تاکنون با پرینت سه‌بعدی و مفاهیم مرتبط با آن آشنا شده‌اید. اما احتمالا با «طراحی برای ساخت افزایشی» آشنا نیستید. زمانی که از ساخت افزایشی صحبت می‌شود، تنها به مواد مورد استفاده و انواع دستگاه و مکانیزم‌ها اشاره می‌شود. به همین دلیل طبیعی است که با مرحله‌ی طراحی آشنا نباشید. حال پس از یک مقدمه‌ی کوتاه، به توضیح مرحله‌ی طراحی می‌پردازیم.
ساخت افزایشی و پرینت سه‌بعدی دو عبارت برای یک مفهومند.
تعریف مکانیکی
به صورت کلی ساخت افزایشی به روشی گفته می‌شود که یک مدل کامپیوتری سه‌بعدی به عنوان ورودی به پرینتر سه‌بعدی داده می‌شود. آن دستگاه با قرار دادن انتخابی و لایه‌به‌لایه‌ی مواد، یک قطعه‌ی فیزیکی را به عنوان خروجی ارائه می‌دهد. در این تعریف، نگاه، کاملاْ مکانیکی است و تنها به یک دستگاه و روش ساخت اختصاصی آن اشاره دارد.
تعریف کامل
حال می‌خواهیم به صورت دیگری این مفهوم را تعریف کنیم. لازم است بگوییم که هرکدام از ابزارهای ساخت توانایی‌ها و محدودیت‌های مختص به خود را دارند. اگر قصد داشته باشیم یک شیر آب بسازیم، در کل فرآیند طراحی آن باید به فکر روش ساخت هم باشیم. یعنی نمی‌شود که طراح فارغ از اینکه این شیر آب قرار است به چه صورت ساخته شود، یک طرح عجیب و غریب را ارائه دهد. حتی ممکن است که طراح شیر آبی بسیار زیبا و خلاقانه را طراحی کند، ولی امکان ساخت آن با روش مد نظر وی وجود نداشته باشد.
ساخت افزایشی به دلیل تفاوتی که با روش‌های سنتی دارند، امکانات متفاوتی را در دست طراح می‌گذارند. بسیاری از طرح‌هایی که در روش‌های سنتی امکان ساخت نداشتند، با ساخت افزایشی ممکن شدند. بسیاری از طرح‌ها اگر با پرینتر سه‌بعدی ساخته شوند صرفه‌ی اقتصادی لازم را ندارند. (البته در آینده ممکن است این گزاره تغییر کند)
به واسطه‌ی ماهیت متفاوت ساخت افزایشی/پرینت سه بعدی، امروزه متدها و نرم‌افزارهای جدیدی گسترش پیدا کرده‌اند که برای استفاده در ساخت افزایشی تخصصی شده‌اند. از طرفی به واسطه‌ی گسترش پرینتر سه‌بعدی و امکان ساخت خانگی قطعات پیچیده، استفاده از اسکنر سه بعدی هم گسترش یافته است.
حال با این مقدمه می‌توانیم تعریف دوم را از دید غیرمکانیکی ارائه دهیم: به مجموعه‌ی روش‌های پرینت سه‌بعدی، طراحی سه‌بعدی و اسکن سه‌بعدی که برای ساخت یک محصول همکاری می‌کنند ساخت افزایشی یا ساخت فزاینده گفته می‌شود.
همان‌طور که در این تعریف می‌بینید، ساخت افزایشی به مجموعه‌ی پرینت سه‌بعدی و طراحی و اسکن گفته می‌شود. پس به عبارتی طراحی، بخشی از فرایند ساخت افزایشی است. حال از اینکه بسیار کم به این موضوع پرداخته شده است تعجب می‌کنید؟
تعریف صنعتی
در این تعریف، نگاه، از فرآیند ساخت توسط یک دستگاه فراتر می‌رود. به یک زنجیره‌ی ارزش اشاره می‌شود. ویژگی کلیدی این چرخه در این است که از روشی نوین برای ساخت قطعات فیزیکی استفاده می‌کند که همان پرینت سه‌بعدی است. این تعریف در برابر روش‌های سنتی ساخت قرار دارد. این تعریف به این صورت است: ساخت افزایشی به زنجیره‌ی ارزشی اشاره دارد که محوریت آن استفاده از پرینتر سه بعدی است.
طراحی برای ساخت افزایشی
برای تولید افزایشی، اولین مرحله، طراحی یک مدل از قطعه‌ای است که می‌خواهیم آن را پرینت کنیم. ابتدا باید بدانیم قطعه‌ای که می‌خواهیم بسازیم چه شکلی دارد و طرحی از آن داشته باشیم تا بتوانیم آن را پرینت کنیم. این کار گاهی ابتدا به صورت دستی انجام می‌شود و بعد به طور دقیق وارد نرم‌افزارهای مخصوص می‌شود. گاهی هم از همان ابتدا داخل نرم‌افزار طراحی می‌شود. در ادامه به بررسی برخی از این نرم‌افزارها و نحوه طراحی می‌پردازیم.
برنامه‌های CAD
تولید یک مدل دیجیتال ، اولین مرحله در فرآیند ساخت افزایشی است. رایج‌ترین روش برای تولید یک مدل دیجیتال، طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) است. طیف گسترده‌ای از برنامه‌های رایگان و حرفه‌ای CAD وجود دارد که با ساخت افزایشی سازگار هستند. همچنین می‌توان به کمک یک اسکنر سه‌بعدی، یک مدل دیجیتال را از فرآیند مهندسی معکوس استخراج کرد. ملاحظات طراحی بسیاری وجود دارند که باید در هنگام طراحی برای ساخت افزایشی مورد ارزیابی قرار گیرند. این ملاحظات به طور کلی بر محدودیت‌های هندسی و ساپورت‌گذاری تمرکز کرده‌اند و با پیشرفت تکنولوژی تغییر می‌کنند.
تبدیل STL و دستکاری فایل
یک مرحله بحرانی در فرآیند ساخت افزایشی که از روش ساخت سنتی متفاوت می‌باشد، الزام تبدیل یک مدل CAD به یک فایل STL است. STL از مثلث‌ها (چندضلعی‌ها) برای توصیف سطوح یک شیء استفاده می‌کند. قیدهای متعددی برای مدل وجود دارد که باید قبل از تبدیل یک مدل به یک فایل STL مورد توجه قرار گیرند. می‌توان به اندازه فیزیکی، کیپ و تنگ بودن و نیز شمارش و محاسبه چندضلعی‌ها به عنوان برخی از این محدودیت‌ها اشاره کرد. هنگامیکه یک فایل STL ایجاد می‌شود، فایل به یک برنامه اسلایسر وارد می‌شود. این برنامه فایل STL را می‌گیرد و آن را به G-code تبدیل می‌کند. G-code یک زبان برنامه‌نویسی کنترل عددی (NC) است. برنامه اسلایسر همچنین به طراح اجازه می‌دهد تا پارامترهای ساخت شامل ساپورت‌گذاری، ارتفاع لایه‌ها و جهت قرارگیری قطعه را بررسی کرده و به صورت سفارشی بسازد.
نرم‌افزارهای پرینت سه‌بعدی
اگر به دنبال طراحی فایل های پرینت سه‌بعدی هستید باید با نرم‌افزارهای طراحی سه‌بعدی مناسب پرینت سه‌بعدی آشنا باشید. در اینجا قصد داریم بهترین نرم‌افزارهای طراحی فایل برای پرینتر سه بعدی را معرفی کنیم. با خواندن این مقاله در خواهید یافت کدام یک از نرم‌افزارهای پرینتر سه بعدی برای کدام مرحله از کار شما مناسب هستند.
3D Slash
3D Slash یک نرم‌افزار چاپ سه‌بعدی است که استفاده از آن بسیار جالب است. با استفاده از این نرم‌افزار، مدل‌های سه بعدی را با استفاده از یک مفهوم ساختمان مکعب ساده طراحی می‌کنید. با یک مکعب بزرگ شروع کنید و مکع های کوچک را با استفاده از ابزارهایی مانند چکش یا مته، که در اصل به عنوان برش‌دهنده‌های سنگی مجازی عمل می‌کنند، از بین ببرید. یا با یک فضای کاری خالی شروع کنید و با اضافه کردن مکعب یا شکل‌های دیگر، مدل خود را بسازید.
SketchUp
نرم افزاری مدل‌سازی سه‌بعدیSketchUp ترکیبی عالی از سادگی و کارایی را با یک رابط کاربرپسند و منحنی یادگیری بالا با ابزارهای پیشرفته ترسیم ارائه می‌دهد، که موارد جدید و توجه تولیدکنندگان با تجربه را به خود جلب می‌کند. این باعث می شود SketchUp به یکی از محبوب‌ترین ابزارهای نرم‌افزاری چاپ سه‌بعدی برای طراحی مدل‌های سه‌بعدی تبدیل شود. با استفاده از این نرم‌افزار می‌توان بسیاری از الگوها و ایده‌های مورد نظر خود در طراحی را به گونه‌ای پیوسته با طراحی‌های ایجاد شده در اتوکد به انجام رساند.
Sculptris
این نرم‌افزار، یک ابزار مجسمه‌سازی مجازی با قابلیت‌های اساسی است. می‌توانید از آن برای مدل‌سازی گِل استفاده کنید. اگر هدف اصلی شما ایجاد مجسمه باشد، این نرم‌افزار عالی برای چاپ سه‌بعدی است. به عنوان مثال، این نرم‌افزار به شما کمک می‌کند یک چهره از شخصیت بازی ویدیویی یا کتاب تصویر مورد علاقه خود را استخراج کنید.
TinkerCAD
یک برنامه طراحی مبتنی بر مرورگر است که به عنوان یک نقطه ورود مناسب برای مبتدیان ارائه می‌شود. مشابه 3D Slash، می‌توانید از این نرم‌افزار چاپ سه بعدی استفاده کنید. مدل‌های سه‌بعدی را از اشکال اصلی ایجاد کرده و پارامترهای سفارشی‌سازی را برای دستیابی به پارامترهای دقیق ایجاد شده استفاده کنید. این نرم‌افزار در مقایسه با FreeCAD و SketchUp از ویژگی‌های کم‌تری برخوردار است. اما بسیاری از کاربران پس از کسب تخصص جزئی در این زمینه از نرم‌افزار سطح بالاتری استفاده می‌کنند.
FreeCAD
یک نرم افزار CAD با ویژگی‌های بسیاری است و می‌توانید مهارت‌های طراحی خود را بهبود بخشید. یکی از ویژگی‌های این نرم‌افزار این است که می‌توان با بازگشت به سابقه مدل خود و ویرایش پارامترهای آن، هر جنبه‌ای از طراحی خود را تغییر بدهید.
Blender
یک نرم افزار محبوب در طراحی (CAD) است که یادگیری آن در ابتدا دشوار است. این نرم‌افزار نه تنها برای مبتدیان مناسب است بلکه برای حرفه‌ای‌هایی که نیاز به چاپ سه‌بعدی یا نرم‌افزار مدل‌سازی دارند نیز مناسب است. به طور خلاصه Blenderیکی از قدرتمندترین نرم‌افزارهای چاپ سه‌بعدی است. این نرم‌افزار بسیار مفید است و آموزش‌های بسیاری دارد. این نرم افزار open source است. برنامه‌نویسان همیشه ویژگی‌های جدیدی را برای انجام بیشتر و قدرتمندتر شدن آن اضافه می‌کنند.
مدل‌های سه‌بعدی مناسب پرینت
تا به حال از خود پرسیده‌اید مدل سه‌بعدی مناسب پرینت چه ویژگی‌هایی دارد؟ چگونه از پرینت‌های بی‌کیفیت و فایل‌های حجیم هنگام خروجی گرفتن از نرم‌افزار طراحی سه بعدی خلاص شویم؟ با خواندن این بخش دیگر این مشکلات را نخواهید داشت. در این بخش گام‌های اولیه برای گرفتن خروجی بهینه از مدل سه‌بعدی و آماده‌سازی آن برای پرینت سه بعدی توضیح داده می‌شود.
کیفیت فایل STL
فایل سه بعدی STL از یک سری مثلث متصل به یکدیگر برای تعریف سطح یک مدل یکپارچه استفاده می‌کند. وقتی کیفیت مدل سه‌بعدی بالا می‌رود مثلث‌های بیشتری استفاده می‌شوند و سطح مدل با کیفیت بهتری بازتولید می شود اما در مقابل حجم فایل STL بالا می‌رود. گرفتن خروجی بیش از حد بی‌کیفیت از مدل سه بعدی باعث نمایان شدن این مثلث‌ها می‌شود. بیشتر مواقع این مسئله ناخواسته است اما در برخی اشکال که با عنوان
“low-poly” شناخته می‌شوند نمایان بودن این مثلث‌ها می تواند خودخواسته باشد و شکلی دیجیتالی به قطعه ساخته شده بدهد.
بالا بردن بیش از حد کیفیت خروجی در نرم‌افزار سه‌بعدی هم توصیه نمی‌شود چون حجم فایل بالا رفته اما تاثیر خاصی روی کیفیت قطعه تولید شده نمی‌گذارد چرا که کیفیت قابل ساخت با پرینتر سه بعدی محدود است. با افزایش بی‌رویه کیفیت فایل، حجم بالا رفته و ادیت و بهینه‌سازی مدل سه بعدی برای پرینت سه بعدی را مشکل و زمان‌بر می‌کند.
انتخاب درست متغیرهای خروجی (اکسپورت) در نرم‌افزار سه‌بعدی
شما می‌توانید کیفیت فایل سه بعدی STL را با تغییر تولرانس و دقت در نرم‌افزار طراحی سه‌بعدی CAD تعریف کنید. اگر در کیفیت و تولرانس مناسب شک دارید بهتر است هنگام ساخت فایل STL کیفیت “High” را انتخاب کنید. هر نرم‌افزار طراحی سه‌بعدی روش متفاوتی برای تعریف کیفیت فایل STL دارد ولی بیشتر نرم‌افزارها از دو متغیر Chord Height وAngle استفاده می‌کنند.
مقدار توصیه شده برای Chord Height حدود 20/1 ضخامت لایه پرینت سه بعدی است و بهتر است هیچوقت زیر یک میکرون (۰.۰۰۱میلی‌متر) نباشد. این تولرانس به تولید فایل STL می‌انجامد که برای اکثر کاربردهای پرینت سه بعدی دقت اید آلی ارائه می‌کند. گرفتن خروجی با تولرانس پایین‌تر (کیفیت بالاتر) تاثیری روی کیفیت پرینت نمی‌گذارد زیرا پرینترهای سه‌بعدی معمول قابلیت ساخت با چنین دقتی را ندارند. تولرانس Angular یا Angle بیشترین زاویه بین نرمال‌های دو مثلث همسایه را تعیین می‌کند. این مقدار به طور پیش فرض حدود ۱۵ درجه است. برخی نرم‌افزارهای طراحی سه‌بعدی این متغیر را بین صفر و یک تعریف می‌کند. برای پرینترهای سه‌بعدی معمول همین میزان تولرانس کافی است.
