ساخت افزایشی چیست؟ پرینتر های سه بعدی چه هستند؟

ساخت افزایشی یکی از مهمترین و البته جذاب ترین تکنولوژی هایی است که در چند دهه اخیر علاوه بر جلب توجه صنعت و پژوهشگران، مورد توجه عموم مردم نیز قرار گرفته است. ساخت افزایشی که امروزه با نام تجاری چاپ سه بعدی نیز شناخته می شود، یکی از روش های نوین ساخت می باشد که طرح های سه بعدی کامپیوتری را به صورت مستقیم می سازد. در این مقاله با این فناوری آشنا خواهیم شد.

ساخت افزایشی چیست؟

ساخت افزایشی یا additive manufacturing که به اختصار AM  نامیده می شود، فرایند ساخت قطعات سه بعدی از لایه های دو بعدی که بر روی یک دیگر، بر اساس یک نقشه کامپیوتری ساخته می شود، می باشد. هر جسم سه بعدی و هر طرح سه بعدی، متشکل از تعداد زیادی لایه های دو بعدی می باشد که بر روی یک دیگر قرار رفته اند. با ساختن این لایه ها و قرار دادن آن ها بر روی یک دیگر می توان یک قطعه سه بعدی را ساخت.

با وجود آن که ساخت افزایشی فناوری جدیدی به حساب می آید اما ایده ی آن چندان هم جدید نیست. ساختن یک دیوار با چیدن اجر ها روی یک دیگر نیز فرایند ساخت افزایشی به حساب می آید. با همین تعریف در واقع می توان گفت اهرام مصر نیز به روش ساخت افزایشی ساخته شده اند. با این تفاوت که به جای آن که یک دستگاه این لایه هارا روی هم قرار دهد، بردگان سنگ هارا بر روی سنگ های زیرین قرار داده اند.

ساخت افزایشی مفهومی به همین سادگی دارد، آنچه که این موضوع را جذاب می کند. ارتباط آن با کامپیوتر ها است. امروزه دستگاه هایی می توانند طرح های سه بعدی کامپیوتری را با استفاده از همین مفهوم ساخت افزایشی، بسازند، از آنجایی که این فرایند ساخت به صورت مستقیم و از یک طرح دیجیتال ساخته می شود به این فرایند چاپ سه بعدی نیز گفته می شود و به آن دستگاه ها چاپگر سه بعدی می گویند.

چاپگر یا پرینتر سه بعدی چیست؟

هر دستگاهی که بتواند یک قطعه سه بعدی را از یک طرح کامپیوتری بسازد یک چاپگر سه بعدی است. اساس کار چاپگر های سه بعدی، فناوری ساخت افزایشی است. امروزه بر حسب جنس و ابعاد قطعه و ویژگی های آن ، چاپگر های سه بعدی متفاوتی وجود دارد که به روش های مختلفی کار می کنند. اما همه ی آن ها بر اساس همین فناوری ساخت افزایشی می باشد.

پرینتر سه بعدی چگونه کار می کند؟

اگر شما ابزاری بسازید که بتواند لایه های مختلف یک جسم را بر اساس یک نقشه بر روی لایه های قبلی تولید کند، آن ابزار یک پرینتر سه بعدی است. با این تعریف حتی بردگان مصری نیز می توانند یک چاپگر سه بعدی باشند. اما امروزه منظور از چاپگر سه بعدی دستگاه های الکترونیکی هستند که طرح ها را از کامپیوتر می گیرند و بدون دخالت انسان و عامل دیگر، در تقریبا یک مرحله آن ها را می سازند. کاری که در یک فرایند چاپ سه بعدی انجام می شود به شرح زیر است:

1- طراحی یک طرح سه بعدی دیجیتال

امروزه برای طراحی یک فایل سه بعدی تنها به یک کامپیوتر احتیاج است. شما با نرم افزار های مختلفی می توانید طراح های سه بعدی خود را ایجاد کنید. نرم افزار های solidworks ، Catia و … از محبوب ترین نرم افزار های طراحی سه بعدی هستند. در مر حله ی اول شما باید فایل سه بعدی خود را با این نرم افزار ها بسازید. سایت های بسیاری نیز برای دانلود فایل های سه بعدی وجود دارد. وبسایت Thingiverse یکی از معروف ترین این سایت ها می باشد که میتوانید بسیاری از طرح های سه بعدی را از آن به رایگان دانلود کنید.

2- تبدیل طرح سه بعدی با لایه های دو بعدی و بدست آوردن نقشه های مربوط به هر لایه

همانظور که گفتیم پرینتر سه بعدی لایه های دو بعدی را می سازد، پس برای چاپ یک طرح سه بعدی باید ابتدا آن طرح را به مجموعه ای از لایه های دو بعدی تبدیل کنید. این کار توسط نرم افزاری به نام اسلایسر انجام می شود . این نرم افزار بر اساس نیاز شما، یک قطعه سه بعدی را به تعداد لایه های دلخواه تبدیل و الگوی هر لایه را ایجاد می کند. نرم افزار های متعددی برای این کار وجود دارد. انواع پرینتر ها نرم افزار های متفاوتی دارند. برخی دستگاه ها نیز نرم افزار های مخصوص به خود را دارند. اما از محبوب ترین نرم افزار ها برای پرینتر های FDM( شناخته شده ترین پرینتر سه بعدی پلیمری) می توان به نرم افزار های Simplify3D و Curaاشاره کرد.

3 ساخت افزایشی لایه ها به ترتیب بر روی لایه های قبلی

این همان کاری است که چاپگر سه بعدی انجام می دهد، پرینتر سه بعدی، الگوهای دو بعدی را دریافت می کند و هر لایه را بر اساس آن الگو ها می سازد، سپس با تکمیل شدن هر لایه، لایه ی بعدی را روی آن می سازد. با تکرار این فرایند، چاپ سه بعدی تکمیل می شود. بر اساس آن که پرینتر سه بعدی چگونه این لایه هارا می سازد، ما پرینتر های سه بعدی مختلفی داریم. در واقع ساختن لایه ها بر روی یک دیگر مهمترین کاری است که چاپگر سه بعدی انجام می دهد، و باید آن را به خوبی انجام دهد، تا قطعه ی با کیفیتی تولید شود. بر اساس این که در حال چاپ چه ماده ای هستیم، از دستگاه های مختلفی استفاده می کنیم، برای مثال برخی از دستگاه ها فقط پلاستیک چاپ می کنند برخی فلز و برخی سرامیک و برخی همه را. روش های متعددی برای ساخت لایه ها وجود دارد که همه ی آن مکانیزم ها از اصل ساخت افزایشی استفاده می کنند. و مکانیزم ساخت لایه های آن ها متفاوت است.

4 حذف قسمت های زائد

همانطور که برای ساختن سقف ها، قبل از ساختن آن ها، زیر آن ها پایه هایی را جهت نگه داشتن بتن قبل از بتن ریزی استفاده می کنند، در فرایند چاپ سه بعدی نیز برای ساختن برخی قسمت از قطعه ها که زیر آن ها خالی است از نگهدارنده هایی به نام ساپورت استفاده می کنیم. ساپورت ها همراه با قطعه ساخته می شوند و پس از این که قطعه شکل نهایی خود را بدست آورد، ان هارا حذف می کنیم. البته بسیاری از طرح ها نیاز به ساپورت ندارند.

5 عملیات های اضافی

این مرحله یک مرحله ی اضافی است. در صورت نیاز می توانید فرایند های سطحی یا فرایند هایی نظیر عملیات حرارتی را برای بهبود ویژگی های قطعه ساخته شده انجام دهید. برای مثال کشیدن یک سمباده بر روی یک قطعه چاپ شده می تواند صافی سطح را افزایش دهد.

انواع پرینتر های سه بعدی

پرینتر سه بعدی انواع متفاوتی دارد، بر اساس این که قطعه شما از چه جنسی است، باید از پرینتر های مختلفی استفاده کنید. در صورتی که میخواهید یک قطعه پلیمری استفاده کنید، باید از پرینتر مخصوص این کار استفاده کنید و اگر میخواهید یک اندام طبیعی را چاپ کنید، باید از بایو پرینتر های محصوص استفاده کنید.

چرا پرینتر های سه بعدی متفاوت داریم؟

ویژگی های مواد مختلف با یک دیگر متفاوت است. به همین خاطر نحوه ی ساخت آن ها و شکل دادن آن ها نیز متفاوت است، برای مثال گونه ای از پلیمر ها به راحتی ذوب می شوند و گونه ای دیگر در اثر حرارت می سوزند. یا سرامیک ها برای ذوب شدن به دماهای بسیار بالا احتیاج دارند، در حالی که فلزات به دمای نسبتا کمتری نیاز دارند. به خاطر تفاوت در ویژگی های مواد، برای چاپ آن ها نیز باید از روش های متفاوتی استفاده شود.

چه پرینتری برای چاپ مواد مختلف نیاز داریم؟

برای پرینت مواد می توانیم از روش های مختلفی استفاده کنیم. اما به صورت کلی مطرح ترین پرینتر ها برای چاپ مواد به شرح زیر است

مواد پلیمری

شناخته شده ترین پرینتر ها برای چاپ مواد پلیمری، پرینتر های FDM ، DLP و SLA هستند. برای پلیمر های ترموپلاست( ترموپلاست گونه ای از پلیمر ها می باشد که با حرارت دیدن نرم و خمیری شکل می شوند) از روش FDM استفاده می شود.این پرینتر ها ارزان ترین و متداول ترین پرینتر ها بوده و کاربرد خانگی نیز دارند.مواد اولیه برای این پرینتر ها فیلامنت های پلیمری می باشد. و برای پلیمر های ترموست(ترموست گونه ای از پلمیرها هستند که در اثر حرارت می سوند) از روش DLP و SLA استفاده می شود. این پرینتر ها کمی گران تر از پرینتر های FDM می باشند و ماده اولیه آن ها رزین مایع می باشد.

فلزات و آلیاژ ها

شناخته شده ترین پرینر ها برای چاپ فلزات، پرینتر های SLM ،SLS و DMD می باشند. این پرینتر ها از پودر فلز به عنوان ماده اولیه و از پرتو لیزر به عنوان منبع انرژی برای ذوب کردن فلز استفاده می کنند. این پرینتر ها در دسته ی پرینتر های گرانقیمت قرار می گیرند و کاربرد صنعتی دارند.

سرامیک ها

برای سرامیک ها نیز روش های SLS و Bimnder Jet می باشد، این پرینتر ها نیز در دسته پرینتر های گرانقیمت قرار می گیرند.

تنوع پرینتر ها بسیار بیشتر از آن چیزی می باشد که در این مقاله به آن پرداخته شده است. به زودی در مقاله های بعد به صورت جامع انواع پرینتر های سه بعدی را معرفی و بررسی می کنیم

خدمات چاپ سه بعدی.

همین امروزه نیز می توانید با قیمت بسیار کم، کمتر از قیمت یک تلفن همراه ، یک پرینتر سه بعدی در خانه داشته باشید. هرچند که بسیاری از پرینتر های سه بعدی و مواد اولیه آن ها همچنان قیمت های بالایی دارند، و برای داشتن آن ها در خانه باید صبر کنیم. در صورتی که خود یک پرینتر سه بعدی داشته باشید، می توانید به راحتی فایل های سه بعدی خود را چاپ کنید. اما در صورتی که پرینتر ندارید، یا می خواهید مواد خاصی را پرینت کنید که دستگاه های آن به صورت تجاری در نیامده است می توانید به مراکزی که خدمات چاپ سه بعدی را ارائه می دهند مراجعه کنید. امروزه ارائه خدمات چاپ سه بعدی یکی از مشاغل رو به رشد می باشد که می تواند یک راه خوب برای درآمد زایی نیز باشد. شما می توانید برای چاپ طرح های خود به این مراکز مراجعه کنید، یا حتی با خرید پرینتر سه بعدی به ارائه این خدمات بپردازید و کسب درآمد کنید.

مزایای پرینتر های سه بعدی

پرینتر های سه بعدی به عنوان یک ابزار ساخت نقش بسیار مهمی در صنعت ایفا می کنند. تبدیل سریع یک طرح سه بعدی دیجیتال، به یک قطعه سه بعدی واقعی، بدون نیاز به ساخت قالب و یا صرف هزینه و زمان هنگفت یکی از مهمترین ویژگی های استفاده از پرینتر های سه بعدی می باشد، در واقع امروزه متداول ترین راه برای ساختن نمونه های اولیه، استفاده از پرینتر های سه بعدی می باشد.

مزیت بعدی صرفه جویی در مصرف مواد می باشد، استفاده از ساخت افزایشی، میزان هدر رفت مواد را تا حد مناسبی کاهش می دهد، علی الخصوص نسبت به روش های ساخت کاهشی(نظیر CNC)، به همین خاطر استفاده از روش های ساخت افزایشی می تواند در جلوگیری از هدر رفت مواد نیز کمک کنید.

بازنگری در طراحی های قطعات نیز از مهمترین ویژگی های ساخت افزایشی می باشد. هر روش ساخت محدودیت های خاص خود را دارد، در هنگام طراحی یک قطعه، باید محدودیت های روش های ساخت را نیز مد نظر قرار داد. زیرا هر قطعه ای را نمی توان ساخت. ساخت افزایشی محدودیت های بسیار کمتری دارد، به همین خاطر می توان طراحی های بسیار پیچیده تر را انجام و نسبت به ساخت آن ها اقدام کرد.

خواص ویژه، برخی از روش های ساخت افزایشی می توانند قطعاتی را بسازند که خواص مواد آن ها در محدوده ی بهتری قرار داشته باشد.

دلایل زیادی برای استفاده از پرینتر های سه بعدی وجود دارد، که به صورت جداگانه به آن ها پرداخته خواهد شد. هدف از این مقاله تنها آشنایی مقدماتی با مفهوم ساخت افزایشی و چاپ سه بعدی می باشد. در مقالات دیگر می توانید مباحثی که در این بخش تنها به معرفی کوتاه آن ها پرداخته شد را به صورت کامل بخوانید.