چاپ سه بعدی چیست؟

چاپ سه بعدی چیست؟

چاپ سه بعدی یک فناوری افزایشی است که برای تولید قطعات استفاده می شود. این ماده "افزودنی" است زیرا نیازی به یک بلوک از مواد یا قالب برای تولید اجسام فیزیکی ندارد ، بلکه به سادگی لایه های مواد را روی هم چیده و جوش می دهد. این به طور معمول سریع است ، با هزینه های پایین راه اندازی ثابت ، و می تواند هندسه های پیچیده تری نسبت به فناوری های "سنتی" ایجاد کند ، با لیستی از مواد در حال گسترش. از آن به طور گسترده ای در صنعت مهندسی استفاده می شود ، به ویژه برای نمونه سازی و ایجاد هندسه های سبک.

چاپ سه بعدی و تولید مواد افزودنی

"چاپ سه بعدی" معمولاً با فرهنگ سازندگان ، علاقه مندان و آماتورها ، چاپگرهای رومیزی ، فناوری های چاپ در دسترس مانند FDM و مواد ارزان قیمت مانند ABS و PLA در ارتباط است این امر تا حد زیادی به دموکراتیزه شدن چاپ سه بعدی از طریق دستگاههای رومیزی مقرون به صرفه که از جنبش RepRap برخاسته اند ، مانند MakerBot اصلی و Ultimaker ، که منجر به انفجار چاپ سه بعدی در 2009 شد ، مربوط می شود.

Ultimaker FDM machine

تولید افزایشی (AM) تقریباً همیشه با کاربردهای تجاری و صنعتی مرتبط است.

چاپ سه بعدی و نمونه سازی سریع

"نمونه سازی سریع" عبارت دیگری است که گاهی برای اشاره به فناوری های چاپ سه بعدی استفاده می شود. این به تاریخ اولیه چاپ سه بعدی برمی گردد که اولین بار این فناوری ظهور کرد. در دهه 1980 ، هنگامی که اولین بار تکنیک های چاپ سه بعدی ابداع شد ، از آنها به عنوان فن آوری نمونه سازی سریع یاد می شد ، زیرا در آن زمان این فناوری فقط برای نمونه های اولیه مناسب بود ، نه قطعات تولیدی.

در سال های اخیر ، چاپ سه بعدی به عنوان یک راه حل عالی برای بسیاری از انواع قطعات تولید شده است و سایر فناوری های تولید (مانند ماشینکاری CNC) ارزان تر و برای نمونه سازی در دسترس تر شده اند. بنابراین در حالی که برخی از افراد هنوز از "نمونه سازی سریع" برای اشاره به چاپ سه بعدی استفاده می کنند ، این عبارت در حال تکامل است تا به همه اشکال نمونه سازی بسیار سریع اشاره کند.

چه زمانی چاپ سه بعدی اختراع شد؟

چاپ سه بعدی به عنوان ایده ای برای سرعت بخشیدن به توسعه محصولات صنعتی از طریق نمونه سازی سریعتر آغاز شد. حتی اگر قبلاً چند اختراع ثبت شده بود ، اختراع چاپگر سه بعدی از طریق دستگاه Stereolithography (SLA) ، که در سال 1984 ثبت شد ، به چاک هال نسبت داده می شود.

پایه ها            

با وجود شهرت چاک ، فناوری های متعددی به طور موازی در اواخر دهه 1980 در حال توسعه بودند و چندین شرکت در این دوره تأسیس شدند که برای توسعه این فناوری بسیار مهم بودند.

1. 1981 - اولین اختراع برای دستگاهی که از اشعه ماوراء بنفش برای درمان پلیمرهای نوری استفاده می کرد ، به هیدئو کوداما در ژاپن اعطا شد. او آن را برای "نمونه سازی سریع" طراحی کرد زیرا برای ساخت مدل ها و نمونه های اولیه در نظر گرفته شده بود ، اما هیچ علاقه ای وجود نداشت و حق ثبت اختراع کنار گذاشته شد.
2. 1984 - مخترعان فرانسوی آلن لو مهاوت ، اولیویر دی ویته و ژان کلود آندره حق ثبت اختراعی را ارائه کردند که در آن مانند هیدئو ، از اشعه ماوراء بنفش برای درمان فتوپلیمرها استفاده می شد. جنرال الکتریک به دلیل فقدان پتانسیل تجاری قابل توجه ، ثبت اختراع را کنار گذاشت.
3. 1984 - تنها چند هفته پس از لو مهاوت ، چارلز آمریکایی "چاک" هال ثبت اختراع خود را برای "دستگاه تولید اشیاء سه بعدی توسط استریولیتوگرافی" ثبت کرد ، بنابراین اصطلاح "کلیشه سنگی" (SLA) را نیز به کار برد.
4. 1987 - هال فایل STL را اختراع کرد و در همان سال سیستم های 3D را تاسیس کرد.
5. 1987 - آمریکایی کارل دکارد ثبت اختراع انتخابی لیزر (SLS) را ثبت کرد و در همان سال شرکت Desktop Manufacturing (DTM) Corp. (توسط 3
6. D Systems در 2001 خریداری شد) را تأسیس کرد.
7. 1989 - اسکات کرامپ آمریکایی ثبت اختراع مدل سازی رسوبات تلفیقی (FDM) را ارائه می دهد و در همان سال Stratasys را با همسرش تأسیس می کند.

تجاری سازی

از اواخر دهه 1980 تا اوایل 1990 ، صنعت تجاری سازی سریع شد. اولین ماشین آلات بزرگ و گران قیمت بودند و سازندگان آنها برای عقد قرارداد نمونه اولیه صنعتی با تولیدکنندگان بازار انبوه در صنایع خودرو ، هوافضا ، بهداشت و کالاهای مصرفی رقابت کردند.

1. 1987 - 3D Systems اولین چاپگر تجاری SLA ،" "SLA -1 را منتشر کرد.
2. 1992 - سرانجام حق ثبت اختراع FDM به Stratasys اعطا شد ، که منجر به انتشار اولین چاپگر FDM ،" "3D Modeler شد.
3. 1992 - DTM اولین چاپگر تجاری SLS ،" "Sinterstation 2000 را منتشر کرد.
4. 1994 - شرکت آلمانی Electro Optical Systems (EOS) ، که در 1989 تأسیس شد ، از "EOSINT M160" ، اولین چاپگر تجاری سه بعدی فلزی تجاری خود رونمایی کرد.

دموکراتیک شدن

در اوایل دهه 2000 رقابت شدید برای سود ، پیشرفت در علم مواد و پایان بسیاری از اختراعات ، محیطی را ایجاد کرد که در آن چاپ سه بعدی بالاخره برای توده مردم مقرون به صرفه شد. این دهه ای بود که چاپ سه بعدی در تصور رایج شروع به کار کرد . تولید ، که همیشه حوزه صنعت سنگین و پول هنگفت بود ، به مردم رسید.

1. 2005-پروژه منبع باز RepRap با هدف ایجاد چاپگرهای سه بعدی خودکار که قادر به چاپ قطعات خود هستند ، راه اندازی شد و باعث شد تا علاقه عمومی به این فناوری به اوج خود برسد.
2. 2009 - ثبت اختراعات کلیدی FDM در حوزه عمومی قرار گرفت و MakerBot چاپگر سه بعدی رومیزی خود ، "Cupcake CNC" را راه اندازی کرد. صدها دلار هزینه داشت ، نه هزاران ، و همه اجزای آن از Thingiverse ، وب سایتی که به اشتراک گذاری فایل های طراحی دیجیتال ایجاد شده توسط کاربر اختصاص داده شده بود ، قابل بارگیری بود.
3. 2012 - Formlabs "Form 1" ، اولین چاپگر SLA مقرون به صرفه را از طریق کمپین رکوردشکن Kickstarter که 2.95 میلیون دلار بودجه جمع آوری کرد ، منتشر می کند. 3D Systems به دلیل نقض حق ثبت اختراع از آنها شکایت کرد ، اما پرونده به نفع Formlabs حل و فصل شد
4. 2013-Hubs به عنوان یک سرویس چاپ سه بعدی همتا به همتا راه اندازی می شود و امکان انجام معاملات دسته جمعی بین افرادی که قطعه پرینت می خواهند و افرادی که دارای دستگاه هستند را می دهد. به سرعت تبدیل به بزرگترین پلتفرم چاپ سه بعدی در جهان با بیش از 50،000 "مرکز چاپ" شد .
5. 2014 - ثبت اختراعات کلیدی SLS در حوزه عمومی قرار گرفت و منجر به این شد که تعداد زیادی از شرکت ها چاپگرهای SLS کوچکتر و مقرون به صرفه تری تولید کنند.

کامل شدن

از سال 2018 هیاهو در مورد چاپ سه بعدی تا حد زیادی از رسانه های جمعی ناپدید شد ، اما علاقه به برنامه های تجاری برای مشاغل با هر اندازه هرگز بیشتر نبوده است. امروزه هزاران شرکت چاپگر چاپ می کنند و انواع خدمات را با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی ارائه می دهند.

چاپ سه بعدی چگونه کار می کند؟

افزایشی در مقابل تولید سنتی

تولید افزایشی فقط از دهه 1980 آغاز شده است ، بنابراین روشهای تولید قبل از آن اغلب به عنوان تولید سنتی شناخته می شوند. برای درک تفاوتهای عمده بین تولیدات افزایشی و سنتی ، اجازه دهید همه روشها را در 3 گروه طبقه بندی کنیم: تولید افزایشی ، کاهشی و تولید شکل دهنده.

1. تولید افزایشی

تولید افزایشی با قرار دادن و ترکیب لایه های دو بعدی مواد ، اجسام سه بعدی را ایجاد می کند.

این روش تقریباً زمان و هزینه راه اندازی ندارد و برای نمونه سازی ایده آل است. قطعات را می توان به سرعت ساخت و پس از استفاده دور انداخت. قطعات را می توان تقریباً در هر هندسه ای تولید کرد ، که یکی از نقاط قوت اصلی چاپ سه بعدی است.

یکی از بزرگترین محدودیت های چاپ سه بعدی این است که اکثر قطعات ذاتاً ناهمسانگرد یا کاملاً متراکم نیستند ، به این معنی که آنها معمولاً فاقد خواص مادی و مکانیکی قطعات ساخته شده از طریق تکنیک های کاهشی یا شکل دهی هستند. به دلیل نوسانات در شرایط سرمایش یا پخت ، چاپهای مختلف از یک قسمت نیز مستعد تغییرات جزئی هستند ، که قوام و تکرارپذیری را محدود می کند.

1. تولید کاهشی

تولید کاهشی ، مانند فرز و تراش ، با حذف (ماشینکاری) مواد از یک بلوک از مواد جامد ، اجسام را ایجاد می کند.

تقریباً هر ماده ای را می توان به نوعی ماشینکاری کرد و از آن به عنوان یک تکنیک پرکاربرد استفاده کرد. به دلیل میزان کنترل بر همه جنبه های فرآیند ، این روش قادر به تولید قطعات فوق العاده دقیق با تکرارپذیری بالا است. اکثر طرح ها برای ساخت مسیرهای ابزار سفارشی و حذف کارآمد مواد ، به ساخت رایانه ای (CAM) نیاز دارند که زمان و هزینه راه اندازی را افزایش می دهد ، اما برای اکثر طرح ها ، مقرون به صرفه ترین روش تولید است.

محدودیت اصلی تولید کاهشی این است که ابزار برش باید بتواند به همه سطوح برسد تا مواد را حذف کند ، که پیچیدگی طراحی را بسیار محدود می کند. در حالی که ماشین هایی مانند ماشین های 5 محوره برخی از این محدودیت ها را برطرف می کنند ، قطعات پیچیده هنوز باید در طول فرآیند ماشینکاری مجدد جهت گیری کرده و زمان و هزینه را اضافه کنند. تولید کاهشی نیز به دلیل مقادیر زیادی مواد حذف شده برای تولید هندسه قسمت نهایی ، یک فرآیند اسراف کننده است.

تولیدات شکل دهنده

تولیدات شکل دهنده ، مانند قالب گیری تزریقی و مهر زنی ، با ایجاد یا قالب بندی مواد با گرما و یا فشار ، اجسام را ایجاد می کنند.

تکنیک های تشکیل دهنده برای کاهش هزینه نهایی تولید قطعات طراحی شده اند ، اما ایجاد قالب ها یا ماشین های منحصر به فرد مورد استفاده در فرآیند تولید به این معنی است که هزینه های راه اندازی بسیار زیاد است. صرف نظر از این ، این تکنیک ها می توانند قطعاتی را در طیف وسیعی از مواد (هم فلزات و هم پلاستیک) با تکرارپذیری تقریباً بی عیب و نقص تولید کنند ، بنابراین برای تولید حجم بالا ، تقریبا همیشه مقرون به صرفه ترین آنها هستند.

نحوه مقایسه این روش ها

تولید پیچیده است و ابعاد بسیار زیادی برای مقایسه جامع هر روش با سایر روشها وجود دارد. تقریباً غیرممکن است که به یکباره از نظر هزینه ، سرعت ، پیچیدگی هندسی ، مواد ، خواص مکانیکی ، سطح پایانی ، تحمل ها و تکرارپذیری بهینه سازی شود.

در چنین شرایط پیچیده ، روشهای اکتشافی و قوانین کلی ارزش بیشتری دارند:

1. تولید افزایشی برای حجمهای کم ، طرحهای پیچیده و زمانی که سرعت ضروری است ، مناسب است.
2. تولید کاهشی برای حجم های متوسط ، هندسه های ساده ، تحمل های محکم و مواد سخت بهترین است.
3. تولیدات شکل دهنده برای تولید حجم زیاد قطعات یکسان بهترین است.

هزینه هر قسمت معمولاً عامل تعیین کننده ای است که کدام فرایند تولید بهتر است. به شکل تقریبی ، هزینه واحد در هر روش را می توان به صورت زیر تجسم کرد:

فناوری های چاپ سه بعدی

با وجود فناوری های مختلف چاپ سه بعدی در بازار ، درک کل چشم انداز دشوار است. و ما برای شما پرکاربردترین ها را به زبان ساده در مقاله مروری بر تکنولوژی های چاپ سه بعدی جمع آوری کرده ایم.

مواد چاپ سه بعدی

تعداد مواد چاپ سه بعدی موجود هر ساله به سرعت افزایش می یابد زیرا تقاضای بازار برای مواد و خواص مکانیکی خاص باعث پیشرفت در علم مواد می شود. این باعث می شود که نمیتوان یک نمای کلی از همه مواد چاپ سه بعدی ارائه داد ، اما هر فرایند چاپ سه بعدی فقط با مواد خاصی سازگار است ، می توان برخی از تعمیم های آسان را انجام داد.

پلیمرهای ترموپلاستیک و ترموست(رزین ها ) معمولاً متداول ترین مواد چاپ سه بعدی هستند ، اما فلزات ، کامپوزیت ها و سرامیک ها نیز می توانند به صورت سه بعدی چاپ شوند.

یکی دیگر از روشهای طبقه بندی مواد ، خواص آنهاست: ارزان ، مقاوم در برابر شیمیایی ، محلول ، انعطاف پذیر ، با دوام ، مقاوم در برابر حرارت ، سخت ، مقاوم در برابر آب ، مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش. بسیاری از کاربردهای صنعتی به پلاستیک های بادوام مانند نایلون 12 نیاز دارند و اکثر طرح های مورد علاقه از PLA یا ABS استفاده می کنند که رایج ترین مواد مورد استفاده در چاپ سه بعدی FDM هستند.

برای درک کامل تر مواد پرکابرد در چاپ سه بعدی FDM به مقاله مقایسه مواد  چاپ سه بعدی FDM مراجعه کنید.

حتما این به این مطلب هم سربزنید: چاپ سه بعدی قالب های تزریق کم کار
قالب گیری تزریقی متداول ترین روش برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی است. این روش برای تولید تعداد بسیار زیاد قطعات یکسان با تلرانس کم ایده آل است. در گذشته ، چاپ سه بعدی در مراحل طراحی و ساخت فقط برای ایجاد و تأیید نمونه های اولیه که بعداً تزریق می شدند ، مورد استفاده قرار می گرفت. امروزه پیشرفت فناوری در دقت چاپگر ، سطح و مواد به چاپگرهای سه بعدی اجازه می دهد قالبها را مستقیماً تولید کنند. این مقاله مزایای استفاده از چاپ سه بعدی برای ساخت قالب های تزریق کم کار را مورد بحث قرار می دهد و در مورد تنظیمات قالب ، مواد قالب چاپ سه بعدی موجود و بهترین شیوه های طراحی برای ایجاد قالب تزریق چاپ سه بعدی ، مشاوره می دهد.

نرم افزار چاپ سه بعدی

چاپ سه بعدی با نرم افزار شروع می شود و برنامه های مختلف زیادی برای کمک به هر مرحله از مراحل طراحی و چاپ وجود دارد ، از مدل سازی سه بعدی ، تا چاپ شبیه سازی و برنامه های اسلایسر.

از چه نرم افزاری برای چاپ سه بعدی استفاده کنید؟

دو روش اصلی مدل سازی سه بعدی "مدل سازی جامد" و "مدل سازی سطح" هستند و بسته های نرم افزاری CAD متفاوتی برای هر رویکرد وجود دارد. منظور از مدل سازی جامد ایجاد اشیاء مجازی از طریق تعریف و پیوستن اشکال سه بعدی است که معمولاً از پیش تعریف شده اند و بعداً جزئیات سطح تصفیه شده به آنها اضافه می شود. مدل سازی سطحی مشابه است با این تفاوت که طراح با سطوح دو بعدی شروع می کند و آنها را در "حالت آزاد" ایجاد می کند تا اشکال سه بعدی ایجاد کند.

هر دو روش می توانند دقیقاً خروجی یکسانی داشته باشند ، اما مدل سازی جامد برای اشکال ساده و غیر ارگانیک سریعتر است ، در حالی که مدل سازی سطحی برای اشکال ارگانیک سریعتر است. SolidWorks  و 3D Max و Rhino 3D و Catiaمحبوب ترین نرم افزارهای حرفه ای هستند . 

سایر نرم افزارهای مفید چاپ سه بعدی شامل ابزارهای شبیه سازی چاپ و رفع خطاهای فایل می باشد.

راهنمای طراحی چاپ سه بعدی

بهترین شیوه ها و قوانین کلی بین فناوری های مختلف چاپ سه بعدی متفاوت است ، اما ویژگی های خاصی وجود دارد که میتوانید در مقاله های زیر اصلی ترین آنها را مطالعه کنید :

1.  معرفی چاپ سه بعدی FDM  
2.  طراحی محفظه با چاپ سه بعدی FDM  
3.  نحوه طراحی اتصالات اسنپ فیت برای چاپ سه بعدی FDM   
4. نحوه طراحی لولا لیوینگ برای چاپ سه بعدی

قوانین طراحی برای فرآیند های مختلف در نمودار زیر خلاصه شده است:

کاربردهای چاپ سه بعدی

چاپ سه بعدی برای نمونه سازی بسیار مفید است. سرعت همه چیز در نمونه سازی است و توانایی انتقال از CAD به چاپ با هزینه های نزدیک به صفر به این معنی است که پرینترهای سه بعدی می توانند قطعات را سریع تولید کنند و از نظر اقتصادی واحد برای اجراهای تک قسمتی و کوچک بسیار مناسب هستند.

برای چاپ قطعات تولیدی ، سرعت و قیمت نیز مهم است ، اما ویژگی هایی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد آزادی طراحی و سهولت سفارشی سازی است. در صنایع هوافضا و خودرو ، از سازه های بهینه شده با توپولوژی با نسبت استحکام به وزن بالا برای قطعات با کارایی بالا استفاده می شود و قطعاتی که قبلاً به مونتاژ نیاز داشتند می توانند در یک قسمت یکپارچه شوند. در مراقبت های بهداشتی ، سفارشی سازی بسیار مهم است ، اکثر سمعک های تولید شده در ایالات متحده تقریباً منحصراً با استفاده از چاپ سه بعدی ساخته می شوند. در ساخت ، قالب های تزریق کم کار را می توان به جای ماشینکاری از فلز ، از پلاستیک های سفت و مقاوم در برابر حرارت به صورت سه بعدی چاپ کرد و تولید آنها را بسیار ارزان تر و سریعتر کرد.

چاپ سه بعدی در پزشکی

کاربردهای زیادی برای چاپ سه بعدی در صنعت پزشکی وجود دارد و هر ساله پزشکان و دانشمندان روشهای جدید و خلاقانه ای برای استفاده از این فناوری رو به رشد ارائه می دهند. سرعت و تطبیق پذیری چاپ سه بعدی آن را برای توسعه پروتزها و ایمپلنت های سفارشی و کپی استخوان ها ، اندام ها و عروق خونی مناسب بیمار مناسب می کند. همچنین برای چاپ ابزارهای جراحی سه بعدی ، مدلهای تشریحی ، تجهیزات پزشکی شخصی و طیف وسیعی از نوآوریهای نجات بخش دیگر استفاده می شود.

چاپ سه بعدی در خودرو

در صنعت خودروسازی ، خودروسازان برای آزمایش فرم و تناسب ، آزمایش سطوح زیبا و اطمینان از عملکرد و تعامل همه قطعات به صورت مورد نظر از چاپ سه بعدی استفاده می کنند. 

چاپ سه بعدی در طلا و جواهر

دلایل زیادی وجود دارد که بسیاری از طراحان از چاپ سه بعدی برای ایجاد جواهرات استفاده می کنند. این فناوری به جواهرسازان اجازه می دهد تا طرح های بسیار پیچیده و بسیار قابل تنظیم را تولید کنند و برخی از محدودیت های تکنیک های ساخت طلا و جواهر که قبلاً محبوب بودند مانند ماشینکاری CNC ، صنایع دستی و ریخته گری موم پنهان را کنار بگذارند. امروزه می توان فلزات گرانبها را به صورت سه بعدی در انواع الگوها و طرح ها به سرعت و به صرفه چاپ کرد.

مزایای چاپ سه بعدی چیست؟

چاپ سه بعدی یک ابزار استثنایی برای قطعات سفارشی و نمونه سازی سریع با مجموعه ای منحصر به فرد از مزایا است ، اما از برخی جهات از تولید سنتی عقب است. مزایا و محدودیت های اصلی را می توان به شرح زیر خلاصه کرد:

1. مزایا 

هزینه های راه اندازی بسیار کم - بازگشت بسیار سریع - طیف وسیعی از مواد موجود - آزادی طراحی بدون هیچ هزینه اضافی - هر قسمت را می توان به راحتی سفارشی کرد

1. محدودیت

کمتر مقرون به صرفه در حجم های بیشتر - دقت و تحمل محدود - مقاومت کمتر و خواص مواد ناهمسانگرد - نیاز به پس از پردازش و حذف ساپورت دارد

آینده چاپ سه بعدی     

بنابراین چاپ سه بعدی امروز کجاست؟ هیاهو تمام شد؟ بله ، و اکنون فناوری در حال رسیدن به بلوغ است. Hubs از سال 2013 وجود داشته است ، و ما از سال 2017 هر سال یک گزارش روند چاپ سه بعدی تهیه کرده ایم. در آن سال ها ما شاهد این بودیم که فناوری به اوج چرخه تبلیغات می رسد ، از سطح ناامیدی عبور می کند و به عقب باز می گردد. به جایی که اکنون است، در شیب روشنگری.

چگونه می توان چیزی را به صورت سه بعدی چاپ کرد

چاپ سه بعدی از بدو تأسیس تا کنون راه زیادی را طی کرده است و در حال حاضر به آسانی می توان چیزی را به سرعت و با قیمت مناسب چاپ کرد.

چاپگر بخرید یا از خدمات چاپ سه بعدی استفاده کنید؟

آیا باید چاپگر سه بعدی خود را خریداری کنید یا از خدمات آنلاین استفاده کنید؟ تصمیم گیری مهمی است ، بنابراین ما استدلال هایی را برای هر دو طرف جمع آوری کرده ایم تا به شما در انتخاب درست کمک کند.

تصمیم گیری برای خرید چاپگر سه بعدی

اگر تصمیم گرفته اید که چاپگر سه بعدی خود را بخرید می توانید با واحد مشاوره شرکت samin3D تماس بگیرید تا مناسب ترین پرینتر را در اختیار شما قرار بدهند .

نحوه استفاده از خدمات چاپ سه بعدی

برای انجام این امر شما می توانید قطعه مورد نظر خود را که با نرم افزار های CAD طراحی کرده و به فرمت STL تبدیل کنید و آن را برای واحد خدمات پرینت شرکت samin3D ارسال کنید تا ما بعد از بررسی فایل شما نسبت به پرینت قطعه اقدام کنیم .