پرینتر سه بعدی دستگاه مدرنی است که با تکیه بر فناوری های جدید اقدام به ایجاد اجسام سه بعدی از مدل های دیجیتال می کند. در حال حاضر انواع مختلفی از 3D Printer وجود دارند که هر کدام دارای روش کار مخصوص به خود هستند. برای مثال چاپگرهای FDM از طریق ذوب کردن و لایه گذاری متریالی نظیر پلاستیک اشیاء سه بعدی را خلق می کنند.
در حالی که این کار در چاپگرهای SLS به کمک پودر و لیزر و در SLA با اشعه فرابنفش و رزین فتوپلیمر انجام می گیرد. هر سه روش ذکر شده مزایا و کاربردهای ویژه ای دارند، لذا باید تکنیک مناسب را با توجه به نوع پروژه خود برگزینید. اگر تمایل دارید با نحوه کار چاپگر سه بعدی آشنا شوید، تا انتهای نوشتار همراه ما باشید.
معرفی پرینتر سه بعدی
پرینتر سه بعدی وسیله ای است که از متریالی نظیر پودر فلز، پلاستیک مذاب، رزین و… برای خلق اجسام سه بعدی استفاده می کند. به این صورت که مواد اولیه به حالت لایه ای روی هم قرار می گیرند تا نهایتاً مدل مورد نظر کاربر ایجاد شود. این تجهیزات معمولاً در صنعت خودروسازی، پزشکی، هوافضا و… کاربرد دارند. بعضی از چاپگرهای سه بعدی دارای ابعاد کوچکی هستند، به نحوی که روی میز جای می گیرند. در طرف مقابل برخی مدل ها به قدری بزرگ هستند که برای ساخت اجسام حجیم و پیچیده مانند مجسمه و… به کار می روند.
نحوه کار چاپگر سه بعدی و مزایای آن در مقایسه با روش سنتی
در گذشته برای ایجاد اشیاء سه بعدی مواد اولیه برش داده شده و در قالب های مخصوص ریخته می شد. این روش علاوه بر پرهزینه بودن، بسیار وقت گیر و زمانبر بود. در حالی که چاپ سه بعدی یا 3D Print پروسه ای سریع و در عین حال انعطاف پذیر است. زیرا پرینتر سه بعدی پروسه خلق اجسام را با تکیه بر سه تکنولوژی پیشرفته FDM، SLS و SLA انجام می دهد. به طور کلی تکنیک 3D Printمزایا و محاسن بسیاری دارد که از جمله آن ها می توان موارد زیر را نام برد:
- کاهش زمان تولید
- صرفه جویی در هزینه
- امکان خلق قطعات سفارشی مطابق با نیازهای کاربر
- توانایی ایجاد اجسام با شکل هندسی پیچیده
با انواع مختلف چاپگرهای سه بعدی آشنا شوید
دستگاه های 3D Printer بر اساس تکنولوژی چاپ به کار رفته در آن ها از لحاظ نحوه عملکرد و مواد اولیه مصرفی با یکدیگر تفاوت دارند. علاوه بر آن هر کدام از مدل ها دارای مزایا و محدودیت های خاص خود هستند که در ادامه به آن ها اشاره کرده ایم:
پرینترهای سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA)
چاپگر SLA مجهز به نوعی لیزر مخصوص است که متریالی مانند رزین مایع را به اجسام پلاستیکی تبدیل می کند. به این صورت که لیزر فرابنفش به سطح رزین مایع تابانده می شود. طی این فرآیند لایه های رزین فتوپلیمر به حالت جامد در می آیند. پرینتر سه بعدی استریولیتوگرافی عملیات چاپ را دقت بسیار زیادی انجام می دهد، لذا نهایتاً اجسامی سه بعدی با جزئیات دقیق ایجاد می شود.
کاربردهای تکنولوژی چاپ SLA
رزین های فتوپلیمر به کار رفته در تکنیک استریولیتوگرافی مایعاتی هستند که برای سخت شدن در معرض نور فرابنفش قرار می گیرند. این رزین ها به دلیل دارا بودن جزئیات بالا معمولاً برای ساخت نمونه های دقیق در صنعت پزشکی و دندانپزشکی به کار می روند. امروزه تکنولوژی چاپ SLA به طور گسترده در صنعت جواهرسازی و همچنین برای ساخت مدل های معماری نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
مزایا و معایب پرینتر سه بعدی SLA
پرینترهای سه بعدی که از تکنولوژی چاپ SLA بهره می برند، مزایای بسیار زیادی دارند. برای مثال امکان ساخت قطعات شفاف را فراهم می آورند. دقت در اندازه و صافی سطح نیز از دیگر محاسن تکنولوژی استریولیتوگرافی است.
البته ناگفته نماند نمی توانید قطعات ایجاد شده توسط پرینتر سه بعدی SLA را به عنوان قطعه نهایی مورد استفاده قرار دهید. عدم امکان استفاده از متریال غیر رزینی پلیمری در ساخت اجسام سه بعدی یکی دیگر از معایب تکنیک SLA است. علاوه بر آن حتماً باید قطعه تولید شده برای سفت شدن کامل مدتی در معرض اشعه فرابنفش قرار داده شود.
پرینترهای سه بعدی رسوب ذوب شونده (FDM)
نحوه عملکرد چاپگر سه بعدی FDM به این صورت است که از طریق یک نازل داغ فیلامنت های پلاستیکی را ذوب می کند. سپس لایه های نازک مذاب به ترتیب روی هم قرار می گیرند تا جسم سه بعدی مورد نظر ایجاد شود. متریال اولیه به کار رفته در این تکنیک آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) و پلی لاکتیک اسید (PLA) هستند که هریک خواص متفاوتی از دیگری دارند.
کاربردهای فناوری چاپ FDM
همان طور که گفتیم، مواد PLA و ABS ویژگی های متفاوتی دارند. این نقاط تمایز موجب شده که ABS برای ساخت قطعات مکانیکی مورد استفاده قرار گیرد، در حال که PLA کاربرد غیر صنعتی دارد. معمولا پرینتر سه بعدی مجهز به تکنیک FDM جهت ساخت قطعات مورد نیاز در صنعت اسباب بازی استفاده می شود. از دیگر کاربردهای این نوع چاپگر می توان به خلق نمونه های ابتدایی و سفارشی قطعات یدکی و ابزارهای خانگی اشاره کرد.
مزایا و نقاط ضعف چاپگر سه بعدی FDM
چاپگر سه بعدی FDM نسبتا ارزان قیمت است، علاوه بر آن کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد. این دستگاه می تواند قطعات بزرگ و پیچیده را بدون هدر دادن متریال اولیه در بالاترین سطح کیفی تولید کند. البته دقت ابعاد و صافی سطوح در پرینتر FDM چندان مطلوب نیست. علاوه بر آن تنها می تواند از یک سری مواد پلیمری خاص به عنوان متریال اولیه استفاده کند. نیاز به ساپورت و خواص مکانیکی نامطلوب قطعه تولید شده مخصوصا در جهت عمودی از دیگر معایب چاپگر سه بعدی رسوب ذوب شونده است.
پرینترهای سه بعدی لیزری انتخابی (SLS)
سومین نوع پرینتر سه بعدی مدل لیزری انتخابی یا SLS است که ذرات پودر پلیمر را به اجسام جامد تبدیل می کند. نحوه کار چاپگر سه بعدی SLS به این صورت است که یک لیزر بسیار قدرتمند به ذرات پودر پلیمر تابانده می شود. سپس ذرات پودر پلیمر به یکدیگر می چسبند و لایه های شیء مورد نظر را به وجود می آورند. متریال اولیه ای که در این تکنیک مورد استفاده قرار می گیرد، انواع پودرهای سرامیکی، پلاستیکی و حتی فلزی هستند.
کاربردهای پرینت سه بعدی SLS
کاربرد اصلی دستگاه های 3D Printer مدل SLS ساخت قطعات صنعتی پیچیده است. به همین دلیل این نوع چاپگرها به وفور در صنعت هوافضا و خودروسازی مورد استفاده قرار می گیرند. البته تکنولوژی چاپ لیزری انتخابی در تولید تجهیزات پزشکی نیز به کار می رود.
مزایا و نقاط ضعف چاپگر سه بعدی SLS
چاپگرهایی که از تکنولوژی SLS بهره می برند، قادرند قطعات را در تیراژ بالا تولید کنند. علاوه بر آن اشیای خلق شده توسط این دستگاه ها استحکام فوق العاده ای در برابر ضربات مکانیکی دارند. از دیگر مزایای پرینتر سه بعدی لیزری انتخابی می توان به تولید قطعات مقاوم در برابر حرارت و مواد شیمیایی اشاره کرد. ناگفته نماند اجسام تولید شده از قابلیت پولیش و رنگ برخوردارند. آخرین مزیت پرینتر لیزری انتخابی این است که هزینه های 3D Print را کاهش می دهد.
البته چاپگر SLS خالی از عیب نیست، برای مثال توانایی ساخت قطعات توخالی برای این مدل چاپگر تعریف نشده است. دقت متوسط و هزینه نسبتاً زیاد جهت تولید اشیایی که نیاز به استحکام مکانیکی بالا ندارند، از دیگر معایب دستگاه هستند.
