پرینتر سه‌بعدی چیست ؟ + انواع و نحوه عملکرد حرف تازه

پایه پلاستیکی کشوی یخچال شکسته و سازنده دیگر قطعه یدکی آن را تولید نمی‌کند. تا چند سال پیش عدم تولید قطعات یدکی توسط سازنده به معنی این بود که کل کشو را دور بیندازید. ولی با آمدن پرینترهای سه‌بعدی به بازار می‌توان ابعاد قطعه را با کولیس برداشت، مدلش را در نرم‌افزار کشید و چند ساعت بعد قطعه را از دستگاه گرفت. پرینتر سه‌بعدی دستگاهی است که از روی یک فایل دیجیتال، جسم واقعی می‌سازد. کارش تراشیدن نیست؛ ماده را لایه‌لایه روی هم می‌نشاند تا شکل کامل شود.

پرینتر سه‌بعدی چیست؟

مجسمه‌ساز را تصور کنید، سنگ را می‌تراشد و هرچه اضافه آمد، دور می‌ریزد. پرینتر سه‌بعدی برعکس عمل می‌کند و فقط همان‌قدر ماده مصرف می‌کند که برای ساخت وسیله به آن نیاز است. در اصلاح فنی به کار پرینتر سه‌بعدی، ساخت افزایشی و چاپ سه‌بعدی می‌گویند.

برای سال‌ها از این ابزار فقط در ساخت ماکت‌های نمایشی استفاده می‌شد و طراحان صنعتی تنها برای بررسی ظاهری حجم‌ها از آن استفاده می‌کردند؛ ولی حالا این دستگاه به طور مستقیم در خطوط تولید به کار گرفته می‌شود. همچنین در پزشکی نیز جراحان پیش از انجام عمل‌های حساس روی قلب یا مغز، مدل دقیق بافت بیمار را پرینت کرده و با استفاده از آن مسیر جراحی را شبیه‌سازی می‌کنند.

ساخت ایمپلنت‌های سفارشی دندانپزشکی بر اساس اسکن فک مراجعه‌کننده از دیگر کاربردهای این دستگاه است. در صنایع هوایی و خودروسازی هم که وزن نهایی سازه‌ها اهمیت حیاتی دارد، مهندسان با طراحی ساختارهای داخلی مشبک به صورت چاپ سه‌بعدی، ضمن حفظ مقاومت سازه، وزن قطعات فلزی را تا چهل درصد کاهش می‌دهند.

پرینتر سه‌بعدی چگونه کار می‌کند؟

فرایند کار پرینتر سه‌بعدی یک فرایند چهارمرحله‌ای شامل مدل‌سازی، اسلایس، چاپ و پس‌پردازش است. در مرحله مدل‌سازی، قطعه را در نرم‌افزار طراحی (CAD) ساخته می‌شود یا فایل آماده از مخزن‌های عمومی مدل دانلود می‌شود. فرمت متداول برای این کار، STL است.

در مرحله بعد نرم‌افزاری به اسم اسلایسر (Slicer) مدل را مثل نان برش خورده به لایه‌های نازک تقسیم می‌کند و مسیر حرکت دستگاه را برای هر لایه مشخص می‌کند. در این مرحله تنظیماتی مثل ضخامت لایه، درصد توپر بودن داخل قطعه و جای پایه‌های نگهدارنده را باید مشخص کنید.

در مرحله چاپ، دستگاه دستورها را اجرا می‌کند. چاپ لایه اول از همه حساس‌تر است. اگر خوب به صفحه چاپ نچسبد، بقیه کار هم خراب می‌شود. در نهایت نوبت پس‌پردازش است. در این مرحله پایه‌های نگهدارنده باید جدا شده و سطح را سنباده زد و در چاپ رزینی قطعه شسته شود و در نهایت زیر نور سخت کنید.

انواع پرینتر سه‌بعدی و مواد اولیه آن‌ها

به نقل از مقاله ای در وب سایت فروشگاه کرمی پرینت هر پرینتر سه‌بعدی بر پایه یک فناوری کار می‌کند و همان فناوری تعیین می‌کند چه ماده مصرفی‌ای باید برای چاپ در آن بریزید. رشته پلاستیکی، رزین مایع یا پودر از جمله مواد مصرفی برای چاپ سه‌بعدی هستند.

پرینتر FDM

رایج‌ترین نوع پرینتر، FDM است. در این دستگاه از فیلامنت پلاستیکی به‌عنوان ماده مصرفی چاپ استفاده می‌شود. فیلامنت از نازل گرم عبور می‌کند، ذوب می‌شود و مثل نوار روی لایه قبلی می‌نشیند. این نوع پرینتر جزئیات خیلی ریز را خوب درنمی‌آورد؛ ولی برای چاپ قطعه کاربردی، ماکت و نمونه اولیه مناسب است.

انواع فیلامنت‌های PLA، PETG و ABS

در FDM سه فیلامنت PLA، PETG و ABS بیشترین مصرف را دارند و تفاوت اصلی‌شان در تحمل گرما است.

PLA در دمای حدود ۶۰ درجه سانتی‌گراد نرم می‌شود.
PETG مقاوم‌تر از PLA و برای تنظیم کمی سخت‌تر است و در دمای حدود ۸۰ تا ۸۵ درجه نرم می‌شود.
ABS در دمای حدود ۱۰۵ درجه نرم می‌شود.

پرینتر رزینی (SLA، DLP و LCD)

پرینترهای رزینی از فناوری‌های SLA، DLP و LCD بهره می‌برند و ماده مصرفی چاپ، رزین مایع است. در این دستگاه‌ها منبع نور، یعنی لیزر یا پروژکتور، رزین داخل مخزن را نقطه‌به‌نقطه سخت می‌کند. مجسمه کوچک، مدل دندان و جواهر با همین روش چاپ می‌شود. رزین‌ها قطعه را دقیق چاپ می‌کنند؛ ولی خروجی آن‌ها از فیلامنت‌های خوب شکننده‌تر است.

پرینتر SLS

در این نوع پرینتر، لیزر پودر مصرفی که فلز یا پلیمر است را ذره‌ذره به هم جوش می‌دهد. این لیزر صنعتی پرقدرت سبب می‌شود پودر دور قطعه را محکم نگه دارد برای همین به پایه نگهدارنده نیاز نیست. این دستگاه‌های چاپ سه‌بعدی بیشتر در کارگاه و کارخانه کاربرد دارند.

کاربردهای پرینتر سه‌بعدی

پرینتر سه‌بعدی از قطعه موتور هواپیما تا دستگیره شکسته ماشین لباسشویی برای کارهای مختلفی مورداستفاده قرار می‌گیرد. کاربرد گسترده این دستگاه به دلیل این است که وقتی ساخت قطعه به قالب نیاز نداشته باشد، تولید تعداد کم یا شکل غیرمعمول هم توجیه اقتصادی پیدا می‌کند برای همین این فناوری بیشتر در خطوط تولیدی کاربرد دارد که قطعه یا خیلی پیچیده است یا خیلی سفارشی یا فقط چند عدد از آن لازم است. از جمله کاربردهای متنوع پرینتر سه‌بعدی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

هوافضا برای ساخت نازل سوخت موتور LEAP.
در پزشکی و دندانپزشکی برای ساخت مدل چاپ شده استخوان یا عضو بیمار از روی سی‌تی‌اسکن و مدل دقیق دندان‌ها و راهنمای جراحی ایمپلنت.
در ساختمان‌سازی برای بخشی از ساختمان و بالا بردن لایه به لایه دیوار نه کل ساختمان.
در آموزش و نمونه‌سازی برای ساخت مدل مولکول، چرخ‌دنده یا ماکت معماری.
استفاده خانگی برای تعمیرات مواردی مثل پایه شکسته کشو، دستگیره ماشین لباسشویی، گیره سیم و هر قطعه دیگری که دیگر ساخته نمی‌شود.

مزایا و محدودیت‌های استفاده از پرینتر سه‌بعدی

پرینتر سه‌بعدی همه‌کاره نیست و نمی‌تواند جایگزین همه روش‌های تولید شود. در بعضی کارها بی‌رقیب است و برای انجام بعضی دیگر، ناتوان است.

مهم‌ترین مزیت استفاده از این دستگاه، آزادی در طراحی است. قطعه‌ای با مجراهای پیچیده داخلی یا ساختار مشبک را که ماشین‌کاری عملاً نمی‌تواند بسازد، پرینتر به صورت لایه به لایه می‌سازد. اقتصادی هم است، در صورت تولید با پرینتر برای یک قطعه یا ده قطعه لازم نیست قالب بسازید. همین باعث می‌شود نمونه اولیه‌ای که قبلاً هفته‌ها و هزینه قالب می‌خواست در یک روز آماده شود.

البته کار با پرینتر سه‌بعدی محدودیت‌هایی هم دارد. اول این که چاپ کند است. چاپ قطعه‌ای به اندازه کف دست ممکن است چند ساعت زمان بخواهد. اندازه قطعه هم به فضای چاپ دستگاه محدود است. برای همین قطعه بزرگ‌تر را باید در چند تکه ساخت و چسبانید.

استحکام قطعه چاپی با این دستگاه، یک‌دست نیست. در FDM لایه‌ها به هم جوش می‌خورند، ولی پیوند بین لایه‌ها ضعیف‌تر از خود لایه‌ها است و قطعه از همین راستا می‌شکند به همین دلیل جهت قرارگیری قطعه روی صفحه چاپ مهم است.

جمع‌بندی

پرینتر سه‌بعدی جادو نیست. دستگاهی دقیق است که برای گرفتن خروجی درست باید مدل را به طور صحیح طراحی کرده، تنظیمات دقیق اعمال کرد و متریال نیز درست انتخاب شوند. این فاکتورها تعیین می‌کنند قطعه در چاپ اول سالم از دستگاه بیرون بیاید یا گوشه‌اش بپیچد و لایه اولش از صفحه جدا شود.

برای کار با این دستگاه و یادگیری‌اش لازم نیست مهندس باشید. با PLA و یک مدل آماده شروع کنید، اسلایسر را بشناسید، چند چاپ اول را خراب و دلیل خرابی را پیدا کنید. بیشتر مشکلات مبتدی‌ها چسبندگی ضعیف، رشته رشته شدن، خطوط ناصاف است با تنظیم دما و ارتفاع نازل حل می‌شود. بعد به یک حرفه‌ای تبدیل خواهید شد.