هشت کاربرد برتر و جالب پرینترهای سه بعدی

پرینت سه بعدی یا مجموعه روش‌های ساخت افزایشی، امروزه به عنوان یکی از مهم‌ترین روش‌های نوین ساخت و تولید قطعات مختلف مطرح هستند. بسته به طراحی و جنس قطعه، پرینت سه بعدی در انواع گوناگونی توسعه یافته است و در صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این پست قصد داریم با ارائه رویکردی جامع به پرینترهای سه بعدی، شما را با کاربرد پرینترهای سه بعدی در صنایع مختلف آشنا کنیم.

پرینت سه بعدی را می‌توان از مصادیق انقلاب صنعتی چهارم دانست که به اتوماسیون جاری تولید سنتی و کردارهای صنعتی با استفاده از فناوری هوشمند گفته می‌شود. تبدیل مستقیم طراحی کامپیوتری به محصول نهایی، می‌تواند به عنوان نمونه‌ای آشکار از ارکان اصلی این انقلاب صنعتی، یعنی ارتباطات ماشین به انسان ماشین به ماشین مطرح شود.

پرینت سه بعدی

ایده تولید نمونه اولیه در کمترین زمان(Rapid Prototyping) و با کمترین هزینه، با استفاده از روش‌های پیاده‌سازی طراحی‌های کامپیوتری(CAD)، منجر به توسعه زیربنایی روش‌های تولید نوین قطعات صنعتی گردید که امروزه این روش‌ها با عنوان ساخت افزایشی و چاپ سه‌بعدی شناخته می‌شود. اکنون با گذشت بیش از 35 سال از قدمت چاپ سه‌بعدی، شاهد توسعه روزافزون آن و حرکت به سمت بهینه کردن فرایندهای تولید هستیم.

با گذشت زمان و توسعه روش‌های مختلف پرینت سه بعدی، کاربرد آن‌ها نیز توسعه پیدا کرد و امروزه علاوه بر مدل‌سازی و تهیه نمونه اولیه، شاهد استفاده روزافزون از پرینت سه بعدی در صنایع و کاربردهای مختلف از جمله صنعت قطعه‌سازی از قطعات پلیمری گرفته تا فلزی و سرامیکی، خودروسازی، هوافضا، پزشکی، دندانپزشکی، هنر، معماری، تحقیقات علمی و بسیاری از کاربردهای دیگر هستیم.

در ادامه کاربرد پرینترهای سه بعدی را در صنایع مختلف را بیشتر بررسی می‌کنیم.

کاربرد پرینترهای سه بعدی در نمونه‌سازی سریع

نمونه‌سازی سریع، اولین دلیل توجه به صنعت پرینت سه بعدی و توسعه آن برای استفاده‌های دیگر بود. درواقع به لحاظ تاریخی، فناوری سه بعدی اولین بار برای ساخت سریع نمونه به کار گرفته شد. فناوری استریولیتوگرافی یا SLA به عنوان اولین فرایند پرینت سه بعدی، توسط محققین برای ساخت نمونه‌های سه بعدی رزینی در هزینه و زمان کم مورد استفاده قرار گرفت.

چاپگرهای سه بعدی صنعتی که از اوایل دهه 1980 وجود داشته‌اند و به طور گسترده برای نمونه‌سازی سریع و اهداف تحقیقاتی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ابزار پرینت سه بعدی مورد استفاده در این حوزه، به طور کلی ماشین‌های بزرگتری هستند که از فلزات پودری اختصاصی، پلیمر، کاغذ، ماسه یا کارتریج استفاده می‌کنند و برای نمونه‌سازی سریع توسط دانشگاه‌ها و شرکت‌های تجاری مختلف استفاده می‌شوند.

پروتوتایپ یا نمونه اولیه به مدل اولیه از محصول نهایی گفته می‌‌شود. نمونه‌سازی سریع (RP) ساخت قطعات اولیه به طور مستقیم از یک مدل جامد کامپیوتر بدون نیاز به ابزار گران‌قیمت یا مجموعه قالب است. برای نمونه سازی سریع از 4 روش کلی استفاده می‌شود که عبارت است از: فرایندهای بر پایه فتوپلیمریزاسیون، فرایندهای بر پایه اکستروژن، فرایندهای بر پایه پودر و فرایند LOM.

• فرایندهای فتوپلیمریزاسیون که برای نمونه‌های رزینی استفاده می‌شود شامل روش‌های SLA،Spatial Light Modulation، پلی‌جت(Polyjet) و SGC هستند.
• FDM که برای پرینت نمونه‌های پلیمری ترموپلاستیک همچون ABS-Acrylonitrile Butadiene Styrene و PC-Polycarbonate به کار می‌رود و 3D Bioplotting که برای پرینت نمونه‌های پلیمری، هیدروژلی و بیوپلیمرها و کامپوزیتی به کار می‌رود در زیرمجموعه روش‌های بر پایه اکستروژن هستند.
• از روش‌های پودری پرکاربرد نیز، روش SLS، برای پرینت نمونه‌های فلزی، سرامیکی و پلیمری ترموپلاستیک و کامپوزیت‌های آن استفاده می‌شود.
• در روش LOM نیز برای پرینت از ورقه‌هایی از جنس‌های مختلف پلیمری، سرامیکی و فلزی استفاده می‌شود.

برای دریافت اطلاعات درمورد هرکدام از روش‌های ذکرشده به بخش‌های مختلف وب‌سایت جاویسا مراجعه نمایید.

کاربرد پرینترهای سه بعدی در زمینه تحقیقات و آموزش

چاپ سه بعدی با ایجاد نمونه‌های اولیه بدون نیاز به ابزارهای گران‌قیمت، باعث ساخت سریع طرح‌ها و ایده‌های دانش‌آموزان و دانشجویان شده و با پرینت سه بعدی می‌توان ایده‌ها را به جای نمایش با تصاویر و اسلایدها، ساخت و به صورت فیزیکی و سه بعدی آن‌ها را مشاهده کرد.

چاپگرهای سه بعدی امروزه معمولاً در کلاس‌های درس، آزمایشگاه‌ها و کتابخانه‌های عمومی یافت می‌شوند و امکان استفاده از آن‌ها برای دانش‌آموزان و دانشجویان برای پیاده‌سازی ایده‌های علمیو نمونه‌های اولیه وجود دارد. بسیاری از دانشگاه‌ها نیز دارای پرینترهای سه بعدی برای استفاده دانشجویان در کلاس‌های درس و یا برای پروژه‌های خود هستند.

استفاده گسترده و در کاربردهای مختلف از تکنولوژی پرینت سه بعدی، لزوم آموزش اصول و ابزارهای آن را نیز فراهم می‌آورد. نهادها و شرکت‌های مختلف خصوصی و دولتی، دوره‌های آموزشی همراه با صدور گواهینامه در زمینه آموزش چاپ سه بعدی و برنامه‌های آن را برای مربیان، مدرسین و یا دانشجویان ارائه می‌دهند.

دانش‌آموزان و دانشجویان همچنین در کنار بررسی و فراگیری اصول طراحی، مهندسی و معماری، انواع برنامه‌های کاربردی پرینت سه بعدی را نیز آموزش می‌بینند و می‌توانند اقلام موزه مانند فسیل‌ها و آثار تاریخی را برای مطالعه در کلاس درس بدون امکان آسیب رساندن به مجموعه‌های ظریف، کپی و پرینت کنند. چاپ سه بعدی نقشه‌های توپوگرافی، نیز دیدگاهی جدید و سه بعدی ایجاد خواهد کرد و به درک محققین این حوزه کمک زیادی خواهد کرد.

‌

بازسازی و مرمت آثار تاریخی و مطالعه آن‌ها نیز با فناوری پرینت سه بعدی ممکن خواهد بود و از این طریق می‌توان این آثار را حفظ و از آسیب و از بین رفتن آن‌ها در هنگام مطالعات علمی و تحقیقاتی جلوگیری کرد. در یکی از تحقیقات در کشور ایران نیز برای اولین بار در بازسازی بخش کمبود اشیای تاریخی شیشه‌ای و مرمت آن‌ها از فناوری پرینت سه بعدی استفاده شد.

پرینت سه بعدی در تمام رشته‌ها کاربرد بالقوه و بالفعل بسیاری خواهد داشت. برای مثال، هنرجویان و دانشجویان طراحی گرافیک و یا معماری به‌راحتی می‌توانند مدل‌هایی با قطعات کاری پیچیده بسازند. دانشجویان علوم می‌توانند مقاطعی از اندام‌ها در بدن انسان و سایر نمونه‌های بیولوژیکی را طراحی، ایجاد و مطالعه کنند و یا مدل‌های سه بعدی از مولکول‌ها و ترکیبات شیمیایی را بسازند.

به عنوان مثال ملموس دیگر از کاربردهای این حوزه، دیرینه‌شناسان می‌توانند با چاپ استخوان‌های گمشده از روی اثرات موجود در طبیعت، اسکلت دایناسورها را تکمیل کند.

کارکنان موزه اسمیتسونیان اخیراً آزمایشات خود را با چاپ استخوان‌های مفقود شده تیرکس انجام دادند. پرینت سه بعدی، تیم را قادر می‌سازد تا با استفاده از نرم‌افزارهای مدل‌سازی، نمونه‌های خود را ساخته و به طور گسترده و ایمن آزمایش کنند و از مزایای این کار می‌توان به صرفه جویی در زمان و کاهش خطر یکپارچگی اسکلت واقعی اشاره کرد.

کاربرد پرینترهای سه بعدی در پزشکی

سفارشي‌سازي گاهی یکی از مشکلات معمول ساخت و تولید در روش‌هاس سنتی است. در کاربردهای پزشکی این مشکل بسیار محسوس است و روش تولید بایستی برای هر فرد، سفارشی‌سازی گردد برای مثال هزینه ساخت پروتز براي يک فرد به روش سنتي به دلیل اینکه بايد براي فرد، شخصي‌سازي و یک عدد توليد شود، بسیار بالاست اما با استفاده از چاپگرهاي سه بعدي می‌توان پروتز مختص یک فرد را با طرح و ویژگی‌های خاص در قیمت و زمان کمتر طراحی و تولید کرد.

طراحی و پرینت اعضای مصنوعی، ترمیم و یا پرینت استخوان‌ها، پرینت و ترمیم بافت‌ها و… با استفاده از چاپگرهای زیستی و جوهرهای زیستی مورد استفاده در آن قابل انجام است. چاپ سه بعدی دارو با ویژگی‌های مناسب هر بیمار و همچنین پرینت ابزار جراحی از دیگر زمینه‌هایی است که تکنولوژی پرینت سه بعدی با پزشکی در هم آمیخته شده است.

‌

همچنان که در بخش‌های مختلف این نوشتار اشاره می‌شود، سفارشی‌سازی یکی از مهم‌ترین محرکه‌های توسعه صنعت ساخت افزایشی است. به همین ترتیب در کاربردهای پزشکی پرینت سه بعدی نیز با توجه به اینکه فرم و ابعاد اعضای هر فرد با فرد دیگر متفاوت است، نیازمند روش‌هایی از تولید هستیم که در تیراژ کم و یا در مواقع زیاد تولید در تعداد یک عدد را عملی سازد.

به عنوان مثالی دیگر از سفارشی‌سازی روش‌های تولید، با توجه به انواع و اقسام اشکال صورت، در صنعت ساخت عینک نیز از جمله صنعتی است که در آن به طور قابل توجهی از ظرفیت نامحدود چاپ سه بعدی برای سفارشی‌سازی استفاده می‌شود.

طرح‌های جدید که برای بهینه‌سازی راحتی و کیفیت طراحی شده‌اند، می‌توانند به سرعت با استفاده از پرینت سه بعدی نمونه‌سازی شده و با هزینه کمتر و راحتی بیشتر برای سفارش‌دهنده شوند.

طبق نتایج بدست آمده، عینک‌های سبک‌تر و راحت‌تری با گرینت سه بعدی قابل تولید است که با حداقل زباله هدر رفت مواد همراه باشند. برخی از شرکت‌های این حوزه حتی از ویژگی‌های چاپ سه بعدی برای تشویق مشتریان به طراحی عینک خود استفاده می‌کنند که این امر نتیجه مثبتی در ایجاد وفاداری به نام تجاری و توانمندسازی مصرف کنندگان و همچنین رقابت در بازار را همراه خواهد داشت.

کاربرد پرینترهای سه بعدی در صنعت مد و لباس

کاربردهای پرینت سه بعدی تنها در ساخت قطعات صنعتی محدود نمی‌شود. در صنعت مُد نیز برای ایجاد نمونه‌های اولیه، محصول نهایی و از همه مهم‌تر برای تهیه محصولات سفارشی و با تیراژ تولید کم می‌توان از تکنولوژی پرینت سه بعدی بهره گرفت. سرعت در طراحی، زمان و هزینه تولید کم از جمله مزایای آن در مقایسه با فرایندهای تولید سنتی است.

طراحان با استفاده از قابلیت‌های فناوری چاپ سه بعدی می‌توانند طرح‌های متنوع و محصول سفارشی با مواد و ساختارهای مختلف، تولید کنند. همچنین امکانات نرم‌افزارهای طراحی و پرینت یه بعدی درنهایت باعث راحتی در پیاده‌سازی طرح‌های خلاقانه خود خواهد شد.

پرینت سه بعدی، همچنین تولید لباس‌های هوشمند را نیز عملیاتی‌تر می‌کند. با افزایش پالت مواد و منسوجات قابل استفاده در تکنولوژی ساخت افزایشی، طیف وسیعی از امکانات جدید در اختیار طراحان قرار می‌گیرد و به کمک ساخت افزایشی، ورود لباس‌های هوشمند به بازار را در آینده شاهد خواهیم بود.

فناوری چاپ سه بعدی نه تنها می‌تواند تولید منسوجات را تغییر دهد بلکه این فرصت را برای ایجاد منسوجات جدیدی با کاربردهای ویژه مانند منسوجات ضد گلوله، ضد آتش و… فراهم می‌کند. گفتنی است این حوزه خاص از فناوری سه بعدی بیشتر جبه تحقیقاتی داشته و هنوز تکمیل نشده است، اما به نظر می‌رسد در آینده‌ای نزدیک، شاهد به کار گیری بیشتر فناوری ساخت افزایشی در حوزه مد و لباس باشیم.

‌

شرکت‌ها و برندهای تجاری بزرگی مانند نیو بالانس، آدیداس و نایک به فناوری ساخت افزایشی توجه ویژه‌ای داشته‌اند و برنامه‌هایی برای تولید انبوه کفش‌های ورزشی سفارشی از طریق سه بعدی را دارند. چنانچه پیش‌تر نیز اشاره شد، با توجه قابلیت طراحی و پیاده‌سازی طرح‌های خلاقانه از طریق چاپ سه بعدی، نوآوری‌های متعددی را در این صنعت شاهد خواهیم بود.

کاربرد پرینت سه بعدی در هوافضا

یکی از نکات مهمی که باید در ساخت و تولید قطعات مورد استفاده در صنعت هوا و فضا مورد توجه قرار گیرد، کاهش وزن قطعات و یا استفاده از قطعات با وزن کمتر است. چاپ سه بعدی در به حداقل رساندن وزن به صنعت هوافضا کمک می‌کند.

در فناوری پرینت سه بعدی حجم کمتر اجزای مورد نیاز در ساخت یک قطعه منجر به تولید قطعاتی سبک می‌شود این تغییر ظاهراً کوچک، درمجموع بر بار هواپیما، آلایندگی، مصرف سوخت، سرعت و ایمنی هواپیما نیز تأثیر مثبت می‌گذارد. علاوه بر این امکان تولید اجزای یکپارچه با ساختمان پیچیده که در روش‌های سنتی دشوار یا ناممکن است با فناوری پرینت سه بعدی قابل انجام است.

تولید قطعات به روش ساخت افزایشی یا پرینت سه بعدی، در شرکت‌های GE، بوئینگ و ایرباس مورد توجه قرار گرفته است و این شرکت‌ها هم‌اکنون از هزاران قطعه پرینت شده در محصولات خود استفاده می‌کنند.

شرکت مطرح اسپیس‌ایکس دلیل خود از توجه به صنعت ساخت افزایشی را صرفه جویی در هزینه تولید با این فناوری و همچنین حفظ انعطاف‌پذیری در فرایند تولید عنوان می‌کند. این شرکت یک محفظه احتراق موتور پرینت کرده که با استفاده از موادی دارای استحکام، شکل‌پذیری و مقاومت در برابر شکست نسبت به مواد معمول را داراست و کاهش هدر رفت مواد در زمینه از اولویت‌های شرکت بوده است.

علاوه بر حضور قطعات حاصل از چاپ سه بعدی در فضا، خود پرینتر سه بعدی نیز در فضا به کمک دانشمندان و فضانوردان آمده است. ناسا برای اولین بار از یک چاپگر سه بعدی برای ساختن یک آچار چرخ‌دار در ایستگاه فضایی بین‌المللی بهره گرفت و به این ترتیب اولین ابزار در نوع خود در فضا تولید شد.

کاربرد پرینت سه بعدی در صنعت طلا و جواهرسازی

چاپ سه بعدی که از زیرمجموعه‌های انقلاب صنعتی چهارم محسوب می‌شود، طراحی و ساخت جواهرات را نیز دچار تحول کرده است. تا پیش از این ایجاد قطعات چاپ سه بعدی که ظاهری مشابه با جواهرات سنتی و دست ساز داشته‌اند، یک چالش مهم محسوب می‌گردید؛ اما با ورود فناوری پرینت سه بعدی به این عرصه، پس از پیشرفت‌هایی در برنامه‌های تخصصی مدل‌سازی سه بعدی و با استفاده از مواد قابل چاپ بیشتر، طراحان جواهرات بیشتر ترجیح می‌دهند مدل سه بعدی را طراحی کرده و طرح‌های خود را چاپ کنند.

چاپگرهای سه بعدی مورد استفاده در صنعت طلا و جواهر، قطعاتی را از رزین یا موم بر اساس مدل‌های سه بعدی طرح نهایی جواهرساز ایجاد می‌کنند. مدل‌های دیجیتالی را می‌توان به راحتی ویرایش کرد، که درنهایت نمونه‌سازی جواهرات با چاپ سه بعدی را بسیار ارزان و راحت می‌کند.

با ظهور پرینترهای سه بعدی در این حوزه، امکان سفارشی‌سازی ایجاد و تجربه خرید بسیار ملموس‌تر می‌شود. مشتریان اکنون می‌توانند نمونه‌های اولیه قطعاتی را که طراحی آن‌ها انجام شده است، امتحان کنند تا از ظاهر و احساس درست قبل از خرید اطمینان حاصل کنند. درنهایت بعد از مدل‌سازی می‌توان طرح‌های نهایی را به صورت سه بعدی چاپ کرد و با استفاده از جریان کار مشابه جواهرات سنتی، در قالب ریخت.

فناوری پرینت سه بعدی مورد استفاده در این صنعت، اغلب روش استریولیتوگرافی یا SLA است.

بنابراین با ظهور فناوری چاپ سه بعدی و همچنین در کنار مهارت‌های طراحی کامپیوتری یا CAD تحول این صنعت و همچنین براورده شدن بیشتر نیاز مشتریان و برقراری ارتباط بیشتر با آن‌ها را از سوی سازندگان شاهد خواهیم بود.

کاربرد پرینترهای سه بعدی در خودروسازی

صنعت خودروسازی، از دهه‌های پیش به سراغ استفاده از ظرفیت چاپ سه بعدی رفته است. چاپ سه بعدی که پیش‌تر نیز گفته شد، در نمونه‌سازی سریع بسیار مفید است و ثابت شده است که فناوری پرینت سه بعدی می‌تواند زمان طراحی و زمان ساخت در مدل‌های جدید خودرو را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

سفارشی‌سازی و همچنین طولانی‌بودن پروسه تولید برای برخی قطعات به روش‌های سنتی، صنعت خودروسازی را به سمت استفاده از روش‌های ساخت افزایشی سوق می‌دهد. برخی قطعات پیجیده نیز در این روش‌ها به صورت یکپارچه و در یک مرحله تولید می‌شود.

کاربرد پرینترهای سه بعدی در هنر و معماری

طی دهه گذشته در کنار ساخت افزایشی، ظهور “هنرهای افزودنی” را نیز شاهد بودیم و در انواع آثار هنری مانند مجسمه‌سازی، تکنیک‌های چاپ سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

درمورد چاپ آثار هنری تاریخی و قبلی، گاهی طراحی هم ساده است و با استفاده از سیستم‌های اسکن عکاسی سه بعدی طراحی به‌راحتی انجام می‌پذیرد و سپس آثار هنری فیزیکی، چاپ می‌شوند. این تحولات هم به هنرمندان و هم به مشتریان قدرت مانور و انتخاب بیشتری نیز می‌دهد؛ به طوری که هر چیزی که بتوانید تصور کنید طراحی و مطابق با استانداردهای بسیار دقیق تولید می‌شوند.

اسکن سه بعدی، طراحی کامپیوتری و پرینت سه بعدی برای بازگرداندن آثار برخی از مشهورترین هنرمندان تاریخ نیز استفاده شده است و آثار هنرمندانی چون میکل آنژ و داوینچی را به شکوه قبلی خود بازگردانده است.

به صورت کلی این فرایند را می‌توان به این صورت تشریح نمود که پس از ارزیابی وضعیت فعلی یک اثر هنری، می‌توان اثر را به صورت دیجیتالی اسکن و مدل کرد. با استفاده از قطعات موجود یک اثر به عنوان مبنایی برای مرمت بعدی، امکان تفسیر ناخواسته به حداقل می‌رسد.

در معماری نیز، ساخت ماکت و نمونه‌های طراحی شده به عنوان یک ضرورت و چالش مطرح است. معماری به عنوان صنعتی که در حال حاضر بر اساس طراحی هندسی، نمونه‌سازی و مدل‌سازی است و از پیشرفت‌های فناوری چاپ سه بعدی بهره بسیاری می‌برد. با پرینت سه بعدی می‌توان یک مدل معماری پیچیده را با جزئیات کامل تولید کرد و مرحله مدل‌سازی سه بعدی طراحی معماری را بهبود بخشید.

‌به جز صرفه جویی در زمان فرایند تولید مدل سه بعدی، به دلیل اتکای ساخت افزایشی به کامپیوتر، معماران می‌توانند اثرات برخی ویژگی‌های طراحی را با اطمینان بیشتری پیش بینی کنند و تغییرات را به راحتی به طرح خود اعمال نمایند. به عنوان مثال، با مشاهده یک مدل تولید شده، معمار می‌تواند از طریق مدلی با دقت بالاتر از مدل‌سازی به روش‌های سنتی، جنبه‌هایی از جریان نوری را اندازه گیری و سپس طرح خود را بهینه کند.

ارزش ارائه بالای مدل دقیق از طریق فناوری پرینت سه بعدی همچنین به این معناست که چاپ سه بعدی می‌تواند یک ابزار تجاری مهم برای شرکت‌هایی باشد که با نشان‌دادن ویژگی‌های کامل طراحی خود به دنبال جذب سفارش و برنده‌ شدن در مناقصه‌ها، پروژه‌ها و کمیسیون‌ها هستند.

تکنولوژی ساخت افزایشی یا پرینت سه بعدی در تمام موقعیت‌هایی که نیاز به تولید انواع قطعات دارند پتانسیل‌های بالفعل و بالقوه فراوانی دارد و صنایع مختلف با ظهور پرینترهای سه بعدی درحال تحول هستند. در این مقاله که از جاویسا مطالعه کردید، نمونه‌هایی از کاربرد پرینترهای سه بعدی معرفی گردید. شرکت جاویسا ارائه‌دهنده خدمات پرینت سه بعدی است که پیشنهاد می‌کنیم در بخش‌های مختلف سایت انواع خدمات شرکت و مطالب دیگر درمورد پرینت سه بعدی را مطالعه نموده و نظرات و پیشنهادات خود را نیز با ما به اشتراک بگذارید.