چاپگر سه بعدی
از ساخت اولین چاپگر الکترونیکی لیزری در دهه 1968 میلادی که برای چاپ روی کاغذ ساخته شده بود سالها میگذرد. و با اینکه مدت طولانی عضوی جدایی ناپذیر در محیط های کاری و منازل بودند اما با گسترش استفاده از ایمیل و ذخیره سازی اسناد دیجیتالی امروزه استفاده از آنها کمتر شده است. از حدود سال 2010 استفاده از چاپگر سه بعدی در محیط های کاری، آموزشی، تحقیقاتی و البته پزشکی مورد توجه قرار گرفت. و امکان چاپ سه بعدی اشیا فیزیکی با استفاده از فایل های دیجیتال فراهم شد.
انواع تکنولوژی های پرینتر سه بعدی
استفاده از پرینتر های سه بعدی هنوز مانند چاپگر لیزری کاغذ خیلی متدوال نیست با این حال این صنعت مدام در حال پیشرفت است. از اولین پرینتر سه بعدی ساخته شده در دهه 1980 میلادی تا پرینتر های امروزی انواع تکنولوژی های پرینت سه بعدی و متریال پرینت، کاربرد های گوناگون و مزایا و معایب هرکدام از آنها شاهد بوده ایم. در ادامه به معرفی برخی از انواع چاپگر سه بعدی و ویژگی های آنها خواهیم پرداخت.
بیشتر بخوانید : پرینتر سه بعدی WASP و دیور
چاپگر سه بعدی Fused Deposition Modeling) FDM)
FDM در پرینت سه بعدی ساختمان با اکسترود کردن خاک رس یا بتن، دسر چاپ شده سه بعدی با اکسترود کردن شکلات، اندام های پرینت سه بعدی با اکسترود کردن سلول های زنده در یک ژل زیستی استفاده می شود. تقریباً هر چیزی که بتوان آن را اکسترود کرد را می توان آن را پرینت سه بعدی کرد. همچنین میتوانید ازخمیر فلز نیز استفاده کنید اما پلاستیکها رایجترین آنها هستند.
مواد : رشته پلاستیک PLA، ABS، PET، PETG، TPU، نایلون، ASA، PC، HIPS، فیبر کربن و …
دقت ابعادی : ± 0.5٪ (حد پایین ± 0.5 میلی متر)
کاربردهای متداول : محفظه های الکتریکی، آزمایش فرم و تناسب، وسایل، الگوهای ریخته گری سرمایه گذاری و غیره.
نقاط قوت : کم هزینه ترین روش چاپ سه بعدی، طیف گسترده ای از مواد
بیشتر بخوانید : پرینتر سه بعدی و رزین دندانپزشکی SprintRay
تکنولوژی چاپ سه بعدی Stereolithography) SLA)
SLA اولین فناوری چاپ سه بعدی در جهان است. استریولیتوگرافی توسط چاک هال در سال 1986 اختراع شد که حق اختراع این فناوری را ثبت کرد و شرکت سیستم های سه بعدی را برای تجاری سازی آن تأسیس کرد.
یک چاپگر SLA از آینههایی استفاده میکند که به نام گالوانومتر یا گالووس شناخته میشوند که یکی در محور X و دیگری در محور Y قرار دارد. این گالواها به سرعت یک پرتو لیزر را بر روی یک مخزن رزین هدف قرار می دهند. به طور انتخابی یک مقطع از جسم را در داخل این منطقه ساخت سخت کرده و جامد می کنند و آن را لایه به لایه می سازند.
اکثر چاپگرهای SLA از لیزر حالت جامد برای پخت قطعات استفاده می کنند. نقطه ضعف این نوع فناوری چاپ سه بعدی با استفاده از لیزر نقطه ای در مقایسه با روش DLP این است که کل لایه را به یکباره سخت می کند و ردیابی سطح مقطع یک شی بیشتر طول می کشد.
بیشتر بخوانید : دوچرخه المپیک با پرینتر سه بعدی
پرینت سه بعدی Digital Light Processing) DLP)
با نگاهی به ماشینهای پردازش نور دیجیتال، این نوع چاپگرهای سه بعدی تقریباً مشابه SLA هستند. تفاوت اصلی این است که DLP از یک پروژکتور نور دیجیتال برای فلاش زدن یک تصویر از هر لایه به طور همزمان (یا چندین فلاش برای قسمت های بزرگتر) استفاده می کند.
از آنجایی که پروژکتور یک صفحه نمایش دیجیتال است، تصویر هر لایه از پیکسل های مربعی تشکیل شده است که در نتیجه لایه ای از بلوک های مستطیلی کوچک به نام voxel تشکیل شده است. نور با استفاده از صفحه نمایش دیود ساطع نور (LED) یا منبع نور UV (لامپ) که توسط یک دستگاه میکرو آینه دیجیتال (DMD) به سطح ساختمان هدایت می شود، بر روی رزین پخش می شود. DMD آرایهای از آینههای ریز است که مکان تابش نور را کنترل میکند و الگوی نور را روی سطح ساختمان تولید میکند.
پرینتر سه بعدی Masked Stereolithography) MSLA)
استریولیتوگرافی نقابدار از یک آرایه LED به عنوان منبع نور خود استفاده می کند، که نور UV را از طریق یک صفحه LCD می تاباند و یک تکه لایه را به عنوان ماسک نمایش می دهد. از این رو این نام را به خود اختصاص داده است.
مانند DLP ، ماسک ال سی دی به صورت دیجیتالی نمایش داده می شود و از پیکسل های مربع تشکیل شده است. اندازه پیکسل ماسک عکس ال سی دی، دانه بندی یک چاپ را مشخص می کند. بنابراین، همانند DLP دقت XY ثابت است و به این بستگی ندارد که چگونه میتوانید لنز را بزرگنمایی یا مقیاس کنید. تفاوت دیگر بین چاپگرهای مبتنی بر DLP و فناوری MSLA این است که از آرایه ای از صدها ساطع کننده منفرد به جای منبع نور ساطع کننده تک نقطه ای مانند دیود لیزر یا لامپ DLP استفاده می کند.
مشابه DLP، MSLA میتواند تحت شرایط خاص، زمان چاپ سریعتری نسبت به SLA داشته باشد. این به این دلیل است که یک لایه به جای ردیابی سطح مقطع با نقطه لیزر، یکباره در معرض دید قرار می گیرد. با توجه به هزینه پایین واحدهای LCD، MSLA به فناوری پیشرو برای بخش چاپگرهای رزین رومیزی ارزان قیمت تبدیل شده است.
چاپ سه بعدی با اتصال جوشی لیزری انتخابی SLS (Selective Laser Sintering)
ایجاد یک شی با فناوری همجوشی بستر پودری و پودر پلیمری به طور کلی به عنوان اتصال جوشی لیزری انتخابی (SLS) شناخته می شود. ابتدا یک سطل پودر پلیمر تا دمایی درست زیر نقطه ذوب پلیمر گرم می شود. در مرحله بعد، یک تیغه لایه بسیار نازکی از مواد پودری – معمولاً 0.1 میلی متر ضخامت – را روی یک صفحه ساخت قرار می دهد. سپس یک لیزر CO2 یا فیبر شروع به اسکن سطح می کند. لیزر به طور انتخابی پودر را متخلخل می کند و سطح مقطع جسم را جامد می کند. درست مانند SLA ، لیزر بر روی محل صحیح توسط یک جفت گالوا متمرکز می شود.
هنگامی که کل سطح مقطع اسکن می شود، سکوی ساخت به ضخامت یک لایه در ارتفاع پایین می رود. تیغه پوشش مجدد یک لایه پودر تازه را در بالای لایه اخیراً اسکن شده رسوب می دهد و لیزر سطح مقطع بعدی جسم را بر روی سطوح مقطعی که قبلاً جامد شده است متخلخل می کند.
این مراحل تا زمانی که تمام اشیا به طور کامل ساخته شوند تکرار می شوند. پودری که رسوب نشده است برای حمایت از جسم در جای خود باقی می ماند که نیاز به ساختارهای نگهدارنده را کاهش می دهد یا از بین می برد.
فناوری پرینت سه بعدی Direct Metal Laser Sintering (DMLS) / Selective Laser Melting (SLM)
هر دو فناوری اتصال جوشی مستقیم لیزری فلزات (DMLS) و ذوب لیزری انتخابی (SLM) اجسامی را به روشی مشابه SLS تولید می کنند. تفاوت اصلی این است که این نوع فناوری چاپ سه بعدی در تولید قطعات فلزی به کار می رود.
DMLS پودر را ذوب نمی کند، بلکه آن را تا حدی گرم می کند تا بتواند در سطح مولکولی ذوب شود. SLM از لیزر برای رسیدن به ذوب کامل پودر فلز استفاده می کند که یک قسمت همگن را تشکیل می دهد. این منجر به تولید قطعه ای می شود که دارای یک دمای ذوب واحد است (چیزی که با آلیاژ تولید نمی شود).
این تفاوت اصلی بین DMLS و SLM است. اولی قطعات را از آلیاژهای فلزی تولید می کند، در حالی که دومی مواد تک عنصری مانند تیتانیوم را تشکیل می دهد. برخلاف SLS، فرآیندهای DMLS و SLM به پشتیبانی ساختاری نیاز دارند تا امکان هرگونه اعوجاجی را که ممکن است رخ دهد محدود کند (علیرغم این واقعیت که پودر اطراف پشتیبانی فیزیکی میکند).
چاپگر سه بعدی Electron Beam Melting) EBM)
متمایز از سایر تکنیکهای همجوشی بستر پودر، ذوب پرتو الکترونی (EBM) از یک پرتو انرژی بالا یا الکترونها برای القای همجوشی بین ذرات پودر فلز استفاده میکند. یک پرتو الکترونی متمرکز روی لایه نازکی از پودر اسکن میکند و باعث ذوب و انجماد موضعی در یک سطح مقطع خاص میشود. این مناطق برای ایجاد یک جسم جامد ساخته شده اند.
در مقایسه با انواع فناوری پرینت سه بعدی SLM و DMLS، EBM به دلیل چگالی انرژی بالاتر، به طور کلی سرعت ساخت بالایی دارد. با این حال، مواردی مانند حداقل اندازه ، اندازه ذرات پودر، ضخامت لایه و پرداخت سطح معمولاً بزرگتر هستند. همچنین مهم است که توجه داشته باشید این است که قطعات EBM در خلاء ساخته می شوند و این فرآیند فقط با مواد رسانا قابل استفاده است.
پرینتر سه بعدی Multi Jet Fusion) MJF)
Multi Jet Fusion فناوری چاپ سه بعدی همجوشی بستر پودری است و شباهت هایی به بایندر جت دارد. این فناوری کمپانی HP نام خود را از هد های جوهرافشان متعددی که فرآیند چاپ را انجام می دهند گرفته است. فرآیندهای پوشش مجدد مواد و توزیع عامل و گرمایش توسط نازل جداگانه انجام می شود که در جهات مختلف در سراسر بستر چاپ حرکت می کنند، بنابراین به کاربر اجازه می دهد هر دو فرآیند را به طور مستقل بهینه کند.
در فرآیند چاپ Multi Jet Fusion، چاپگر لایهای از پودر مواد را روی صفحه چاپ میگذارد. یک سر جوهر افشان از روی پودر می گذرد و هم یک ذوب و هم یک عامل جزئیات را روی آن رسوب می دهد. سپس یک واحد گرمایش مادون قرمز در سراسر چاپ حرکت می کند. هر جا که یک عامل ذوب اضافه شود، لایه زیرین با هم ذوب می شود، در حالی که نواحی دارای عامل جزئیات به صورت پودر باقی می مانند. قطعات پودری ریخته می شود که هندسه مورد نظر را ایجاد می کند. این همچنین نیاز به ساپورت گذاری را از بین میبرد، زیرا لایههای پایینتر از لایههای چاپ شده در بالای خود پشتیبانی میکنند.
چاپگر Multi Jet Fusion با اکثر فناوری های چاپ سه بعدی دیگر تفاوت دارد زیرا هر لایه ماده و عامل جدید در حالی که لایه قبلی هنوز مذاب است قرار می گیرد. این امر به هر دو لایه اجازه می دهد تا به طور کامل جوش بخورند و دوام چاپ بهتر و جزئیات دقیق تری ارائه دهند.
برای تکمیل فرآیند چاپ، کل بستر پودر و قطعات چاپ شده در آن به یک ایستگاه پردازش جداگانه منتقل می شوند. در اینجا، اکثر پودرهای شل و ذوب نشده با جاروبرقی جارو میشوند و به جای تولید زباله اضافی، امکان استفاده مجدد از آن را فراهم میکنند.
فناوری چاپ سه بعدی Material Jetting) MJ)
جت مواد (MJ) به روشی مشابه چاپگر جوهرافشان استاندارد عمل می کند. تفاوت اصلی این است که به جای چاپ یک لایه جوهر، چندین لایه بر روی یکدیگر ساخته می شوند تا یک قسمت جامد ایجاد کنند.
هد چاپ صدها قطره ریز فوتوپلیمر را پرتاب می کند و سپس با استفاده از اشعه ماوراء بنفش (UV) آنها را خشک و جامد می کند. پس از اینکه یک لایه رسوب کرد و سخت شد، پلت فرم ساخت به ضخامت یک لایه پایین می آید و این فرآیند برای ساختن یک شی سه بعدی تکرار می شود.
MJ با انواع دیگر فناوری چاپ سه بعدی که مواد ساختمانی را با استفاده از رسوب نقطه ای رسوب، اتصال جوشی یا پخت می کنند، متفاوت است. ماشین های MJ به جای استفاده از یک نقطه برای دنبال کردن مسیری که سطح مقطع یک لایه را مشخص می کند، مواد ساختمانی را به صورت سریع و خطی رسوب می دهند.
مزیت رسوب گذاری خطی این است که چاپگرهای MJ می توانند چندین شی را در یک خط واحد بسازند بدون اینکه تأثیری بر سرعت ساخت داشته باشند. تا زمانی که مدل ها به درستی چیده شوند و فضای درون هر خط ساخت بهینه شده باشد، MJ می تواند قطعات را سریعتر از انواع دیگر پرینترهای سه بعدی تولید کند.
اشیاء ساخته شده با MJ نیاز به پشتیبانی دارند، که به طور همزمان در طول ساخت از یک ماده قابل حل که در مرحله پس از پردازش حذف می شود چاپ می شود. MJ یکی از تنها انواع فناوری چاپ سه بعدی است که اشیاء ساخته شده از چاپ چند ماده ای و تمام رنگی را ارائه می دهد.
چاپگر سه بعدی Drop on Demand (DOD)
Drop on Demand (DOD) نوعی فناوری چاپ سه بعدی است که از یک جفت جوهر افشان استفاده می کند. یکی مواد ساختمانی را که معمولاً یک ماده موم مانند است، رسوب می دهد. دومی برای مواد پشتیبانی قابل حل استفاده می شود. همانند انواع معمولی فناوری چاپ سه بعدی، چاپگرهای DOD یک مسیر از پیش تعیین شده را برای مواد جت در یک رسوب نقطه ای دنبال می کنند و سطح مقطع یک شی را لایه به لایه ایجاد می کنند.
چاپگرهای DOD همچنین از فلای کاتر استفاده میکنند که بعد از ایجاد هر لایه، ناحیه ساخت و ساز را بررسی میکند و قبل از شروع لایه بعدی، سطح کاملاً صافی را تضمین میکند. چاپگرهای DOD معمولاً برای ایجاد الگوهای مناسب برای ریختهگری موم گمشده یا ریختهگری سرمایهگذاری و سایر کاربردهای قالبسازی استفاده میشوند.
فایل سه بعدی خود را با فرمت STL بارگذاری کنید و متریال مورد نظر را انتخاب کنید. اگر برای انتخاب تکنولوژی پرینت سه بعدی نیاز به مشاوره و راهنمایی دارید زروان 3D به شما در این زمینه کمک می کند با ما در تماس باشید.
سوالات متداول
1- آیا چاپگرهای سه بعدی مناسب برای استفاده خانگی هستند؟
امروزه با پیشرفت فناوری و کاهش قیمتها، چاپگرهای سه بعدی قابل دسترستر شدهاند و میتوانند به عنوان یک ابزار خلاقیت و ساختاردهی در محیط خانگی مورد استفاده قرار گیرند.
2- چه نرمافزارهایی برای طراحی مدلها برای چاپ سه بعدی استفاده میشود؟
نرم افزارهای AutoCAD,SolidWorks,Blender,Fusion 360 و … برای چاپگر سه بعدی استفاده میشود.