پرینتر سه بعدی چیست و چگونه کار می کند؟

پرینت سه بعدی که آمیزه ‌ای از هنر و صنعت است به مجموعه ای از فرآیندها گفته می شود که مواد به طور کنترل شده ای به یکدیگر متصل می شوند.
به عبارت دیگر پرینت سه بعدی  شامل مجموعه ای از فرایند ها است که مواد اولیه به صورت لایه لایه روی یکدیگر بر روی یک صفحه قرار می گیرند که در آخر یک جسم سه بعدی به وجود می آید. در پرینت سه بعدی  این اتفاق با سفت شدن پودر یا ماده اولیه مخصوص که در پرینترهای مختلف بصورت منحصربه فرد است و در هر نقطه از جسم مورد نظر رخ میدهد.

تاریخچه پرینتر سه بعدی

پرینتر های سه بعدی یکی از فناوری هایی بود که به یکی از انقلاب های بزرگ در دوران مدرن صنعت تبدیل شد. ثبت اختراع و فروش تجاری این فناوری به دهه ۸۰ میلادی برمی گردد.

اولین و ابتدایی ترین نشانه و مفهوم از چاپ سه بعدی در سال ۱۸۶۰ توسط یک عکاس پاریسی به نام فرانس ویلم پدیدار شد. این عکاس فرانسوی از تکنولوژی و فناوری ابتدایی پرینتر های سه بعدی برای ساخت مجسمه از پرتره های سه بعدی به وجود آمده از این تکنولوژی استفاده کرد.

فرانس ویلِم این ابداع خود که از پرینتر سه بعدی گرفته بود را مجسمه سازی مکانیکی نامید! برخی دیگر از منابع حاکی از این است که فناوری پرینتر سه بعدی برای اولین بار در سال ۱۹۸۰ توسط دکتر کودامای ژاپنی ابداع و ثبت شد اما به نتیجه ای نرسید.

سرانجام چارلز چاک هال اولین پرینتر سه بعدی را در سال ۱۹۸۳ ابداع و اختراع کرد. او توانست اولین پروسه پرینت سه بعدی با نام استریولیتوگرافی به نام خود ثبت کند. هال استریولیتوگرافی را روشی مناسب برای مدل کردن اجسام جامد از طریق لایه ریزی و سفت کردن این لایه ها توسط اشعه ماورا بنفش می دانست.  

سپس هال اقدام به تاسیس شرکت خود با نام ۳D  System کرد که امروزه یکی از بزرگترین و بهترین شرکت های دنیا در زمینه پرینتر های سه بعدی می باشد.

پرینتر سه بعدی چیست؟

برای اینکه راحت تر فلسفه وجود پرینتر سه بعدی رومیزی را متوجه شوید بهتر است یک مثال ساده سنتی بزنیم. فرض کنید شما برای دکور خانه خود یک گلدان با طرحی متفاوت در ذهن دارید که هر مغازه ای آن را پیدا نمیکنید.

خوب برای این کار شما باید اول طرح خود را روی کاغذ و یا در سیستم پیاده کنید. در ادامه باید یک ریخته گر و یا قالب ساز با مهارت پیدا کنید تا از نتیجه کار و هزینه خود مطمئن شوید.

باید جز به جز طرح خودتان را برای ریخته گر توضیح بدهید و تمام طرح هایی را که میخواهید به او تفهیم کنید. کسانی که ریخته گری و یا قالب سازی کار کرده اند حتما میدانند که باید ساعت ها وقت گذاشت و قالب ها خراب کرد تا نهایتا چیزی شبیه به طرح دلخواه شما را بسازد.

حالا تا ایجای کار در نظر میگیریم که تمام مراحل به درستی و بدون کوچکترین تغییری در طرح شما انجام شده است. اما باید دید که آیا از نظر هزینه این کار به صرفه هست یا خیر؟

باید خدمت شما عرض کنم که با هزینه ای که برای ساخت این گلدان پرداخت میکنید میتوانید چند عدد گلدان بخرید. اگر بخواهیم با نرخ امروز قیمت را محاسبه کنیم باید بگوییم که شما برای یک گلدان کوچک حدودا 10 میلیون باید هزینه کنید.

میتوان گفت پرینتر سه بعدی تمام این کار ها را در منزل برای شما با هزینه خیلی خیلی کمتر انجام میدهد پس در ادامه با ما همراه باشید تا این فناوری بی نظیر را بشناسیم.

مزیت اول:

کاربرد چاپگر3بعدی در مهندسی معکوس

یکی از نکات مثبت تولید افزایشی (3D Printing) نسبت به روشهای تولید سنتی، سرعت تولید قطعات است. در این روش میتوان طراحیهای پیچیده را از طریق یک برنامه CAD بارگذاری و در عرض چند ساعت پرینت کرد. این مزیت باعث می شود که توسعه ایده‌های طراحی سرعت بیشتری داشته باشد (قبلا برای دریافت یک قطعه کانسپت پیش از فرآیند قالبسازی باید چند روز یا حتی چند هفته صبر می کردید ولی در روش تولید افزایشی تنها در عرض چند ساعت قطعه کانسپت را تحویل میگیرد که باعث صرفه جویی در هزینه ها، زمان میگردد).

با توجه به تحریمهای سنگین علیه کشور و مشکلات واردسازی قطعات، وقتی یک قطعه ضروری در ماشین آلات معیوب میگردد امکان خرید قطعه سالم و جدید جایگزین را ندارید زیرا بسیار گران خواهد بود یا اصلا سازنده به ایران خدماتی نمیدهد. بنابراین تنها راهکار مهندسی معکوس است؛ مثلا قطعه معیوب اسکن سه بعدی و مدلسازی گردد و سپس با پرینتر سه بعدی ساخته شود.

مزیت دوم:

کاربرد در پروژه‌های قالب‌سازی کم تعداد

اگرچه 3D Printer قادر به تولید اشیاء شگفت‌انگیزی می‌باشد، اما هنگامیکه این تکنولوژی برای کمک به تولید دیگر اشیاء بجای روشهای قدیمی بکار رود، قدرت و انعطاف استفاده از آن در روند R&D به نمایش گذاشته میشود. در این بین قالبسازی پلاستیک یکی از رایج‌ترین روشهای تولید اجسام است که از انواع مواد مرسوم بکار رفته در پرینتر سه بعدی نیز استفاده میکند.

طرز کار پرینتر سه بعدی SLS

طرز کار این پرینتر تولید افزایشی مى باشد به این صورت است که پرینتر سه بعدى از یک نوع منبع تغذیه بالا مانند یک لیزر استفاده کرده و مخلوطی از ذرات ریز مواد اولیه مانند فلز، سرامیک و یا پودر شیشه را به توده ای جامد سه بعدی تبدیل می کند. در این روش معمولا از پودر مواد استفاده میشود.در این روش مواد به وسیله نور لیزر که از قبل معین شده در نرم افزار، مواد پودر مانند را با استفاده از مدل سه بعدی نمونه (به عنوان مثال یک فایل سه بعدی طراحی شده به وسیله solidwork و یا اسکن سه بعدی) بر روی سطح تولید می کند.روش قرار گیرى لایه ها در این تکنولوژی به این صورت است که نخست لایه ایی از مواد اولیه بر روی سطح قرار داده و پس از جامد شدن و خشک شدن به وسیله لیزر، لایه هاى بعدی مواد اولیه را بر روی لایه قبل قرار می دهیم و این روند تا تمام شدن قطعه مورد نظر ادامه خواهد داشت.
جنس مواد اولیه و کاربرد SLS
این روش در مقایسه با دیگر روشهای پرینت سه بعدی یا تولید و نمونه سازى سریع می تواند مواد اولیه مختلفی را برای کاربردهای گوناگون پشتیبانی کند. موادی از جنس پلیمرها مانند فلزات می توانند به عنوان مواد اولیه چاپ به وسیله این این تکنولوژی به کار می رود که نمونه ساخته شده به وسیله این آلیاژ از استحکام بالایی برخوردار بوده و در بعضی موارد می توان این قطعات را به عنوان قطعه نهایی و قابل مصرف به کار برد.
در کل می توان گفت که تکنولوژی SLS با توجه به امتیازات بالایی که در ساخت اجسام با هندسه های پیچیده دارد، به عنوان یکی از پر کاربردترین روشهای ساخت نمونه اولیه در صنایع مختلف و همچنین به منظور تولید برخی قطعات مصرفى کاربرد دارد. همچنین امروزه این تکنولوژی در بخش و صنایع به خصوص صنایع ماشین سازى و هواپیما سازى به سرعت رو به رشد است.
شاید تنها دلیلى که باعث میشود این چاپگر سه بعدى کمتر مورد استفاده کارگاه هاى کوچک تر شود قیمت بالاى دستگاه ها و مواد اولیه مى باشد ولى توجه به امر که برخى از قطعات طراحى شده و مورد نیاز در صنعت تنها راه تولیدشان به خاطر شکل طرح، فقط پرینتر سه بعدى مى باشد استفاده از این دستگاه و نیاز به آن را در صنعت توجیه میکند.