پرینتر سه بعدی چیست ؟

پرینت سه‌بعدی فناوری تولیدی به روش افزاینده است که امروزه با سرعت چشمگیری رو به رشد است و حتی از آن به عنوان انقلاب صنعتی دیگری یاد می‌کنند. در روزنامه‌ی “تایمز اقتصادی” و بسیاری از مراجع دیگر پیش‌بینی شده است که این صنعت پتانسیل این را دارد که حتی از اینترنت نیز فراگیرتر و عظیم‌تر شود، که این گزاره از نظر بسیاری از صاحب‌نظران تأیید شده است. البته بسیاری دیگر اعتقاد دارند که این رشد تنها یک اشتیاق زودگذر پیرامون این صنعت هیجان‌انگیز است و آینده‌ای نخواهد داشت. اما می‌خواهیم این موضوع را باز کنیم که واقعاً صنعت پرینت سه‌بعدی چیست؟ و عموماً چه افرادی از آن استفاده می‌کنند؟

تکنولوژی نقش بسیار مهمی در تاریخ بشریت داشته است، ایده‌ی لامپ، موتور بخار و بعد از آن خودروها و هواپیماها و مهم‌تر از همه جهان اینترنت. این تکنولوژی‌ها زندگی ما را بسیار بهتر کرده‌اند، راه‌های جدیدی را به ما نشان داده‌اند و توانایی‌های بالقوه‌ای در اختیار ما گذاشته‌اند اما معمولاً چند سال یا حتی چند دهه زمان می‌برد تا طبیعت درهم‌گسیخته‌ی تکنولوژی نمایان شود.

باوری قوی وجود دارد که پرینت سه‌بعدی یا صنعت تولید افزاینده پتانسیل وسیعی دارد تا بخشی از تکنولوژی‌های تأثیرگذار بر تاریخ بشریت باشد. واقعاً پرینت سه‌بعدی که برخی ادعا کرده‌اند می‌تواند پایانی برای تولید سنتی لوازمی باشد که می‌شناسیم و انقلابی در طراحی و تولید و پیامدهای آن در مسائل سیاسی، اقتصادی، اجتماعی، محیط زیست و امنیت که هر روزه با آنها سر و کار داریم به وجود آورد؟

اساسی‌ترین تفاوت اصول اولیه پرینت سه‌بعدی فرآیند ساخت لایه‌ به لایه آن است. در واقع این واژه‌ی تولید افزاینده است که این روش تولید از تمامی متد‌های تولید سنتی جدا کرده‌ است. متد پرینت‌ سه‌بعدی به نحوی است که لایه‌هایی با دقت کسری از میلی‌متر را به صورت بخش بخش می‌سازد در حالی که متدهای سنتی تماماً بر اساس براده برداری یا قالب‌ریزی و ریخته‌گری بوده‌اند و خود کلمه‌ی Manufacturing ریشه‌ی لغوی در زبان فرانسوی دارد که به معنای “ساخته شده توسط دست” می‌باشد.  در روش‌های سنتی که ذکر شد محدودیت‌ها و معایب بسیاری دیده‌ می‌شود، مثلاًدر روش براده‌برداری که از یک قطعه بزرگتر به جسم نهایی می‌رسند معمولاً ۹۰% از ماده هدر می‌رود که هزینه‌ی زیادی برای تولید کننده و در نتیجه مصرف‌کننده خواهد داشت. در مقابل ایده‌ی پرینت‌ سه‌بعدی لایه‌ها را بر‌روی هم می‌سازد و هیچ‌گونه هدر رفتی از ماده اولیه نخواهیم داشت و این فعالیت نیز کاملاً به صورت اتوماتیک انجام می‌شود و دقت بالایی نیز دارد.

پرینت سه‌بعدی یک فناوری توانمند است که طراحان را تحریک و تشویق می‌کند و به آنها آزادی طراحی بی‌سابقه‌ای می‌دهد و این در حالی است که این فرآیند ابزار کمتری نیاز دارد و در نتیجه باعث کاهش هزینه‌های سنگین می‌شود. همچنین به‌وسیله‌ی این تکنولوژی قطعات را می‌توان به طور خاص طراحی کرد و نیازی به مونتاژ با هندسه پیچیده و ویژگی‌های پیچیده برای دستگاه نیست.

این فناوری همچنین به عنوان یک تکنولوژی با مصرف بهینه انرژی ظهور کرده است و همچنین هیچ‌گونه آلودگی‌ای برای محیط زیست ندارد. با استفاده از مواد استاندارد طول عمر قطعات بیشتر می‌شود، وزن آنها کاهش می‌یابد در عین حال استحکام بالا می‌رود.

در سال‌های اخیر فناوری پرینت سه‌بعدی از نمونه سازی سریع و فرآیند تولید صنعتی فراتر رفته است به کمپانی‌های کوچک و حتی فعالیت‌های شخصی راه پیدا کرده است.

منبع : مدرسه پرینت سه بعدی ۳DFAST

تاریخچه پرینتر سه بعدی

اولین تکنولوژی پرینت سه‌بعدی در سال ۱۹۸۰ میلادی مشاهده شد. دکتر کودامای[۱] ژاپنی اولین بار این تکنولوژی را به نام خود ثبت کرد.  در آن زمان‌ این تکنولوژی نمونه‌سازی[۲]سریع خوانده می‌شد، ای نام‌گذاری به این دلیل بود که این فناوری در واقع برای ساخت سریع و کم‌هزینه‌ی نمونه‌ی اولیه برای یک تولید انبوه طراحی شده بود.

سپس چالرز هل [۳]در سال ۱۹۸۶ میلادی دستگاه استریولیتوگرافی[۴] که نحوه‌ی کار آن در بخش فناوری‌ها و تکلنولوژی‌ها‌ شرح داده خواهد شد را به نام خود ثبت کرد. البته هل در دستگاه خود را در سال ۱۹۸۳ اختراع کرده بود و در این مدت به در حال تأسیس شرکت ۳D Systems بود که در آن زمان به نام RP Systems شناخته می‌شد که هم‌اکنون نیز یکی از بزرگترین فعالان حوزه‌یی پرینت‌ سه‌بعدی است. در آنجا بود که اولین نمونه این دستگاه را با نام SLA-1 ساخت و در سال ۱۹۸۷ میلادی آن را معرفی کرد و در سال ۱۹۸۸ به اولین تست موفق دست پیدا کرد.

در همان زمان‌ها کارل دکارد [۵] که در دانشگاه تگزاس مشغول بود در سال ۱۹۸۷ فرآیند نمونه‌سازی سریع با پخت لیزری قابل انتخاب [۶]  را با نام خود پر کرد. این ثبت اختراع در سال ۱۹۸۹ میلادی صادر شد و بعد از آن مجوزش به DTM Inc.  داده شد که بعدها توسط ۳D Systemss خریداری شد.

در همان سال ۱۹۸۹ میلادی اسکات کرامپ[۷]  یکی از مؤسسان Stratasys Inc. ثبت اختراع دستگاه مدلسازی لایه‌های مذاب[۸] را اعلام کرد و آن را به کمپانی اختصاص داد. البته این فناوری هم‌اکنون به صورت مدل متن‌باز RepRapp بسیار فعال است.

مواردی که در بالا به آنها اشاره بخشی از مهمترین فعالیت‌ها در حوزه‌ی پرینت سه‌بعدی بود که هم‌اکنون این فناوری را به مکانی که هست رسانده‌ است. به غیر از موارد بالا اتفاقاتی دیگری نیز در این حوزه رخ داده است مثل ساخت اولین پرینتر رومیزی، اولین پرینتر ارزان قیمت و … .


 

[۱] Dr. Kodama

[۲] Rapid Prototyping (RP)

[۳] Charles (Chuck) Hull

[۴] stereo lithography apparatus (SLA)

[۵] Carl Deckard

[۶] Selective Laser Sintering (SLS) RP process

[۷] Scott Crump

[۸] Fused Deposition Modelling (FDM)

مزیت ها و چالش ها

تکنولوژی چاپ سه بعدی یک فرآیند تولید افزودنی است که منجر به ساخت یک محصول فیزیکی سه بعدی مطابق با طرح کامپیوتری ورودی و  تنظیمات مربوط به فرآیند می شود. وجود تکنولوژی های مختلف پرینت سه بعدی باعث شده که بتوانید در حوزه های مختلف و کاربرد های گوناگون و با جنس های مختلف و با دقت های متنوع به محصول برسیم. اما همه آنها در اصل  بر اساس یک قاعده کلی کار می کنند : یک مدل دیجیتال که به یک مدل واقعی و فیزیکی تبدیل می شود آن هم با اضافه کردن لایه به لایه مواد روی هم تا رسیدن به پایانِ زمان پرینت…

مزیت های پرینت های سه بعدی :

  1. قابلیت طراحی های پیشرفته و شکل های پیچیده
  2. قابلیت شخصی سازی آیتم های مختلف سخت افزاری-نرم افزاری
  3. حذف ابزار های جانبی برش و خم و پایین آمدن هزینه های ثابت معمول
  4. پایین آمدن میزان اتلاف مواد مصرفی

چالش ها :

  1. هزینه بالا بخصوص برای پرینت های بزرگ
  2. محدودیت های جنس مواد اولیه
  3. محدودیت استحکام و آستانه تحمل
  4. محدودیت های دقت ( به نسبت جنس محصول و هزینه)

در این مجموعه از  بحث ” دنیای پرینتر سه بعدی ”  تلاش بر آن است تا اطلاعات کلی اما وسیعی درباره پرینتر های سه بعدی به شما ارائه دهیم. دانشی که برای درک  مقدماتی فرآیند ها  کافی باشد و مبنای برای ورود شما  به فضای تکنولوژی های ساخت پیشرفته است.