پرینت سه بعدی چیست وچه کاربردی دارد؟

پرینت سه بعدی هنوز هم یکی از غیرقابل باورترین اختراعات بشر است که به نقطه عطفی در صنعت چاپ تبدیل شده است. با وجود اینکه پرینت سه بعدی در ابتدا فقط برای نمونه‌سازی و تولید تک نسخه‌ای مناسب بود، اکنون به سرعت در حال تبدیل شدن به یک فناوری تولید است.

البته بیشتر تقاضای فعلی برای چاپ سه بعدی ماهیت صنعتی دارد. با این وجود پیش‌بینی می‌شود که بازار جهانی چاپ سه بعدی تا سال 2026 به 41 میلیارد دلار برسد. این صنعت همچنان که تکامل می‌یابد، هر صنعت بزرگ دیگری را نیز متحول می‌کند. حتی در آینده نه چندان دور، سبک زندگی، کار و تفریح از طریق این صنعت جذاب زیرورو خواهد شد.

اما آیا می‌دانید پرینتر سه بعدی چیست و در فرآیند چاپ سه بعدی، دقیقا چه اتفاقی می‌افتد؟

پرینت سه بعدی چیست؟

پرینت سه بعدی فرآیندی است که در آن، یک شی با سه بعد خلق می‌شود. در این فرآیند، اجسام جامد سه بعدی از یک فایل دیجیتال ساخته می‌شوند.

در چاپ سه بعدی یک شی با گذاشتن لایه‌های متوالی از مواد تا زمانی که جسم ایجاد شود، شکل می‌گیرد. هر یک از این لایه‌ها را می‌توان به عنوان یک برش نازک مقطع از جسم مشاهده کرد.

پرینتر سه بعدی چه کاربردهایی دارد؟

با استفاده از چاپ سه بعدی می‌توان با به کارگیری مواد کمتر نسبت به روش‌های سنتی، اشکال پیچیده‌تر تولید کرد.

پرینت سه بعدی انواع مختلفی از فناوری‌ها و مواد را در بر می‌گیرد، زیرا تقریباً در هر صنعتی که می‌شناسید، قابل استفاده است.

با این وجود در حال حاضر رایج‌ترین کاربردهای پرینت سه بعدی عبارتند از:

• صنعت هوانوردی: جنرال الکتریک با پرینت سه بعدی نازل‌های سوخت، 3 میلیون دلار در هر هواپیما صرفه‌جویی می‌کند.
• صنعت ساخت و ساز: خانه‌های چاپ سه بعدی در حال حاضر به صورت تجاری در دسترس هستند. برخی از شرکت‌ها قطعات پیش ساخته را چاپ می کنند و برخی دیگر این کار را در محل انجام می‌دهند.
• محصولات مصرفی: قاب عینک، کفش، مبلمان و … : پیش‌بینی می‌شود که بازار عینک‌های چاپ سه‌بعدی تا سال 2028 به 3.4 میلیارد دلار برسد. بخشی که به سرعت در حال گسترش است، قاب‌های عینک است. چاپ سه بعدی یک روش تولید مناسب برای فریم عینک است. اما امکان چاپ سه بعدی لنزها نیز وجود دارد.
• جواهر سازی: دو روش برای تولید جواهرات با چاپگر سه بعدی وجود دارد. در روش مستقیم، یک قطعه جواهر مستقیماً از طرح سه بعدی ساخته می‌شود. اما در روش‌ غیرمستقیم، قطعه جواهر به صورت سه بعدی چاپ شده و در نهایت برای ریخته‌گری، به قالب وارد می‌شود.
• آموزش: معلمان و دانش آموزان مدت هاست که از پرینترهای سه بعدی در کلاس درس استفاده می‌کنند. پرینت سه بعدی به دانش آموزان کمک می‌کند، تا ایده‌های خود را به روشی سریع و مقرون به صرفه تحقق بخشند.
• صنعت غذا: تولید مواد افزودنی از طریق چاپ سه بعدی، در بخش‌های مختلف دنیا رایج است. رستوران‌هایی مانند Food Ink و Melisse از این صنعت به عنوان ابزاری برای بالا بردن نرخ فروش برای جذب مشتریان از سراسر جهان استفاده می‌کنند.
• محصولات صنعتی: محصولاتی مانند ابزار ساخت، نمونه‌های اولیه، قطعات کاربردی و تجهیزات صنعتی از طریق این فناوری تولید می‌شود.
• محصولات دندانپزشکی: از تاج و پروتز گرفته تا دیگر بخش‌های دندان از طریق صنعت چاپ سه بعدی قابل تهیه است.
• اعضای مصنوعی بدن: از مفصل‌های زانو گرفته تا هر عضو بیرونی از بدن با استفاده از این صنعت قابل تهیه است.
• تجهیزات پزشکی: یک صنعت مهم که بوسیله چاپگرهای سه بعدی متحول شده است، تولید تجهیزات پزشکی است. سمعک یکی از محصولات مهم پرینترهای سه بعدی است.
• مدل‌ها و ماکت‌های معماری
• تجهیزات موردنیاز برای بازسازی فسیل‌ها
• تجهیزات موردنیاز برای آثار باستانی
• بازسازی شواهد در آسیب شناسی قانونی

روش‌های پرینت سه بعدی کدامند؟

روش‌های مختلفی برای چاپ ۳ بعدی وجود دارد که رایج‌ترین آن عبارتند از:

• سنتز نور دیجیتال: در این فناوری، نور از یک موتور نوری LED با کارایی بالا، دنباله‌ای از تصاویر UV را نشان می‌دهد، که مقطعی از بخش چاپ‌شده سه‌بعدی را عینیت می‌بخشد. این کار باعث می‌شود تا رزین با اشعه ماوراء بنفش به روشی دقیق تا حدی پخت شود. سپس اکسیژن از پنجره نفوذپذیر اکسیژن عبور کرده و یک رابط مایع نازک از رزین پخته نشده بین پنجره و قسمت چاپ شده به نام منطقه مرده ایجاد می‌کند. منطقه مرده به نازکی ده میکرون است. در داخل منطقه مرده، اکسیژن مانع پختن رزین توسط نور می‌شود. بنابراین جریان مداوم مایع در زیر قسمت چاپ شده وجود دارد. درست بالای ناحیه مرده، نور پرتاب شده توسط اشعه ماوراء بنفش به سمت بالا آبشاری برای پخت قطعه ایجاد می‌کند.
• روش فتوپلیمریزاسیون: این روش در سال 1986 توسط چارلز هال اختراع شد، که در آن زمان شرکت 3D Systems را نیز تأسیس کرده بود. در این روش استریولیتوگرافی از یک خمره از رزین فوتوپلیمر مایع و یک لیزر فرابنفش برای ساختن لایه‌های شی در یک زمان استفاده می‌کند. برای هر لایه، پرتو لیزر مقطعی از الگوی قطعه را روی سطح رزین مایع ترسیم می‌کند. قرار گرفتن در معرض نور لیزر فرابنفش، الگوی ردیابی شده روی رزین را ایجاد کرده و آن را به لایه زیر ذوب می‌کند.سپس سکویی با فاصله‌ای برابر با ضخامت یک لایه، معمولاً 0.05 تا 0.15 میلی متر پایین می‌آ‌ید. حالا، یک تیغه پر از رزین، سطح مقطع قطعه را جارو کرده و دوباره آن را با مواد تازه می‌پوشاند. در این سطح مایع جدید، الگوی لایه بعدی ردیابی شده و به لایه قبلی می‌پیوندد.
• جت کردن مواد: در این فرآیند، مواد به صورت قطرات از طریق یک نازل با قطر کوچک اعمال می‌شود. این روش شبیه به روشی است که پرینتر کاغذ جوهرافشان معمولی کار می‌کند، اما لایه به لایه روی یک پلتفرم ساختمانی اعمال می‌شود و سپس توسط نور UV سخت می‌شود.
• چاپ ساده با سخت افزار کربن: در این روش نور قطعه را شکل داده و فرآیند پخت قابل برنامه ریزی با پختن قطعه چاپ شده سه بعدی در حمام حرارتی یا فر انجام می‌شود. پخت حرارتی برنامه ریزی شده با ایجاد یک واکنش شیمیایی ثانویه، خواص مکانیکی را تنظیم کرده و باعث می‌شود که مواد تقویت شده و به ویژگی‌های نهایی مطلوب دست پیدا کنند.
• روش پردازش نور دیجیتال یا DLP: در این روش از پلیمرهای حساس به نور استفاده می‌شود. این روش شباهت زیادی به روش قبل داشته و فقط از نظر منبع نور با هم فرق دارند. در این روش از لامپ قوس الکتریکی استفاده می‌شود. DLP در مقایسه با دیگر روش‌ها سرعت بیشتری دارد.
• تولید واسط مایع پیوسته یا CLIP: یکی از سریع‌ترین فرآیندهایی که از فتوپلیمریزاسیون Vat استفاده می‌کند، CLIP است.
• پخت جوشی لیزری انتخابی (SLS): در این روش از یک لیزر با قدرت بالا برای ذوب ذرات کوچک پودر برای ایجاد شکل سه بعدی مورد نظر استفاده می‌شود. لیزر به طور انتخابی پودر را با اسکن کردن مقطع روی سطح یک بستر پودری، ذوب می‌کند. پس از اسکن هر مقطع، بستر پودری با ضخامت یک لایه پایین می‌آید. سپس یک لایه جدید از مواد در بالا اعمال می‌شود و این روند تا زمانی که جسم کامل شود، ادامه دارد.
  بایندر جتینگ: در این روش از مواد پایه پودری و یک چسب مایع استفاده می‌شود. در محفظه ساخت، پودر در لایه‌های مساوی پخش شده و بایندر از طریق نازل‌های جت که ذرات پودر را به شکل مورد نیاز چسب می‌کند، اعمال می‌شود. پس از اتمام چاپ، پودر باقی مانده پاک شده و برای چاپ بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• زینترینگ مستقیم فلزات لیزری (DMLS): در این روش از پودر فلز استفاده می‌شود‌. به دلیل افزایش قدرت لیزر، DMLS به یک فرآیند ذوب لیزر تبدیل شده است.

دستگاه پرینتر سه بعدی چه سازوکاری دارد؟

همه چیز با یک مدل سه بعدی شروع می شود. شما باید با استفاده از نرم‌افزارهای مربوط به این کار، مدل سه بعدی خود را تهیه کنید. نرم‌افزار Tinkercad، به راحتی و به صورت رایگان این کار را برای شما انجام می‌دهد.
سپس زمانیکه به یک فایل قابل چاپ دسترسی پیدا کردید، آن را برای پرینتر سه بعدی خود آماده می‌کنید. به این کار برش می‌گویند.

برش در اصل به معنای برش دادن یک مدل سه بعدی به صدها یا هزاران لایه است و با نرم افزار برش انجام می‌شود. وقتی فایل شما برش خورد، برای پرینتر سه بعدی آماده می‌شود. دسترسی چاپگر سه بعدی به فایل موردنظر، از طریق USB، SD یا Wi-Fi انجام می‌شود. حالا فایل برش داده شده شما، آماده پرینت سه بعدی لایه به لایه است.
موادی که معمولا در این دستگاه مورداستفاده قرار می‌گیرد عبارتنداز؛ پلاستیک، فلزات، بتن، سرامیک، کاغذ و بعضی مواد خوراکی مانند شکلات. همچنین یک ماده اولیه سیمی با نام فیلامنت از پودر یا رزین مایع تولید شده و در این صنعت به کار گرفته می‌شود.

آیا پرینتر سه بعدی انسان واقعیت دارد؟

پرینتر سه بعدی انسان یکی از رویاهای مخترعان و دانشمندان است، که هیچ بعید نیست یک روز عملی شود. در حال حاضر هیچ اقدام قابل گفتنی در این زمینه انجام نشده است.

آیا پرینت سه بعدی فلزی در ایران انجام می‌شود؟

در حال حاضر فناوری پرینت سه بعدی فلزی در ایران وجود ندارد. اما به طور کلی پرینت سه بعدی فلزات به چند روش مختلف انجام می‌شود:

• رسوب مستقیم انرژی: در این روش دستگاه چاپ سه بعدی معمولاً به یک بازوی روباتیک چند محوره متصل می‌شود. این دستگاه از یک نازل تشکیل شده است، که پودر یا سیم فلزی را روی یک سطح رسوب می‌دهد. سپس یک منبع انرژی مانند لیزر، پرتو الکترونی یا قوس پلاسما آن را ذوب کرده و جسم جامد را تشکیل می‌دهد.
• لمینیت ورق: این روش شامل موادی است، که با نیروی خارجی به هم متصل می‌شوند. ورق‌ها می‌تواند از فلز، کاغذ یا نوعی پلیمر باشد. ورق‌های فلزی توسط جوش اولتراسونیک در لایه‌ها به هم جوش داده شده و سپس به شکل مناسب آسیاب می‌شود. از ورقه‌های کاغذی نیز می‌توان در این روش استفاده کرد. در این صورت ورقه‌های کاغذی با چسب چسبانده شده و با تیغه‌های دقیق شکل بریده می‌شوند.