافی، بعضی از بخش‌های در حال پرینت نیاز به ساختاری برای حمایت دارند تا وزن آن لایه باعث از دست دادن شکل واقعی‌اش نشود، به خصوص در محل‌هایی که طرح شامل برآمدگی یا برش به سمت داخل است و این ساختارهای حمایت‌کننده باید در انتها به صورت دستی از قطعه جدا شوند.
استریولیتوگرافی عموماً به عنوان دقیق‌ترین فرایند پرینت سه‌بعدی شناخته می‌شود که کیفیت سطح نهایی فوق‌العاده‌ای دارد. با این حال نواقصی شامل مراحل مورد نیاز پردازش پس از اتمام پرینت و عدم ثبات مواد در طول زمان و امکان ایجاد استعداد شکستگی مطرح می‌باشد.
Digital Light Processing (DLP)
این فناوری شبیه به پروسه استریولیتوگرافی در پرینت سه‌بعدی است که با فوتوپلیمر کار می‌کند. تفاوت عمده این دو روش در منبع تابش پرتو آنهاست. در DLP از یک منبع نور معمولی استفاده می‌شود به همراه یک صفحه [۱]LCD یا [۲]DMD که تمام سطح مخزن حاوی رزین فوتوپلیمر را در یک لحظه تحت تأثیر قرار می‌دهد و در واقع هر لایه را در یک لحظه می‌سازد و به همین دلیل عموماً از تکنولوژی استریولیتوگرافی سریع‌تر است.
همانند استریولیتوگرافی فناوری DLP قطعاتی با دقت بالا و رزولوشن بسیار عالی می‌سازد و اما مشکلات مشابه آن را نیز دارد، مانند نیاز به ساختار حمایتی و نیاز به پرداخت بعد از اتمام پرینت. یکی از مزایای DLP نسبت به SL این است که در آن به یک مخزن حاوی رزین با عمق بسیار کم نیاز است که باعث کاهش هزینه و صرفه‌جویی در هدر رفت مواد می‌شود.
فناوری استریولیتوگرافی پوششی شبیه به پرینتر سه بعدی SL و DLP است اما از روش متفاوت برای تولید قطعات استفاده می کند. در این روش یک منبع نور گسترده موازی در زیر یک فیلم کریستال ترانزیستوری و TFT قرار می گیرد فیلم ترانزیستوری با ایجاد لایه ماسک نور را پردازش و در نقاط مشخص از خود عبور می دهد و در دیگر نقاط از عبور نور جلوگیری می کند. از این رو، این روش استریولیتوگرافی پوششی نام گذاری شده است. پرینتر سه بعدی MSLA با رزین فوتوپلیمر قطعاتی با دقت بسیار عالی می سازد و مانند فناوری ها DLP و SL از رزین های فوتوپلیمر استفاده می کند، اما مانند آنها مشکلات زوم و فکوس و تنطیمات کالیبره کردن نوری و پروژکتور را ندارد.
پرینت سه‌بعدی از طریق ریختن ترموپلاستیک مذاب و تشکیل لایه‌ها آسان‌ترین و معمول‌ترین تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی است؛ که همواره با نام اختصاری FDM شناخته می‌شود و به دلیل قدیمی بودن این نام یک نام تجاری شناخته می‌شود که البته توسط شرکت Stratasys در سال ۱۹۹۰ میلادی ثبت شده‌است. البته در آن زمان دستگاه‌های FDM به شکل امروزی پرکاربرد نبودند و شرکت Stratasys به تولید صنعتی آنها می‌پرداخت ولی از سال ۲۰۰۹ میلادی دستگاه‌های خانگی و دست‌ساز ظهور کردند و هم‌اکنون با وسعت زیادی در حال پیشرفت هستند.
روش کاری این دستگاه به نحوی است که یک رشته پلاستیک وارد دستگاه می‌شود و در دمای بالایی از نوک نازل به صورت ذوب‌شده بیرون می‌آید و هر لایه را با این مواد مذاب شکل می‌دهد، استحکام لایه‌ها به نحوهٔ سفت شدن آنها و میزان تماس با لایه‌ها قبلی دارد. این تکنولوژی در هر صورت برای پرینت قطعات با برآمدگی و فرورفتگی به پایه‌های حمایتی نیاز دارد و بعد از اتمام پرینت نیز سطح آن باید
(Selective Laser Sintering (SLS به کمک یک لیزر و ذوب و سپس جامد کردن لایه‌ها از مواد اولیه پودری محصول نهایی را شکل می‌دهد. این نوع پرینتر دارای دو bed است که هنگام شروع فرایند پرینت لیزر طرح اولین لایه از جسم را روی پودر می‌اندازد و سطح ماده سینتر می‌شود. مادامی که اولین لایه مستحکم شد یکی از bedها به آرامی پایین می‌آید و bed دیگر که در جهت عکس (بالا) حرکت می‌کند و با کمک غلتک یک لایه از پودر را روی bed دیگر به صورت همگون پخش می‌کند و سپس روی لایه جدید لیزر دوباره اقدام به سینتر می‌کند و با ادامه این روند به محصول نهایی می‌رسیم.
SLS بیشتر کاربردهای چاپ سه بعدی صنعتی را در تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی دارد. با این حال اکنون نسخه‌های رومیزی آن نیز در بازار یافت می‌شود و به نظر می‌رسد بیش از پیش به سمت عامه پسندی حرکت کند. مواد اولیه این تکنولوژی شامل پلاستیک‌های متنوعی همچون پلی آمید (نایلون)، پلی استایرن (polystyrenes) و thermoplastic elastomers می‌شود.
SLS به‌طور گسترده برای ساخت نمونه‌های اولیه و سایر قطعات در سطح محصول نهایی استفاده می‌شود. بزرگترین مزیت سینتر لیزر، آزادیِ طراحی است؛ پودر ذوب نشدهِ اضافی به عنوان یک ساپورت برای ساختاری که تولید شده عمل می‌کند که باعث می‌شود اجازه داشته باشیم که شکل‌های پیچیده بدون احتیاج به ساپورت پرینت کنیم.
(Material Jetting (PolyJet and MultiJet Modeling
این تکنولوژی‌ها شباهت زیادی به تکنولوژی‌های جوهر افشان دارند با این تفاوت که به جای جوهر فشانی روی کاغذ، این مدل از پرینترهای سه بعدی لایه‌های فوتوپلیمر را روی یک سینی ساخت (build tray) پخش می‌کنند و سپس با نور UV آن را cure می‌کنند.
فرایند ساخت هنگامی که پرینتر مواد مایع را روی سینی ساخت می‌پاشد (jetting) شروع می‌شود. این جت‌ها توسط اشعه ماورا بنفشی که قطرات کوچک از مایع فوتوپلیمر را اصلاحا cure می‌کند دنبال می‌شوند. هنگام تکرار این پروسه؛ این لایه‌های نازک بر روی سینی ساخت یک شی دقیق را می‌سازند که در ان برآمدگی‌ها و اشکال پیچیده نیاز به ساپورت دارند به این منظور جت پرینت از یک ماده پشتیان ژل- مانند که به‌طور موقت به قطعه محصول می‌چسبد و به راحتی بعد از پرینت جدا می‌شود؛ استفاده می‌کند.
کاربردهای این پرینتر صنعتی می‌باشد. مواد انتخابی شامل فوتوپلیمرهای مایعی می‌شود و که محصول نهایی را می‌سازند و صفاتی مانند انعطاف‌پذیری – عبور کامل نور – سختی را در محصول نهایی از این می‌بینیم. پیشرفته‌ترین سیستم حتی می‌تواند از جت‌های متعدد برای ترکیبی از خواص مواد و رنگ‌های مختلف استفاده کند.
این روش مزایای بسیاری برای قالب‌سازی سریع و نمونه‌سازی دارد و به کاربر اجازه می‌دهد تا نمونه‌های اولیه واقع بینانه و کاربردی با جزئیات عالی ایجاد کند. دقیق‌ترین دقت این تکنولوژِ تا ۱۶ میکرون (نازک‌تر از مو انسان) می‌باشد.
Binder Jetting
این تکنولوژی بسیار شبیه به SLS است به نحوی که پرینتر از لایه‌های نازک مواد پودری برای ساختن محصول نهایی استفاده می‌کند ولی به جای لیزر و عمل سینتر شدن لایه‌ها، این پرینتر با کمک روش بایندر کردن و اتصال بایندری پودرها هر لایه را می‌سازد.
این بایندر از یک ن (چند) نازل بیرون می‌آید. پروسه پرینت با پخش مواد بایندر از نازل و اتصال پودرها بر طبق طرح هر لایه شروع می‌شود. پس از اتمام یک لایه، bed ِ پرینت به سمت پایین حرکت می‌کند و همانند پروسه SLS , bed ِ دیگری به اندازه یک لایه بالا می‌آید و پودر ریز لاسه پودر را از روی آن به روی محفظه پرینت هدایت می‌کند و لایه جدید به صورت یکنواخت روی سطح لایه قبلی ایجاد می‌شود سپس طرح این لایه نیز توسط سیستم بایندر زده می‌شود و با ادامه یافتن این پروسه محصول به دست می‌آید.
سپس پودرهای اضافی از جسم جدا می‌شود و به وسیله یک چسب برای استحکام پوشش داده می‌شود و از تغییر رنگ ناخواسته نیز جلوگیری می‌شود. این تکنولوژی کاربرد صنعتی گسترده‌ای دارد. در چاپ سه بعدی تمام رنگی از این روش استفاده می‌شود و معمولاً از پودر آن نوعی ماسه سنگ است. این روش کاربرد زیادی در مجسمه‌های رنگی و مدل‌های معماری دارد.. فرایند چاپ به نسبت SLS انرژی کمتری مصرف می‌کند اما استحکام نمونه‌های پرینت کمتر است. مزیت‌های چاپ پیچیده و مسائل مربوط به ساپورت در آن مشابه SLS است.
Laser Sintering/ Laser Melting
دو واژهٔ پخت لیزری و ذوب لیزری اصطلاحاتی هستند قابل جایگزینی که عموماً به پرینترهای سه‌بعدی اختصاص داده می‌شوند که با پودر ماده مورد نظر و لیزر کار می‌کنند. لیزر با توجه به داده‌های مربوط به پرینتر سه‌بعدی در صفحهٔ X-Y که حاوی پودر فشرده پیماش می‌کند و لایه‌های طرح نهایی را ترسیم می‌کند. بعد از تابش لیزر به پودر مورد نظر ماده پخت یا ذوب می‌شود که در هر دو صورت در نهایت منجر به سفت شدن آن بخش از پودر می‌شود. بعد از اتمام هر لایه پودر تدریجاً به سمت پایین حرکت می‌کند و یک غلتک سطح پودر جدید را هموار می‌ند و صفحه آماده می‌شود تا لیزر لایهٔ جدید را بر روی آن شکل بدهد.
در این فناوری بسیار مهم است که دما به صورت دقیق حفظ شود و در طول پروسه در نقطهٔ ذوب پودر مورد نظر قرار داشته باشد. بعد از اتمام کامل قطعه آن را از داخل دستگاه بیرون می‌آورد و پودرهای باقیماندهٔ داخل آن را به وسیلهٔ باد یا ضربه خارج می‌کنند. یکی از مزیت‌های مهم این فناوری عدم نیاز آن به ساختار حمایتی برای طرح‌هایی که برآمدگی یا فرورفتگی دارند می‌باشد و این نقش را پودر فشرده‌ای که پخت نشده بر عهده دارد و این امکان ساخت طرح‌های پیچیده‌ای که با روش‌های دیگر نمی‌توان ساخت را به طراح می‌دهد.
در این تکنولوژی از پلاستیک و فلز می‌توان استفاده کرد، البته برای کار با فلز به لیزر بسیار قوی‌تری جهت پخت و دمای بالاتری جهت قرار دادن فلز در دمای ذوب نیاز است.
(Laminated Object Manufacturing (LOM
چاپگر LOM از ورقه‌های پوشش داده شده با چسب استفاده می‌کند که در طول صفحه کار و غلتک گرم قرار داده شده‌است. غلتک گرم با عبور از روی ورقه چسب آن را ذوب می‌کند. سپس لیزر اندازه‌های دلخواه از قطعه را ترسیم می‌کند. پس از اتمام لایه ها، صفحه کار به اندازه یک شانزدهم اینچ به سمت پایین حرکت می‌کند. ورقهٔ جدیدی از مواد در طول بستر کشیده شده و توسط غلتک داغی به آن می چسبد. این روند بارها و بارها تکرار می‌شود تا زمانی که قطعه به‌طور کامل پرینت شود. پس از جدا شدن مواد اضافی می‌توان قطعه را سمباده کشید یا رنگ آمیزی کرد. اگر در طول چاپ از مواد کاغذی استفاده شود، قطعه مشخصاتی مانند چوب پیدا می‌کند که باید در مقابل رطوبت محافظت شود. در این صورت رنگ کردن قطعه می‌تواند ایده مناسبی باشد. با اینکه LOM پر طرفدارترین شیوهٔ چاپ نمی‌باشد اما یکی از مقرون به صرفه‌ترین و سریع‌ترین روش‌ها است. هزینه چاپ به دلیل ارزان بودن مواد خام، پایین است. با استفاده از روش LOM امکان پرینت قطعات نسبتاً بزرگ می‌باشد. در حال حاضر Cubic Technologies، جانشین شرکت Helisys، سازندهٔ اصلی چاپگرهای LOM می‌باشد. این روزها شرکت‌های زیادی نیستند که از تکنولوژی LOM استفاده کنند اما خالی از لطف نیست که به شرکت ایرلندی Mcor Technologies Ltd، فروشنده چاپگرهای سه بعدی LOM اشاره‌ای کنیم. دستگاه‌های این کمپانی به‌طور گسترده‌ای توسط هنرمندان، معماران و توسعه دهندگان محصولات به منظور ساخت پروژه‌های قابل اجرا با کاغذهای نامه معمولی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
(Electron Beam Melting (EBM
EBM نوع دیگری از ساخت افزایشی برای قطعات فلزی است که در ابتدای قرن حاضر توسط Arcam AB ساخته شد. در این روش نیز همانند SLM ماده اولیه به صورت پودر می‌باشد. تفاوت اصلی این دو روش در این است که SLM از پرتو لیزر قدرتمند به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کند، این در حالی است که EBM از یک پرتو الکترون استفاده می‌کند. ماده مورد استفاده در EBM، پودر فلزی است که در اثر تابش پرتو الکترونی که توسط کامپیوتر کنترل می‌شود، ذوب شده و لایه به لایه تا تشکیل نهایی قطعه ادامه می یابد. بر خلاف SLS، در EBM پودر فلزی به‌طور کامل ذوب می‌شود. این روند معمولاً در دماهای بالا تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود. در مقایسه با SLM این روش نسبتاً کند و گران است. دسترسی محدود به مواد از دیگر معایب این روش است. در حال حاضر مواد مورد استفاده این روش، تیتانیوم تجاری، Inconel 718 و Inconel 625 است. کاربرد EBM عمدتاً در ایمپلنت‌های پزشکی و صنعت هوافضا می‌باشد.
(Setereo Lithography Aparatus(SLA
این روش نخستین روش در حوزهٔ پرینت سه بعدی می‌باشد که در سال ۱۹۸۸ میلادی توسط شرکت ۳D SYSTEMS آمریکا بر اساس اختراع آقای چارلز (Charles Hull) هال معرفی گردید. در این روش از رزین فوتوپلیمر برای تولید قطعات استفاده می‌شود که آن را به صورت انتخابی توسط لیزری با طول موج خاص سفت می‌کنند.دستگاه SLA از یک سکوی ساخت تشکیل شده‌است که قطعه مورد نظر بر روی آن ساخته می‌شود و در داخل یک مخزن حاوی رزین در جهت عمودی حرکت می‌کند. همچنین یک سیستم لیزر در بالای دستگاه قرار دارد که به همراه یک سیستم اسکن لیزر دو بعدی لکه لیزر را بر روی سطح رزین در قسمت مشخص می تاباند و باعث سفت شدن آن و تشکیل قطعه می‌شود. قطعه به صورت لایه لایه بر روی هم ساخته می‌شود و به بالا می‌آیدو هر لایه در این روش مابین حدود ۷۰ تا ۵۰۰ میکرون قابل تغییر می‌باشد.
در این روش نیاز است تا در زیر قسمت‌هایی از قطعه که دارای زاویه منفی باشند، ساپورت‌گذاری شود که این کار توسط نرم‌افزارهای مربوطه انجام می‌شود. نیاز به ساپورت‌گذاری در این روش برخی محدودیت‌ها را در قطعات تولیدی ایجاد می‌کند.
- مشخصات
- دانلود
نظرات خود را اینجا بنویسید
