پرینتر سه بعدی

ما در این متن ابتدا به پرسش پرینتر سه بعدی چیست پاسخ می دهیم و سپس 7 نوع از روش های مختلف پرینت در انواع چاپگرهای 3 بعدی را به طور مفصل تشریح می کنیم. همچنین در ادامه به کاربرد ، مواد اولیه مورد استفاده ، قیمت و نکات خرید هر یک از آنها اشاره خواهیم کرد.

پرینتر سه بعدی چیست؟

تکنولوژی Additive Manufacturing یا ساخت لایه به لایه در پرینترهای سه بعدی ، واژه ای است برای توصیف مجموعه ای از تکنولوژی ها که در آن اجسام سه بعدی را با افزودن لایه به لایه مواد بر روی هم بوجود می آورند. مواد مورد استفاده در تکنولوژی های مختلف پرینتر سه بعدی می تواند متفاوت باشد.

نخستین گام برای پرینت سه بعدی ، ایجاد یک فایل CAD از قطعه مورد نظر توسط نرم افزارهایی مانند کتیا است. سپس چاپگر سه بعدی با خواندن اطلاعات فایل CAD و ساخت یک استراکچر لایه به لایه با موادی ( مواد اولیه پرینتر سه بعدی ) مانند پلاستیک ، مایع ، فیلامنت و یا لایه های کاغذی جسم سه بعدی مورد نظر را تولید می کند.

واژه ساخت لایه به لایه Additive Manufacturing شامل تکنولوژی هایی چون ، نمونه سازی سریع Rapid Prototyping (RP) ، ساخت مستقیم دیجیتالی Direct Digital Manufacturing (DDM) و پرینت ۳ بعدی ۳D Printing می شود.

معرفی 7 نوع از انواع پرینترهای سه بعدی (چاپگرهای 3 بعدی)

روش های مختلفی برای تقسیم بندی انواع پرینترهای 3 بعدی وجود دارد که در این متن انواع پرینترهای سه بعدی بر اساس نوع تکنولوژی به کار رفته در آنها تقسیم بندی می شوند. در واقع 7 روش مختلف از انواع روش های چاپ 3 بعدی عبارتند از :

1 . پرینتر سه بعدی نوع استرو لیتوگرافی Stereolithography (SLA)

استرو لیتوگرافی یا SLA یکی از انواع روش های پرینت 3 بعدی است که به عنوان قدیمی ترین روش پرینت سه بعدی شناخته می شود. از این روش یک مهندس که به قطعه ای جهت تکمیل پروژه خود نیاز دارد یا یک شخص خلاق که می خواهد یک نمونه اولیه پلاستیکی از ایده ذهنی خود ایجاد کند ، استفاده می کند. در روش SLA پلاستیک مایع به جسم سه بعدی تبدیل می شود.

قطعات ایجاد شده با این روش معمولا دارای سطوح نرمی هستند اما کیفیت آن بستگی به کیفیت پرینتر سه بعدی دارد. در طول فرآیند چاپ و پس از سخت شدن یک لایه ، لیزر لایه های بعدی را روی لایه قبلی فرم می دهد تا فرآیند چاپ به پایان برسد. بعد از اینکه تمامی لایه ها تکمیل شد ، قطعه پرینت شده توسط یک حلال شستشو شده و در نهایت درون یک فر حاوی نور ماورابنفش قرار گرفته تا فرآیند تکمیل شود.

مدت زمان پرینت سه بعدی به اندازه پرینتر سه بعدی نوع SLA بستگی دارد. قطعات کوچک معمولا در مدت زمان بین 6 الی 8 ساعت پرینت می شوند و برای قطعات بزرگ با چند متر طول این زمان به چند روز هم ادامه پیدا می کند.

از پرینتر 3 بعدی به روش استرو لیتوگرافی معمولا در نمونه سازی سریع که به مدت زمان و هزینه کمی نیاز است به طور گسترده استفاده می شود و به ندرت از این روش برای پرینت محصول نهایی استفاده می شود.

2 . پرینتر 3 بعدی نوع Digital Light Processing (DLP)

پرینتر 3 بعدی نوع Digital Light Processing (DLP) بسیار شبیه چاپگر 3 بعدی قبلی (SLA) است. در این روش از آینه های میکروسکوپی دیجیتال که روی بردهای نیمه هادی جاسازی می شوند، استفاده شده است. پرینتر سه بعدی DLP همانند SLA با فوتو پلیمرها کار می کند. تفاوت این دو در نوع منبع نور آنهاست. ماده مورد استفاده در این چاپگر سه بعدی رزین پلاستیکی مایع (رزین ترکیب طبیعی یا مصنوعی بسیار چسبناکی است که تحت شرایط خاص سفت می شود) است که درون یه منبع رزین شفاف جاسازی می شود. رزین در اثر تابش مقدار زیادی نور به سرعت سفت و سخت می شود و سرعت پرینت 3 بعدی بسیار چشمگیر می شود. هر لایه می تواند در طی تنها چند ثانیه ایجاد شود. بعد از تشکیل لایه اول ، لایه های بعدی به ترتیب شکل می گیرد.

قطعات ایجاد شده با این پرینترهای سه بعدی تنومند بوده و کیفیت بالایی دارند. بزرگترین مزیت پرینتر سه بعدی DLP نسبت به SLA این است که مواد کمتری برای ساخت جزئیات مصرف می کند و در نتیجه اتلافات و هزینه ها کاهش می یابد. برای مثال می توان به پرینترهای سه بعدی Envision Tec Ultra , MiiCraft High Resolution 3D printer , Lunavast XG2 اشاره کرد.

3 . چاپگر سه بعدی نوع Fused Deposition Modeling (FDM)

با چاپگر سه بعدی FDM می توانید نه تنها نمونه سازی سریع بلکه مدل های مفهومی و محصولات نهایی را نیز پرینت نمایید. نکته قابل توجه در تکنولوژی FDM این است که همه قطعات پرینت شده خواص ترموپلاستیکی و عملکردی بسیار بالایی دارند که می تواند برای مهندسان و تولیدکنندگان مفید باشد. در میان 7 نوع از انواع چاپگرهای 3 بعدی که معرفی کردیم نوع FDM تنها پرینتر سه بعدی است که قطعات تولید شده توسط آن خواص ترموپلاستیکی با درجه بالا production-grade thermoplastics دارند و بنابرین قطعات تولید شده به این روش کیفیت و خواص مکانیکی ، حرارتی و شیمیایی بالایی دارند.

پرینترهای سه بعدی FDM اجسام را لایه به لایه و از پایین ترین لایه به وسیله گرم کردن و اکسترود کردن فیلامنت ترموپلاستیک تولید می کنند. کل فرآیند تقریبا شبیه فرآیند SLA است. ابتدا نرم افزاری مخصوص فایل خروجی نرم افزار CAD مانند کتیا را به لایه هایی ریزتر تقسیم بندی کرده و سپس راه و روش اکسترود شدن هر لایه توسط پرینتر سه بعدی را محاسبه می کند. سپس چاپگر 3 بعدی به ماده ترموپلاستیک تا نقطه ذوب آن حرارت داده و توسط نازل آن را به محل مورد نظر اکسترود می کند. در واقع یک کامپیوتر ابعاد قطعه را با مختصات X , Y , Z محاسبه و نازل را به مختصات مورد نظر هدایت می کند.

مدت زمان پرینت به اندازه و میزان پیچیدگی شکل قطعه بستگی دارد. قطعات کوچکتر در این روش به سرعت تولید می شوند و قطعات بزرگتر یا پیچیده تر مدت زمان بیشتری نیاز دارند. بعد از اینکه قطعه پرینت شد مواد اضافی با قرار دادن قطعه در آب و مواد شوینده از آن جدا می شود. سپس می توان بر روی قطعه عملیات دیگری مانند فرز یا رنگ کردن و … انجام داد.

پرینتر سه بعدی با تکنولوژی FDM امروزه در کمپانی های خودروسازی مانند BMW , Hyundai و نیز کمپانی های غذا مانند Nestle و Dial و همینطور در صنعت مهندسی پزشکی به طور گسترده و برای نمونه سازی سریع ، مدل های کانسپت و توسعه پروسه ساخت کاربرد دارد و اغلب قطعات با هندسه ها و فرورفتگی های پیچیده را می توان با آن تولید کرد.

انواع مختلفی از مواد ترموپلاستیک در آن استفاده می شود که مهمترین آن فیلامنت های ABS (acrylonitrile butadiene styrene) و PC (polycarbonate) هستند.

قیمت انواع پرینتر سه بعدی نوع FDM بستگی به سایز و میزان حرفه ای بودن آن دارد و معمولا از 10 هزار دلار شروع می شود.

پرینترهای سه بعدی خانگی معمولا زیاد گران نیستند. برای مثال پرینتر 3 بعدی Replicator of Makerbot ، Mojo of Stratasys و Cube of 3D Systems قیمتی در حدود 1200 تا 10 هزار دلار دارند.

4 . پرینتر سه بعدی نوع Selective Laser Sintering (SLS)

در تکنیک بکار رفته در پرینتر سه بعدی نوع SLS از یک لیزر به عنوان منبع قدرت جهت فرم دادن به شکل سه بعدی استفاده می شود. این تکنیک از بسیاری جهات شبیه تکنیک SLA است با این تفاوت که به جای رزین مایع از مواد پودری استفاده می شود. برخلاف تکنیک های قبلی که از موادی اضافی برای ساپورت قطعه پرینت شده استفاده و پس از آن جدا میشد ، در این روش دیگر به آن نیازی نبوده و قطعه پرینت شده تنها توسط پودر پخته نشده احاطه می گردد.

مواد اولیه پرینتر سه بعدی SLS می تواند nylon ، سرامیک و شیشه و یا حتی فلزاتی مانند آلومینیوم ، فولاد و نقره باشد. این پرینترها بیشتر توسط تولیدکنندگان مورد استفاده قرار می گیرد و به علت استفاده از تکنولوژی لیزرهای high-powered بسیار گران قیمت هستند.

5 . چاپگر 3 بعدی نوع Selective Laser Melting (SLM)

چاپگر 3 بعدی نوع SLM از یک پرتو لیزر بسیار قدرتمند استفاده کرده و پودر فلزی را ذوب می کند. در برخی جاها SLM را زیر مجموعه ای از SLS معرفی کرده اند که این موضوع صحیح نیست زیرا که در این نوع ماده فلزی به طور کامل ذوب شده تا جسم سه بعدی را بوجود آید.

فلزات مورد استفاده در این روش شامل فولاد ضد زنگ ، تیتانیوم ، cobalt chrome و آلومینیوم هستند. از این روش می توان برای پرینت قطعاتی با هندسه پیچیده و ساختارهایی با دیواره های بسیار نازک و حفره ها و کانال های مخفی استفاده کرد. بسیاری از پروژه های انجام شده توسط پرینتر سه بعدی SLM پیشگام قطعات فوق سبک در صنایع هوافضا و ارتوپدی پزشکی است. از پرینترهای 3 بعدی SLM در پروژه هایی که به دلایلی ماشین کاری سطوح قطعات مشکل آفرین بوده و نیز نیاز به استحکام بسیار بالا در طراحی قطعات نیاز است، استفاده می شود.

برای نمونه می توان به چاپگر 3 بعدی MX3D-metal printer اشاره کرد.

6 . پرینتر سه بعدی نوع Electronic Beam Melting (EBM)

پرینترهای سه بعدی نوع EBM نوع دیگری برای پرینت قطعات فلزی است. EBM به جای استفاده از پرتو لیزر قوی به عنوان منبع قدرت از پرتو الکترونی برای ذوب استفاده می کند و بقیه فرآیند آن مشابه SLM است. EBM یک پردازنده دارد که پرتو الکترونی را در شرایط خلا بسیار زیاد کنترل و پودر فلز را به طور کامل ذوب می کند. این فرآیند معمولا در دماهای نزدیک 1000 درجه سانتی گراد انجام می شود. در مقایسه با SLM این روش نسبتا کندتر و گران تر و استفاده از مواد محدودتر است و به این علت هنوز در میان تولیدکنندگان جایگاه خود را پیدا نکرده است. بیشترین مواد مورد استفاده در EBM تیتانیوم خالص ، inconel 718 و inconel 625 است و بیشترین کاربرد آن در صنایع پزشکی و هوافضا است.

7 . پرینترهای سه بعدی نوع Laminated Object Manufacturing (LOM)

پرینترهای سه بعدی نوع LOM نوعی دیگر از انواع پرینترهای نمونه سازی سریع هستند که در آن ماده اولیه از جنس پلاستیک یا فلز به صورت رول شده (مطابق شکل) در آن قرار گرفته و سپس تحت گرما و فشار این لایه ها به هم چسبیده و مرحله به مرحله توسط لیزر یا برنده برش داده می شود تا لایه به لایه شکل مورد نظر بوجود آید. مطابق شکل ماده رول شده به درون دستگاه فرستاده شده و توسط یک غلتنده داغ Heated Roller تحت گرما و فشار قرار می گیرد.

قیمت این نوع به علت عدم استفاده از مواد گران قیمت، پایین بوده و می توان قطعاتی با اندازه نسبتا بزرگ توسط آن تولید کرد. اخیرا بزرگترین تولیدکننده این نوع پرینتر Cubic Technologies است.

ما در این صفحه سعی کردیم تا به سوال پرینتر سه بعدی چیست و اینکه انواع روش های چاپ 3 بعدی قطعات کدام است پاسخ دهیم و 7 نوع از انواع چاپگرهای 3 بعدی را معرفی نمودیم و در ضمن به برخی نکات در خصوص مزایا ، معایب ، کاربردها ، محدودیت ها ، قیمت ها و … اشاره کنیم. در ادامه برای آشنایی با اسکنرهای سه بعدی و نیز فرآیند مهندسی معکوس پیشنهاد می کنیم که مقاله های زیر را مطالعه بفرمایید.

مطالعه بیشتر درباره انواع اسکنرهای سه بعدی در این صفحه ⇐ اسکنر سه بعدی

مطالعه بیشتر درباره فرآیند مهندسی معکوس قطعات در این صفحه ⇐ مهندسی معکوس

آپانوس تولید کننده مجموعه کامل فیلم های آموزش کتیا مقدماتی ، پیشرفته ، طراحی سطوح ، ابر نقاط ، ورق کاری ، تحلیل المان محدود ، طراحی قالب ، ماشینکاری ، طراحی بدنه ، رندرینگ حرفه ای ، انیمیشن سازی حرکتی و … به صورت کاملا کاربردی ، مثال محور و خودآموز است. جهت مشاهده نمونه فیلم ها و توضیحات آن به صفحه فیلم های آموزش کتیا مراجعه و یا با مدیر سایت تماس بگیرید.
مهندس مکانیک – مجتبی محمدنیا : 09355652291

ویژگی مشترک تمام پرینترهای سه بعدی استفاده از کامپیوتر و نرم افزار مدل سازی سه بعدی (مانند کتیا و …) است. مجموعه کامل فیلم های آموزش کتیا از مقدماتی تا مهندسی معکوس حرفه ای با استفاده از ابرنقاط در این صفحه ⇐ آموزش کتیا

کلید واژه ها : فروش پرینتر سه بعدی ، خرید پرینتر سه بعدی ، خدمات چاپ سه بعدی ، خدمات پرینتر سه بعدی ، خدمات پرینت سه بعدی ، خدمات پرینت 3 بعدی