پرینت سه بعدییک فرآیند تولیدی است که یک جسم فیزیکی و سه بعدی را از یک فایل دیجیتالی ایجاد می کند. این فرآیند را تولید افزودنی می نامند، به این معنی که مواد اضافه می شود، نه حذف.
با پرینت سه بعدی، یک طرح دیجیتالی سه بعدی را در یک برنامه مدل سازی، معروف به نرم افزار CAD ایجاد می کنید، و سپس از یک چاپگر سه بعدی برای تولید لایه هایی از مواد برای تشکیل شی تمام شده استفاده می کنید. کسب‌وکارها، محققان، متخصصان پزشکی، علاقه‌مندان و غیره از چاپ سه بعدی برای طیف وسیعی از کاربردها استفاده می‌کنند.
در اینجا نگاهی به نحوه پیدایش پرینت سه بعدی، نحوه کارکرد، کاربرد آن و آینده این فناوری خواهیم داشت.
چاپ سه بعدیممکن است بخشی از فیلم مورد علاقه شما باشد. لوازم جانبی در فیلم‌هایی مانند پلنگ سیاه، مرد آهنی، انتقام‌جویان، و جنگ ستارگان از پرینت سه بعدی استفاده می‌کنند که به طراحان صحنه اجازه می‌دهد به راحتی و با هزینه کم وسایل را ایجاد و بازسازی کنند.
تاریخ (و آینده) پرینت سه بعدی
در اوایل دهه 1980، فناوری چاپ سه بعدی ظاهر شد، اما به عنوان فناوری نمونه سازی سریع یا RP شناخته می شد. در سال 1980، دکتر کوداما از ژاپن یک درخواست ثبت اختراع برای فناوری RP ارائه کرد، اما این روند تکمیل نشد.
در سال 1984، چارلز "چاک" هال فرآیندی را اختراع کرد که او استریولیتوگرافی نامید، که از نور UV برای جامد کردن مواد و ایجاد یک جسم سه بعدی لایه به لایه استفاده می کرد. در سال 1986، هال یک حق اختراع برای دستگاه استریولیتوگرافی خود یا دستگاه SLA صادر کرد.
چاک هال شرکت 3D Systems را تشکیل داد، یکی از بزرگترین شرکت های فناوری سه بعدی در جهان.
سایر فرآیندها و فناوری‌های پرینت سه بعدی تقریباً در همان زمان در حال توسعه بودند و پیشرفت‌های بیشتر در طول دهه 1990 و اوایل دهه 2000 ادامه یافت. با این حال، تمرکز اصلی فناوری چاپ سه بعدی، نمونه سازی اولیه و کاربردهای صنعتی بود.
فناوری پرینت سه بعدیدر سال 2000 زمانی که اولین کلیه با چاپ سه بعدی ساخته شد مورد توجه رسانه های اصلی قرار گرفت، اگرچه پیوند موفقیت آمیز کلیه سه بعدی تا سال 2013 انجام نشد. در سال 2004، پروژه RepRap یک چاپگر سه بعدی چاپگر سه بعدی دیگر را چاپ می کند. توجه بیشتر رسانه ها در سال 2008 با اولین اندام مصنوعی پرینت سه بعدی جلب شد.
پیشرفت‌های سه بعدی دیگر به سرعت دنبال شد، از جمله خانه‌ای با چاپ سه بعدی که یک خانواده در سال ۲۰۱۸ در آن نقل مکان کردند.
امروزه، چاپ سه بعدی فقط مربوط به نمونه های اولیه و تولید صنعتی نیست. علاقه‌مندان، دانشمندان و همه افراد در این بین از چاپ سه بعدی برای تولید محصولات، کالاهای مصرفی، پیشرفت‌های پزشکی، مواد آموزشی و موارد دیگر استفاده می‌کنند. این به سرعت برای مصرف کننده روزمره مفیدتر می شود.
اسکار ادلمن، مدیر عامل شرکت Remi، می گوید که این فرآیند به عنوان مثال در صنعت دندانپزشکی محبوب تر می شود. دقت پرینت سه بعدی فوق‌العاده چشمگیر است و می‌تواند به مشتریان دندانپزشکی در مقایسه با قیمت‌گذاری مطب دندانپزشکی سنتی تا ۸۰ درصد در محصولات صرفه‌جویی کند.
او می‌گوید: «همانطور که فناوری چاپ سریع‌تر، ارزان‌تر و رایج‌تر می‌شود، شاهد خواهیم بود که صنایعی مانند بخش دندانپزشکی بیشتر به این فناوری برای اعمال روزمره متکی هستند.»
چاپ 4 بعدی نیز در راه است، با اشیاء چاپی که می توانند در طول زمان شکل خود را تغییر دهند.
چگونه پرینترهای سه بعدی کار می کنند
انواع مختلفی از فناوری های پرینت سه بعدی وجود دارد، از جمله مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) که به نام ساخت رشته های ذوب شده (FFF) نیز شناخته می شود. FDM رایج ترین و محبوب ترین روش است و در اکثر چاپگرهای سه بعدی مقرون به صرفه استفاده می شود.
روش چاپ FDM از رشته ای از مواد پلاستیکی، کمی شبیه به رشته استفاده می کند. فیلامنت از یک رول به سر گرم شده وارد می شود که پلاستیک را ذوب می کند. سر پلاستیک ذوب شده را بر روی بستر دستگاه بیرون می کشد. سر روی تخت به صورت دو بعدی حرکت می کند و اولین لایه مواد را رسوب می دهد.
پس از تکمیل لایه اول، سر به ضخامت لایه اول به سمت بالا حرکت می کند و لایه بعدی را روی آن قرار می دهد. این قسمت لایه به لایه ساخته می شود، مانند پختن یک نان تکه به تکه.
پرینترهای سه بعدی FDM محبوب عبارتند از MakerBot و Ultimaker.
نمونه ای از نحوه استفاده از چاپگر سه بعدی
در اینجا نگاهی به نحوه عملکرد ساده پرینت سه بعدی در چاپگر FDM داریم.
-
یک مدل سه بعدی را که می خواهید چاپ کنید دانلود کنید یا خودتان آن را طراحی کنید.
مدل های قابل دانلود را در Thingiverse یا GrabCAD پیدا کنید. برای طراحی یک مدل خودتان، SketchUp یا Blender را امتحان کنید. برای قطعات مهندسی، نرم افزار CAD مانند SolidWorks را امتحان کنید.
- اگر قبلاً اینطور نیست، مدل را به یک قالب چاپ سه بعدی، مانند یک فایل STL تبدیل کنید.
-
مدل را در نرم افزارهای برش مانند MakerWare، Cura یا Simplify 3D وارد کنید.
MakerWare با چاپگرهای سه بعدی MakerBot کار می کند. Cura و Simplify 3D G-code تولید می کنند که با اکثر چاپگرهای سه بعدی کار می کند.
-
ساخت را در نرم افزار برش پیکربندی کنید. تصمیم بگیرید که چگونه مدل را روی چاپگر سه بعدی جهت دهید. برای FDM، تندترهای بالای 45 درجه را به حداقل برسانید زیرا به ساختارهای پشتیبانی نیاز دارند.
هنگام تصمیم گیری در مورد جهت، نحوه بارگذاری مدل را در نظر بگیرید تا لایه ها به راحتی از هم جدا نشوند.
Image برای صرفه جویی در زمان و مواد، مدل ها معمولاً جامد نیستند. درصد پر شدن (معمولاً 10 تا 35 درصد)، تعداد لایه های محیطی (معمولاً 1 یا 2) و تعداد لایه های پایین و بالایی (معمولاً 2 تا 4) را مشخص کنید. هنگام تهیه یک مدل برای پرینت سه بعدی موارد دیگری وجود دارد که باید در نظر بگیرید.
- برنامه را صادر کنید، که معمولاً یک فایل G-code است. نرم افزار slicing مدل و پیکربندی ساختی را که مشخص کرده اید به مجموعه ای از دستورالعمل ها تبدیل می کند. چاپگر سه بعدی این را دنبال می کند تا قطعه را بسازد.
- برنامه را با استفاده از کارت SD، USB یا Wi-Fi به چاپگر سه بعدی منتقل کنید.
-
مدل را روی چاپگر سه بعدی چاپ کنید.
Image - وقتی پرینتر سه بعدی ساخت مدل را به پایان رساند، آن را بردارید و احتمالاً آن را نیز تمیز کنید. ساختارهای نگهدارنده را بشکنید و توده های باقی مانده را با کاغذ سنباده ریز بمالید.
انواع دیگر ماشین های چاپ سه بعدی
غیر از چاپگرهای FDM، روش‌های چاپ سه بعدی همچنین شامل استریولیتوگرافی (SLA)، پردازش نور دیجیتال (DLP)، تف جوشی لیزری انتخابی (SLS)، ذوب لیزری انتخابی (SLM)، ساخت اشیای چند لایه (LOM) و دیجیتال است. ذوب پرتو (EBM).
SLA قدیمی ترین فناوری پرینت سه بعدی است و هنوز هم در حال استفاده است. DLP از نور و همچنین پلیمرها استفاده می کند، در حالی که SLS از لیزر به عنوان منبع تغذیه برای ایجاد اشیاء پرینت سه بعدی قوی استفاده می کند. SLM، LOM، و EBM تا حد زیادی مورد توجه قرار نگرفته اند.
آینده پرینت سه بعدی
آیا پرینت سه بعدی به آینده ای از محصولات سفارشی و درخواستی منجر می شود که فوراً مطابق با مشخصات دقیق ما ساخته می شوند؟ در حالی که این موضوع نامشخص است، فناوری چاپ سه بعدی به سرعت در حال رشد است و در بسیاری از زمینه ها استفاده می شود.
پرینت سه بعدی خانه ها، اندام های بدن مانند کلیه ها و اندام ها و سایر پیشرفت ها پتانسیل بهبود زندگی افراد ناگفته در سراسر جهان را دارد.
