پرینت سه بعدی چیست؟

فرایند پرینت سه بعدی با ایجاد یک فایل دیجیتالی توسط نرم افزارهای طراحی کامپیوتری مانند autocad، solidworks و … یااسکن سه بعدی یک قطعه آغاز می شود. پس از تکمیل طراحی، فایل ایجاد شده را به منظور قابلیت خوانا بودن برای نرم افزارهای اسلایسر به فرمت STL تبدیل می کنند. پس از آن فایل STL باید توسط نرم افزارهای اسلایسر به صدها و یا هزاران لایه های دو بعدی تقسیم شود. برخی از این نرم افزارها برای اسلایس کردن عبارتند از: cura، mankati، Slic3r و … یک پرینتر سه بعدی با تشکیل این لایه های دو بعدی بر روی یکدیگر قطعه سه بعدی را تولید می کند. تمامی فایل های طراحی شده بدون در نظر گرفتن نوع تکنولوژی پرینت ۳ بعدی باید قبل از پرینت به لایه های دوبعدی تقسیم شوند. ضخامت این لایه ها توسط کاربر و براساس نوع تکنولوژی پرینت سه بعدی، مواد مورد استفاده و زمان بندی پروژه تعیین می شود. ضخامت لایه کمتر به زمان بیشتری برای پرینت نیاز داشته اما سطح بیرونی قطعه یکنواخت تر می شود.

اکثر فرایندهای۳ بعدی نیاز به ساختارهایی جهت پشتیبانی قطعه دارند. این ساختارها که با تراکم کمتری پرینت شده و قابل کندن یا حل شدن می باشند، به عنوان داربست برای جلوگیری از ریزش لایه هایی که زیر آنها لایه دیگری قرار نگرفته ساخته می شوند.  سازه های پشتیبانی پس از اتمام ساخت مدل حذف می شوند.

کاربرد پرینت سه بعدی

فرایند پرینت سه بعدی با ایجاد یک فایل دیجیتالی توسط نرم افزارهای طراحی کامپیوتری مانند autocad، solidworks و … یااسکن سه بعدی یک قطعه آغاز می شود. پس از تکمیل طراحی، فایل ایجاد شده را به منظور قابلیت خوانا بودن برای نرم افزارهای اسلایسر به فرمت STL تبدیل می کنند. پس از آن فایل STL باید توسط نرم افزارهای اسلایسر به صدها و یا هزاران لایه های دو بعدی تقسیم شود. برخی از این نرم افزارها برای اسلایس کردن عبارتند از: cura، mankati، Slic3r و … یک پرینتر سه بعدی با تشکیل این لایه های دو بعدی بر روی یکدیگر قطعه سه بعدی را تولید می کند. تمامی فایل های طراحی شده بدون در نظر گرفتن نوع تکنولوژی پرینت ۳ بعدی باید قبل از پرینت به لایه های دوبعدی تقسیم شوند. ضخامت این لایه ها توسط کاربر و براساس نوع تکنولوژی پرینت سه بعدی، مواد مورد استفاده و زمان بندی پروژه تعیین می شود. ضخامت لایه کمتر به زمان بیشتری برای پرینت نیاز داشته اما سطح بیرونی قطعه یکنواخت تر می شود.

اکثر فرایندهای۳ بعدی نیاز به ساختارهایی جهت پشتیبانی قطعه دارند. این ساختارها که با تراکم کمتری پرینت شده و قابل کندن یا حل شدن می باشند، به عنوان داربست برای جلوگیری از ریزش لایه هایی که زیر آنها لایه دیگری قرار نگرفته ساخته می شوند.  سازه های پشتیبانی پس از اتمام ساخت مدل حذف می شوند.

کرونا و چاپ سه بعدی

پزشکی

پرینت سه بعدی

بخش پزشکی به عنوان یکی از بخشهایی شناخته شده است که جزو اولین ها در استفاده از چاپ سه بعدی به شمار میروند، همچنین این بخش با توجه به قابلیت های سفارشی سازی و شخصی سازی فنآوری ها و توانایی بهبود زندگی افراد به عنوان بخشی با پتانسیل عظیم برای رشد در نظر گرفته میشود زیرا فرآیندها بهبود مییابند و مواد ایجاد میشوند که این امر با استانداردهای پزشکی سازگار است.
فنآوری های چاپ سه بعدی برای تعداد زیادی از کاربردهای مختلف استفاده میشوند. علاوه بر ساخت نمونه های اولیه برای پشتیبانی از ساخت محصول جدید در صنایع پزشکی و دندانپزشکی، از این فنآوری در موارد ذکر شده هم استفاده میشود: ایجاد الگوهای ریخته گری فلز در ساخت روکش های دندان و در ساخت ابزاری که روی آن پلاستیک به شکل خلاء برای سیمهای ارتودنسی دندان بکار برده میشود. همچنین از این فنآوری بطور مستقیم به منظور تولید ایمپلنت های مفصل ران و زانو، و محصولات قراردادی ویژه ی بیمار، مانند سمعک، کف ارتوتیک برای کفش، پروتز شخصی سازی و ایمپلنت های یکباره برای بیماران مبتلا به بیماریهایی مانند آرتروز، پوکی استخوان و سرطان، و همچنین مجروحان حوادث و تروما استفاده میشود. دستورالعملهای جراحی چاپ شده بصورت سه بعدی برای عملیات خاص نیز یک کاربرد در حال ظهور هستند که به جراحان در کارشان و به بیماران در بهبودشان کمک میکنند. این فنآوری همچنین برای چاپ سه بعدی از پوست، استخوان، بافت، داروها و حتی اعضای بدن انسان ایجاد میشوند. با این حال فاصله زیادی با تجاری سازی این فنآوری ها وجود دارد.

جواهرات

پرینت سه بعدی

پرینت سه بعدی

بطور متعارف، فرایند طراحی و ساخت جواهر همواره نیازمند سطح بالایی از تخصص و دانش مربوط به رشتههای خاص شامل ساخت، قالبسازی، ریختهگری، آبکاری، طلاکوبی، فلزکاری نقره ای/طلا، برش سنگ، حکاکی و پرداخت هست. هر یک از این رشتهها در طول سالیان تکامل یافته و هر یک زمانیکه در تولید جواهرات استفاده میشود نیازمند دانش فنی هستند. فقط یک مثال عبارتست از ریختهگری دقیق است – که اصل آن ممکن است به بیش از 4000 سال پیش برگردد.برای بخش جواهرات، ثابت شده است که چاپ 3 بعدی به طرز بخصوصی مختدر هم گسسته است. توجه – و بکار بردن- زیادی براساس این امر وجود دارد که چاپ 3 بعدی چگونه میتواند به رشد بیشتر این صنعت کمک کند. از آزادیهای طراحی جدید که توسط 3D CAD و چاپ 3 بعدی، از طریق بهبود فرآیندهای متداول برای تولید طلا و جواهر کلا در راستای تولید چاپی 3 بعدی فعال شده است بسیاری از مراحل متداول کنار گذاشته شده و چاپ 3 بعدی تاثیر فوقالعادهای در این بخش داشته و هنوز هم دارد.

هوافضا

پرینت سه بعدی

پرینت سه بعدی

همانند بخش پزشکی، بخش هوافضا هم جزو اولین ها در استفاده از فنآوری های چاپ سه بعدی در اولین اشکال خود برای تولید محصول و نمونه سازی بود. این شرکتها که بطور معمول با موسسات علمی و پژوهشی کار میکنند پا را فراتر از مرزهای فنآوری برای کاربردهای تولیدی گذاشته اند. کاربران مهم این عرصه عبارتند از GE / Morris Technologies، ایرباس/ EADS، رولز رویس، سیستمهای BAE و بوئینگ. در حالیکه بسیاری از این شرکت ها از رویکردی واقع بینانه بر حسب چیزی که هم اکنون با فنآوری ها انجام میدهند بهره میبرند، و بیشتر آن تحقیق و توسعه است، برخی از آنها در مورد آینده کاملا سر سخت هستند.

غذا

پرینت سه بعدی

پرینت سه بعدی

اگر چه صنعت مواد غذا خیلی دیرتر به جرگه ی استفاده کنندگان از چاپ 3 بعدی وارد شد، این صنعت کاربردی در حال ظهور (و یا مادهی چاپ سه بعدی) است که افراد را بسیار هیجان زده کرده و حقیقتا پتانسیلی برای وارد کردن فنآوری به جریان اصلی دارد. روی هم رفته، همه ما همیشه نیاز به غذا خوردن داریم! چاپ 3 بعدی به عنوان روشی جدید برای تهیه و ارائهی مواد غذایی در حال ظهور است.

پیشتازها در چاپ 3 بعدی مواد غذایی با شکلات و شکر بود، و این پیشرفتها بیدرنگ با استفاده از پرینترهای 3 بعدی خاصی ادامه دارد که بازار را در دست گرفته اند. برخی دیگر از آزمایشهای اولیه با مواد غذایی از جمله چاپ 3 بعدی «گوشت» در سطح پروتئینهای سلولی بوده است. اخیرا ماکارونی یکی دیگر از گروه های غذایی بوده است که برای مواد غذایی چاپ 3 بعدی مورد تحقیق قرار گرفته است. توجه به چاپ 3 بعدی آتی نیز به عنوان یک روش آماده سازی کامل مواد غذایی و روشی برای متعادلسازی مواد مغذی موجود به روشی جامع و سالم در نظر گرفته میشوند.

معماری

پرینت سه بعدی

پرینت سه بعدی

مدلهای معماری به مدت طولانی کاربرد اصلی فرآیندهای چاپ 3 بعدی، برای تولید مدلهای دقیق نمایش دیدگاه یک معمار است. چاپ 3 بعدی روش نسبتا سریع، آسان و از نظر اقتصادی روشی ممکن برای تولید مدلهای دقیق بطور مستقیم از 3D CAD، BIM و یا دیگر اطلاعات دیجیتالی است که معماران استفاده میکنند. بسیاری از شرکتهای معماری موفق در حال حاضر معمولا از چاپ 3 بعدی (در خانه یا بصورت خدمات) به عنوان بخش مهمی از گردش کار خود برای افزایش نوآوری و بهبود ارتباط استفاده میکنند. بتازگی، برخی از معماران تصویری به دنبال چاپ 3 بعدی به عنوان یک روش ساخت و ساز مستقیم استفاده میکنند. پژوهش در تعدادی از سازمانها در این زمینه، به ویژه دانشگاه Loughborough، Contour Crafting و معماری جهان انجام شده است.

مجسمه سازی

پرینت سه بعدی

پرینت سه بعدی

هنرمندان و مجسمه سازان با چاپ 3 بعدی با هزاران روش مختلف به منظور کشف فرم و عملکرد در مسیرهای غیر ممکن قبلی کار میکنند. چه این که صرفا به یافتن بیان اصلی جدید پرداخت یا از استادان قدیمی یاد گرفت این بخش بسیار فعالی است که بطور فزایندهای شیوه های جدید کار با چاپ 3 بعدی و معرفی نتایج به جهان را در پی دارد.هنرمندان متعددی وجود دارند که در حال حاضر با کار ویژه و با مدلسازی 3 بعدی، اسکن 3 بعدی و فنآوریهای چاپ 3 بعدی نامی برای خود دست و پا کرده اند.

ترتیب اسکن 3 بعدی همراه با چاپ 3 بعدی نیز بعد جدیدی را در دنیای هنر به ارمغان میآورد، با اینحال، هنرمندان و دانشجویان در آن در حال حاضر روش ثابتی از بازتولید آثار اساتید قبلی و ایجاد کپی های دقیق از مجسمه های باستان (و بسیار جدید) برای مطالعه دقیق دارند – آثار هنری که در غیر این صورت هرگز قادر به تعامل با فرد نمیشد.

چاپ سه بعدی چگونه کار میکند؟

چاپ سه بعدی یا 3D Print یکی از ترندهای نوپای دنیای فناوری است که در سال‌های اخیر بسیار مورد استقبال قرار گرفته است. با استفاده از چاپ سه بعدی فرآیندهای صنعتی سرعت بالایی پیدا کرده و هزینه‌ها بسیار کاهش پیدا می‌کند و چاپ سه بعدی علاوه صنعت، در موارد دیگری نیز نظیر بیمارستان و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی بسیار پرکاربرد است. اما چاپ سه بعدی چیست و فرآیند کار آن به چه شکل است؟
به گزارش سافت گذر به نقل اززومیت؛چاپ سه بعدی با سرعت بالایی در حال گسترش است، چراکه این فناوری فرآیند طراحی و تولید انواع محصولات را بسیار تسریع می‌کند، بطوریکه آماده‌سازی نمونه‌های اولیه با استفاده از چاپ سه بعدی باعث می‌شود تا مهندسان در بازه‌ی زمانی کوتاه‌تری به مشکلات موجود در طراحی پی برده و درصدد رفع اشکالات موجود باشند و همین موضوع باعث صرفه‌جویی چند هفته‌ای در طراحی و تولید یک محصول می‌شود. چاپ سه بعدی به سرعت جای خود را در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، بیمارستان‌ها و کلینیک‌های بازسازی خوردو پیدا کرده است، اما این فناوری چگونه کار می‌کند؟
ابتدا بهتر از است به ویژگی‌های عمومی موجود در تمام چاپگرهای سه بعدی بپردازیم. اغلب چاپگرهای سه بعدی طراحی شده که امروزه در بازار وجود دارند، از روشی موسوم به Additive برای خلق طرح مورد نظر استفاده می‌کنند. متد Additive یا افزایشی بدین معنی است که چاپگر با رسوب ماده‌ی اولیه‌ی و اضافه کردن این ماده رفته رفته از هیچ، شی نهایی را تولید می‌کند. این برخلاف فرآیند تراشیدن در صنعت است که شی نهایی در اثر تراش خوردن قطعه‌‌ای فلز یا چوب شکل می‌گیرد. البته شماری از چاپگرهای سه بعدی نیز وجود دارند که می‌توانند پس از خلق جسم نهایی، آن را برای تطابق هر چه بیشتر با طرح اولیه، تراش دهند، اما بصورت خلاصه تراش‌کاری نمی‌تواند مزایایی را که فرآیند تولید بصورت افزایشی در اختیارمان قرار می‌دهد، ارائه کند. با ایجاد اشیا بصورت لایه لایه و افزایشی، چاپگرهای سه بعدی قادرند تا اشیایی توخالی یا اشیایی را که ساختار داخلی پیچیده‌ای دارند، تولید کنند که برای مثال می‌توان به تولید یک مکعب همگن از مواد سخت اشاره کرد.

در حال حاضر فرآیند چاپ سه بعدی به روش Additive یا افزایشی روش‌های مختلفی را در بر می‌گیرد که هر یک از این روش‌ها نقاط قوت و ضعف مخصوص به خود را به همراه دارد. اما مزایای کلی چاپ سه بعدی به اندازه‌ای زیاد است که حتی روش‌های قدیمی در این حوزه نظیر رسوب اکستروژن (Extrusion Deposition) نیز به دلیل سادگی استفاده و همچنین هزینه‌ی بسیار پایین، جای خود را در بازار پیدا کرده است.
قدیمی‌ترین روش چاپ سه بعدی، استریولیتوگرافی نام دارد که به اختصار SLA نیز خوانده می‌شود. این روش که براساس چاپ لایه لایه بنیان نهاده شده که از پرتولیزر برای خشک کردن ماده‌ی اولیه که فوتو پلمیر نام دارد، استفاده می‌کند. یک ماده فلزی در فوتوپلمیر غوطه ور بوده و اجازه نمی‌دهد تا لایه‌ی بیرونی که ضخامت آن ۰.۱ میلی‌متر است، از این فوتوپلمیر تشکل شود. با تاباندن پرتو لیزر فرابنفش، شکل لایه‌ی بیرونی شکل گرفته و سخت می‌شود، حال برای رسیدن به شکل نهایی، لایه‌ی دیگری از فوتوپلیمر روی ساختار خشک شده‌ی قبلی شکل گرفته و مراحل تا رسیدن به لایه‌ی آخر تکرار می‌شود. این روش بهینه‌ترین حالت برای چاپ سه بعدی نیست، هرچند می‌توان با استفاده از آن مواد بسیار جالبی را نظیر سرامیک‌ها با قیمت بسیار پایین‌تر تولید کرد.
روش ساده برای چاپ سه بعدی که بعدها معرفی شده و باعث جلب توجه بسیاری به سمت چاپ سه بعدی شد، رسوب اکستروژن نام دارد. این روش ساده‌ترین متد چاپ سه بعدی است که می‌توان از آن استفاده کرد. در این روش یک ربات نازل با دقت فراوان ماده‌ی پلاستیکی اصلی را در قالب نقشه‌ی کلی ساخت تزریق می‌کند. ماده‌ی اولیه در تماس با هوای درون چاپگر خنک شده و سخت می‌شود، حال آنکه ماده‌ی تزریق شده در لایه‌ی بعدی نیز در تماس با لایه‌ی پیشین سخت شده و هوا سفت‌ می‌شود. هدف ا زاین نوع چاپ ایجاد لایه لایه‌ی ساختار اصلی با سخت کردن هر لایه روی لایه‌ی دیگر است. در صورتی که لایه‌ها به اندازه‌ی کافی ضخامت داشته و به خوبی روی یکدیگر قرار گرفته باشند، در این صورت سطوحی که بسیار صاف هستند ایجاد می‌شود که در نهایت به نظر می‌رسد شی ایجاد شده از طریق قالب گیری ساخته شده است.
در صورتی که هدف چاپ سه بعدی اشیا با استفاده از مواد دیگری نظیر فلزات باشد، از این‌رو روش رسوب اکستروژن جوابگو نیست و باید روش‌های دیگری را امتحان کرد.

گداخت انتخابی با لیزر یا Selective Laser Sintering که به اختصار SLS خوانده می‌شود، روشی است که برای چاپ سه بعدی با استفاده از مواد اولیه با ساختار مستحکم‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، ماده‌ی اولیه در یک قالب جمع شده و پرتو لیزر با تابش روی ماده‌ی اولیه، ماده‌ی اولیه را به هم چسبانده و شئی را که قرار است تولید شود، شکل می‌دهند. در واقع در روش SLS به هیچ وجه شاهد ذوب شدن کامل مواد اولیه که برای مثال در قالب تکه‌های فلز کنار هم قرار گرفته‌اند، نیستیم، بلکه ماده‌ی اولیه در حالت گداخته به یکدیگر چسبیده و شکل نهایی را ایجاد می‌کند. حال آنکه روش دیگری نیز با عنوان ذوب انتخابی با لیزر با Selective Laser Melting که به اختصار SLM خوانده می‌شود نیز وجود دارد که تقریبا کارکردی شبیه به SLS دارد. در این روش از لیزر برای ذوب ذرات ماده‌ی اولیه که غالبا فلز هستند، استفاده می‌شوند. در واقع در SLM به گداخت اکتفا نشده و به دلیل ذوب شدن مواد اولیه، شی نهایی دارای ساختار محکم‌تری است.
اما این تمام ماجرا نیست و روش دیگری نیز وجود دارد. یک مثال از روش‌های پیشرفته‌تر چاپ سه بعدی، استفاده از فیبر کربن است که می‌توان برای تولید قطعاتی بسیار مستحکم با چگالی کمتر استفاده کرد. استفاده از روش‌های جدید که از موادی نظیر فیبرکربن در آن‌ها استفاده می‌شود، باید در بازه‌ی قیمتی پرینت‌ سه بعدی گران خواند. برای مثال برای چاپ سه بعدی قطعه‌ای از فیبرکربن، باید هزینه‌ای ۵٫۰۰۰ دلاری را در نظر داشت که بسیار بالاتر از هزینه‌ی مورد نیاز برای چاپ یک قطعه با استفاده از ماده‌ی اولیه‌ای نظیر فلز است.
چاپ سه بعدی رفته رفته در حال پیدا کردن جایگاه خود در میان صنایع سنگین است. برای مثال کمپانی‌هایی نظیر ایرباس به این نتیجه رسیده‌اند که استفاده از چاپ سه بعدی برای تولید قطعات مورد استفاده در هواپیماها، ارزان‌تر بوده و از این‌رو شماری از قطعات سبک وزن خود را با استفاده از چاپ سه بعدی تولید می‌کند. همچنین در حوزه‌ی پزشکی نیز می‌توان با استفاده از چاپ سه بعدی فرآیند طراحی و تولید انواع پروتزها را بالا برد تا بیماران به سرعت مشکلات خود را حل کنند. این روزها می‌توان چاپگرهای سه بعدی را در اغلب لابراتوارهای طراحی آمریکایی و اروپایی دید که با استفاده از آن طراحان در کوتاه‌ترین زمان ممکن نمونه‌ای از طراحی خود را مشاهده می‌کنند.
علاوه بر صنایع مختلف و آزمایشگاه‌های طراحی، بسیار از مردم عادی نیز استفاده‌های گوناگونی از چاپگرهای سه بعدی می‌برند که جستجویی کوتاه می‌تواند انواع ابزارهای چاپ سه بعدی را نمایش دهد. برای مثال چاپ اسلحه‌ی کمری، چاپ سه بعدی قطعه‌‌ای از یک آلت موسیقی و انواع کاربردهای دیگر اشاره کرد.