راهنمای جامع انواع روش های پرینت سه بعدی

پرینت سه بعدی چیست؟

پرینت سه بعدی (3D printing) یا چاپ سه بعدی ، فرآیندی است که در آن اشیاء به وسیله یک دستگاه پرینتر سه بعدی تولید می‌شوند. در این فرآیند، ابتدا به کمک نرم‌افزارهای طراحی یک مدل سه بعدی از اشیاء مورد نظر ساخته می‌شود. سپس این مدل به صورت لایه ‌لایه به دستگاه چاپگر ارسال شده و دستگاه با استفاده از موادی مانند پلاستیک، فلز یا حتی مواد غذایی چون شکلات، آن­ها را به صورت فیزیکی تولید می­ نماید.

 

درحال حاضر، پرینت سه بعدی در صنایع گوناگونی مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ به عنوان مثال، در صنعت ساختمان سازی، این فناوری برای ساخت قطعات و مدل‌های پروتوتایپ استفاده می‌شود. در صنعت پزشکی، پرینت سه بعدی برای تولید قطعات پزشکی سفارشی مانند ایمپلنت‌ها و دستگاه‌های پزشکی کاربرد دارد. همچنین، صنایع خودروسازی، هواپیماسازی و سایر صنایع مصرفی نیز از این فناوری به شدت بهره می‌برند که در ادامه بیشتر به آن­ها خواهیم پرداخت.

استفاده از پرینت سه بعدی دارای مزایای فراوانی است ؛ به عنوان مثال ، این فناوری امکان ساخت قطعات پیچیده را با کیفیت بالا و زمان کمتر فراهم می‌کند. همچنین، این روش امکان تولید سفارشی و شخصی‌سازی قطعات را فراهم نموده و در نتیجه ، هزینه‌ها را تا حد قابل قبولی کاهش می‌دهد .

با توجه به پتانسیل بالای پرینت سه بعدی ، این فناوری در آینده­ای نزدیک می‌تواند در صنایع بسیاری به کار گرفته شود و نقش مهمی در توسعه و پیشرفت این صنایع ایفا نماید.

انواع روش­ های پرینت سه بعدی

همانطور که بیان شد ، در دهه‌ اخیر، پرینت سه‌ بعدی به عنوان یکی از فناوری‌های نوظهور در صنعت مطرح شده است. با استفاده از این فناوری ، کسب و کارها قادر خواهند بود اشیا سه‌ بعدی را به صورت لایه ‌به لایه و با مواد گوناگون تولید نمایند. در ادامه به بررسی انواع روش‌های پرینت سه ‌بعدی می‌پردازیم و بهترین راه‌ها برای تولید اشیا سه ‌بعدی را به اختصار معرفی خواهیم کرد.

پرینت سه ‌بعدی به روش FDM

FDM (Fused Deposition Modeling) یا مدلسازی توسط ذوب لایه‌ای یکی از روش‌های محبوب پرینت سه ‌بعدی است. به طور خلاصه، در این روش، فیلامنت (ماده‌ای شبیه به پلاستیک) در دمای بالا ذوب شده و از طریق یک نازل گرم ، به صورت لایه‌ای روی هم قرار می­ گیرد تا شکل نهایی ایجاد گردد . این روش به دلیل سادگی و قابلیت استفاده با مواد مختلف ، بسیار محبوب است .

 

مراحل اجرای فرآیند پرینت سه بعدی با روش FDM

برای اجرای پرینت سه بعدی با استفاده از روش FDM ، مراحل زیر را طی می‌کنیم:

آماده­ سازی فایل مدل

ابتدا باید یک فایل مدل سه بعدی را آماده کنیم. این فایل می‌تواند از طریق نرم‌افزارهای مدل‌سازی سه بعدی یا حتی اسکنرهای سه بعدی ایجاد شود.

آماده ­سازی فیلامنت

پس از آماده­سازی فایل مدل، باید فیلامنت مورد نظر را تهیه کنیم. انتخاب فیلامنت مناسب براساس ویژگی‌های قطعه نهایی بسیار مهم است.

شروع پرینت

با تنظیم پارامترهای مورد نیاز بر روی دستگاه FDM ، فرآیند پرینت را شروع می‌کنیم. در این مرحله، فیلامنت از طریق نازل گرم خارج شده و به صورت لایه ‌لایه روی هم قرار می‌گیرد.

مرحله پایانی

پس از اتمام پرینت، قطعه نهایی را از صفحه پرینت جدا نموده و آن را تمیز می­کنیم. هم اکنون قطعه مورد نظر قابل استفاده است!

 

مزایا و معایب FDM

– قابلیت استفاده از مواد پلاستیکی متنوع با ویژگی‌های مختلف

– سرعت بالا و قابلیت تولید در حجم زیاد

– قابلیت پرینت قطعات با جزئیات ریز و دقیق

– قابلیت پرینت قطعات با خواص مکانیکی مناسب

معایب

– سطح نهایی قطعات تولید شده ممکن است ناهموار و زبر باشد.

– قابلیت تولید قطعات با دقت بالا در برخی موارد محدود است.

– محدودیت در استفاده از مواد پلاستیکی خاص مانند فلزات

 

کاربردهای FDM

FDM به عنوان یکی از روش‌های پرینت سه بعدی، در صنایع مختلفی کاربرد دارد. برخی از مهم­ترین کاربردهای این تکنولوژی عبارتند از:

– نمونه­ سازی و تولید قطعات پروتوتایپ

– تولید قطعات خودکار به منظور استفاده در صنایع گوناگون مانند خودروسازی و هوافضا

– تولید قطعات پزشکی مانند ایمپلنت‌ها و ابزارهای جراحی

 

پرینت سه‌ بعدی به روش SLA

پرینت سه بعدی SLA یا Stereolithography یکی از روش­های پیشرفته و محبوب در صنعت تولید قطعات است . در این روش ، از یک پلیمر مایع استفاده می‌شود که با کمک یک لیزر یا نور مشابه، به صورت لایه‌ای فرآیند تصلیب یا سخت­ سازی متریال را انجام داده و به وسیله آن می­توان اشکال سه بعدی را با کیفیت و دقت بالا تولید نمود .

یکی از ویژگی­ های منحصر به فرد SLA این است که از یک ماده ویژه به نام رزین استفاده می­ کند. در این فرآیند، یک لیزر قوی بر روی لایه­ های نازکی از رزین تابیده می­شود و باعث سخت شدن آن­ها می­ گردد. سپس لایه بعدی از رزین بر روی لایه قبلی قرار داده شده و لیزر دوباره بر روی آن عمل می­ کند. این فرآیند تا زمانی ادامه می­ یابد که قطعه سه بعدی کامل شود.

مزایا و کاربردهای SLA

SLA دارای برخی مزایا و کاربردهای منحصر به فرد است. یکی از این مزایا دقت بالا و جزئیات دقیقی است که در قطعات تولید شده با این روش به دست می­ آید. همچنین، قابلیت تولید قطعات پیچیده و با ساختارهای داخلی همراه با اندازه ­های کوچک نیز از دیگر مزایای SLA محسوب می­شود.

از طرفی، همانند هر روش دیگری، SLA هم دارای محدودیت­ های خاص خود است. یکی از محدودیت­ های این روش این است که برای تولید قطعات بزرگتر طبیعتا نیاز به دستگاه­ های پرینت سه بعدی بزرگتر و هزینه بیشتری خواهد بود. همچنین، رزین­ های استفاده شده در SLA ممکن است به طور طبیعی ضعیف بوده و معمولا نیاز به پس­پردازش و فرآیندهای اصلاحی داشته باشند تا مقاومت و استحکام قطعات را افزایش دهند.

با این حال ، با توجه به توانایی­ های بالقوه SLA در تولید قطعات با دقت و جزئیات بالا، این روش همچنان یکی از محبوب­ ترین روش­ها در صنعت پرینت سه بعدی است. با پیشرفت فناوری و بهبود مواد استفاده شده، امکانات و قابلیت ­های SLA نیز بهبود یافته و می­تواند به عنوان یک راه حل مناسب برای تولید قطعات پیچیده و با کیفیت در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار گیرد.

 

پرینت سه‌ بعدی به روش SLS

یکی از روش‌های پرینت سه بعدی که محبوبیت بسیار بالایی در صنعت دارد، SLS است. SLS مخفف عبارت

Selective Laser Sintering بوده و به معنای زینترینگ انتخابی به کمک لیزر می­باشد . در این روش ، از یک پودر پلاستیکی استفاده می‌شود که به صورت لایه‌ لایه روی یک سطح قرار می­گیرد . سپس یک لیزر با طول موج خاص بر روی پودر تابیده شده و باعث ذوب شدن آن در نقاط مورد نظر می‌شود . پس از اتمام این مرحله ، لایه بعدی پودر به صورت خودکار بر روی لایه قبلی قرار گرفته و فرآیند تکرار می­گردد تا شیء مورد نظر به طور کامل ساخته شود .

مزایای SLS

SLS دارای مزایای فراوانی بوده و همین موارد آن را به یکی از محبوب‌ترین روش‌های پرینت سه بعدی تبدیل کرده است. این روش قابلیت ساخت اشیاء با جزئیات بالا و سطحی صاف را دارد. همچنین، با استفاده از فرآیند SLS می‌توان از مواد پلاستیکی متنوعی مانند پلی‌آمیدها، پلی‌کربنات­ ها و پلی‌استرها برای تولید قطعات استفاده کرد. این امر به کاربران اجازه می‌دهد تا متناسب با نیازهای خود، ماده مناسب برای ساخت اشیاء را انتخاب نمایند.

علاوه بر این، SLS یک روش بسیار دقیق و قابل اعتماد است. به طوری که با استفاده از لیزر، می‌توان نقاط مورد نظر را با دقت بالا ذوب کرده و به عنوان نتیجه، قطعاتی با ابعاد دقیق و کیفیت بالا تولید نمود. همچنین، این روش امکان ساخت اشیاء پیچیده با ساختار داخلی متنوع را فراهم می­ سازد که با روش‌های دیگر از جملهFDM  (روش رسوب‌گذاری مستقیم) به سختی امکان‌پذیر خواهد بود.

با توجه به مزایای فراوان و قابلیت‌های خاصی که SLS دارد، این روش در صنایع گوناگونی همچون صنعت خودروسازی، هوافضا، پزشکی و طراحی صنعتی به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. از ساخت قطعات خودرو گرفته تا تولید قطعات پروتزهای پزشکی، امروزه SLS به عنوان یک روش پرکاربرد و کارآمد شناخته می‌شود.

پرینت سه ‌بعدی به روش MJF

روش MJF (Multi Jet Fusion) یک فرآیند پرینت سه بعدی می­ باشد که توسط شرکت HP توسعه ‌یافته است. این روش بر اساس تکنولوژی چاپ جوهری عمل نموده و از جوهرهای پلیمری برای ساخت قطعات استفاده می‌کند. در روشMJF ، لایه‌های نازکی از پودر پلیمری بر روی پلتفرم چاپ قرار گرفته و سپس با استفاده از جوهرهایی که توسط شبکه‌های مخصوصی به این لایه‌ها اعمال می‌شوند، قطعات به صورت تدریجی تکمیل می­گردند.

 

مزایای استفاده از MJF

استفاده از روش MJF مزایای بسیاری را به همراه دارد که در ادامه به برخی از مهم­ترین این مزایا اشاره می‌کنیم:

کیفیت بالا

روش MJF به ما این امکان را می‌دهد که قطعات با کیفیت بالایی تولید کنیم. با استفاده از جوهرهای پلیمری و فرآیند پرینت دقیق، قطعات تولید شده با دقت بالا و جزئیات ریز تولید می­گردند.

سرعت بالا

روش MJF سرعت بالایی در تولید قطعات دارد. به کمک موادی که به صورت همزمان بر روی لایه‌ها اعمال می‌شوند، می‌توان در زمان کوتاهی تعداد زیادی قطعه تولید کرد.

قابلیت تولید قطعات پیچیده

با استفاده از روش MJF، می‌توان قطعات پیچیده و دارای ساختارهای دقیق را را با دقت بالا و بدون نیاز به ابزارهای خاص تولید نمود.

کاربردهای MJF

روش MJF در بسیاری از صنایع به طور گسترده استفاده می‌شود. به عنوان مثال:

– صنایع خودروسازی: با استفاده از روش MJF، می‌توان قطعات خودرویی با کیفیت بالا و ساختارهای پیچیده تولید کرد.

– صنایع پزشکی: در حوزه‌ پزشکی، روش MJF برای ساخت قطعات پروتزی سازگار با بدن بیماران استفاده می‌شود.

– صنعت الکترونیک: با استفاده از روش MJF، می‌توان قطعات الکترونیکی با ساختارهای پیچیده و دقت بالا را به راحتی تولید نمود.

 

پرینت سه ‌بعدی به روش DLP

 

برای اجرای DLP یا Digital Light Processing از یک فناوری پیشرفته نوری استفاده می­شود که توسط شرکت Texas Instruments توسعه داده شده است. در این روش، یک پروژکتور نوری به یک صفحه نمایش متشکل از میلیون­ها آینه کوچک متصل است. هر آینه می­تواند به صورت مستقل به سمت بالا و پایین حرکت نموده و بر اساس نیاز، نور را به سمت صفحه نمایش نزدیک ساخته و یا از آن دور کند.

 

مزایای DLP 

استفاده از روش پرینت سه بعدی DLP در تولید قطعات دارای مزایای فراوانی است که در ادامه به برخی از آن­ها اشاره می­کنیم:

سرعت فوق­ العاده

DLP بر خلاف بسیاری از روش­های پرینت سه بعدی دیگر، سرعت بسیار بالایی دارد. زمان لازم برای پرینت یک شی با استفاده از DLP به طور قابل ملاحظه ­ای کاهش می ­یابد و شما می­توانید از سرعت فوق­العاده این تکنولوژی برای تولید اشیاء سه بعدی بهره ببرید.

 

دقت بالا

DLP دارای دقت بسیار بالایی است. با استفاده از آینه­ های کوچک و فناوری­های پیشرفته تصویرسازی، می­توانید اشیاء با جزئیات بسیار ریز و دقیق را به خوبی تولید کنید. این مزیت به ویژه برای تولید قطعات پزشکی و یا قطعات صنعتی حساس بسیار مهم است.

کیفیت بالا

DLP به دلیل استفاده از نور و رنگ در فرآیند پرینت، قطعات را با کیفیت بالایی تولید می­کند. رنگ­ها و جزئیات اشیاء با استفاده از روش DLP به طور واضح و واقعی نمایش داده شده و همین امر باعث می­شود تولیدات شما بیشتر به چشم بیاید.

 

آیا چاپ سه‌بعدی با فرآیند پردازش نور دیجیتال (DLP) معایبی دارد؟

در حالی که چاپ سه‌بعدی با پردازش نور دیجیتال (DLP) مزایای زیادی از جمله سرعت بالا، دقت و استفاده بهینه از مواد دارد، این فناوری دارای محدودیت‌هایی نیز هست. آگاهی از این معایب می‌تواند به شما در تصمیم‌گیری بهتر در مورد انتخاب روش مناسب برای نیازهای چاپی‌تان کمک کند.

 

در اینجا برخی از معایب DLP در مقایسه با سایر فرآیندهای چاپ سه‌بعدی آمده است:

• محدودیت‌های مواد:

اگرچه فناوری DLP از طیف گسترده‌ای از رزین‌ها پشتیبانی می‌کند ، اما نسبت به فناوری‌هایی مانند FFF (ساخت با رشته ذوب‌شده)، که می‌توانند از مواد ترموپلاستیک و کامپوزیت‌های متنوع استفاده کنند ، محدودتر است.

• محدودیت‌های اندازه:

حجم ساخت پرینترهای DLP، به‌ویژه مدل‌های رومیزی، می‌تواند کوچک‌تر از برخی دیگر از چاپگرهای سه‌بعدی باشد که این امر اندازه‌ی حداکثری اشیاء قابل ساخت را محدود می‌کند.

• وابستگی به خواص رزین:

خواص مکانیکی و دوام قطعات چاپ شده با DLP به شدت به نوع رزین استفاده شده بستگی دارد . برخی رزین‌ها ممکن است از نظر استحکام یا پایداری حرارتی به پای مواد مورد استفاده در سایر روش‌های چاپ سه‌بعدی نرسند.

• هزینه مواد:

رزین‌های با کیفیت بالا برای DLP می‌توانند گران‌تر از مواد مورد استفاده در سایر روش‌های چاپ سه‌بعدی باشند. این هزینه بالاتر می‌تواند به ویژه برای تولید در حجم زیاد، هزینه هر قطعه را افزایش دهد.

• حساسیت به نور و اکسیژن:

رزین‌های فوتوپلیمر مورد استفاده در چاپ DLP ممکن است نسبت به نور محیط و اکسیژن حساس باشند. ذخیره و استفاده نادرست از این مواد می‌تواند بر دوام قطعات چاپ شده تأثیر منفی بگذارد.

• ایجاد کثیفی و شلوغی:

پس‌پردازش قطعات چاپ شده با DLP مانند شست‌وشوی قطعات با حلال‌هایی مثل ایزوپروپیل الکل برای حذف رزین سفت‌نشده می‌تواند کاری پر از کثیفی باشد. همچنین هرگونه ریختن رزین یا حلال باید بلافاصله تمیز شود تا از ایجاد خسارت یا لکه‌دار شدن جلوگیری گردد.

 

نکات اضافی:

• ریختن و پاشیدن رزین:

رزین‌های مایع می‌توانند به راحتی در هنگام جابجایی پاشیده یا ریخته شوند که باعث کثیف شدن فضای کار می‌شود. تمیز کردن رزین ریخته شده نیاز به توجه فوری دارد، زیرا رزین سفت‌نشده می‌تواند چسبنده باشد و بعد از سخت شدن به‌سختی پاک می شود .

• ظروف رزین:

ریختن رزین به مخزن چاپگر یا بازگرداندن رزین استفاده‌نشده به ظرف اصلی آن می‌تواند بدون دقت کافی ، مشکل‌ساز باشد ، بنابراین باید با احتیاط بیشتری انجام شود .

 

نتیجه‌گیری

امروزه روش­های گوناگون پرینت سه‌ بعدی به صورت گسترده‌ای در صنعت و سایر حوزه‌ها استفاده می‌شود . به گونه­ای که شما می‌توانید با کمک روش­های FDM ، SLA ، SLS ، DLP و MJF اشیا سه ‌بعدی با دقت بالا و با متریال­های مختلف تولید نمایید. البته هر روش دارای مزایا و معایب خاص خود بوده و بهتر است پس از مشورت با افراد متخصص ، بسته به نیاز خود ، روش مناسب را انتخاب کنید .