مقالات
در حال خواندن
آشنایی تخصصی با چاپ گر سه بعدی
0

آشنایی تخصصی با چاپ گر سه بعدی

توسط محمد دمرلو۲۵ مهر, ۱۳۹۶

قدمت پرینترهای سه بعدی در جهان کمتر از بیست سال است. این پرینتر ها در صنایع مختلف کاربرد دارند و ماشین های هوشمند به عنوان یک شرکت دانش بنیان اولین خط تولید پرینترهای سه بعدی در ایران را راه اندازی کرده است و با توجه به نیاز صنایع و مصرف کنندگان محصولات خود را روانه بازار می کند.

چاپگرهای سه بعدی:

چاپگر ( پرینتر) سه بعدی یکی از فناوری های نوظهور است و این قابلیت را ایجاد می کند که هر گونه جسم سه بعدی را با هر نوع پیچیدگی تولید کند و برای این کار لازم است تنها شکل مورد نظر در یکی از نرم افزارهای سه بعدی ساز طراحی و بعد آن را با متریال های مختلف چاپ کرد.

تمامی سازندگان و تولیدکنندگان صنعتی برای تست محصولات خود، نیاز به پیش تولید آن به منظور تکمیل و برطرف نمودن نقص های احتمالی دارند. امروزه چاپ سه بعدی این امکان را فراهم کرده که در کوتاه هترین زمان، کم ترین هزینه و صرف نظر از پیچیدگی های نمونه، پیش تولید را انجام دهند. برای این کار فرآیندهای مختلفی از چاپ سه بعدی وجود دارد که هر کدام از آنها در صنایع مختلف استفاده می شود و برای چاپ نمونه به وسیله هر کدام از این فرایندها نیازمند مدل سه بعدی نمونه، توسط نرم افزارهای سه بعدی سازی مانند CAD و یا اسکنرهای سه بعدی هستیم.

اساس کار این چاپگرها این است که فایل سه بعدی توسط نرم افزارها به لایه های مجزا تفکیک شده و توسط پرینتر قابل خواندن می شود سپس چاپگر به طراحی و ساخت لایه ها پرداخته و در نهایت نمونه مورد نظر ساخته می شود. فنآوری های متفاوتی از چاپ سه بعدی هستند که هر کدام با مواد اولیه مخصوص عملیات چاپ را انجام می دهند. این مواد می توانند از جنس پلاستیک، فلز، سرامیک و… باشند. درحال حاضر بیشترین کاربرد بازار جهنی از مواد پلاستکی است که معمولاً ABS و PLA مناسب ترین آنها هستند.

چاپگر سه بعدی چگونه کار می کند؟

تفاوت تمامی پرینترهای سه بعدی در تکنولوژی و مواد مصرفی آنها است که آنها را از هم متمایز می کند. به عنوان مثال برخی پرینترهای سه بعدی بر پایه پودر (نایلون، پلاستیک، سرامیک و فلز) که با استفاده از یک منبع حرارت نوری (لیزر) ذوب شده و سپس جامد می شوند و شکل نمونه مورد نظر را می گیرند عمل چاپ را انجام می دهند. در برخی دیگر رزین های پلیمری با استفاده از لیزر لایه به لایه سفت و سخت شده و شکل جامد به خود می گیرند. (این لایه ها بسیار نازک هستند).

جهش قطرات ریز از مواد به سطح پلت فرم نیز که بیانگر تکنولوژی جوهر افشان در چاپ دو بهدی هستند، در چاپ سه بعدی به عنوان تکنولوژی جهش چسب شناخته می شوند.

رایج ترین این تکنولوژی ها، روش FDM است که در آن مواد اولیه از جنس پلاستیک ABS و یا PLA به صورت رشته ای از طریق نازل دستگاه عبور کرده و پس از گرم شدن عمل لایه سازی را انجام می دهد از آنجا که چاپ سه بعدی امکان ساخت مستقیم و دقیق قطعات را فراهم می کند می توان با این تکنولوژی اشیء پیچیده و با قابلیت های بسیار بالا را بدون نیاز به مونتاژ و در کمترین زمان تولید کرد.

با این حال یکی از مهمترین نکات اساسی تولیدی موفق با این دستگاه، طراحی بسیار دقیق نمونه ها می باشد و غیر از این عملیات مهم، آماده سازی فایل و همچنین تبدیل آن می تواند پیچیده و زمان بر باشد به ویژه برای قطعاتی که در طول فرآیند ساخت بسیار پیچیده هستند. با این حال بروز رسانی مستمر نرم افزار و ارتقاء آن می تواند به کاهش زمان و طول این روند کمک به سزایی کند. علاوه بر این پس از پایان کار چاپ بیشتر قطعات نیاز به پردازش دارند، این مرحله که شامل سنباده زدن، صیقل دادن، رنگ و یا دیگر نکات تکمیلی کار است، نیازمند زمان و مهارت بالایی است. و به طور خلاصه می توان گفت این تکنولوژیهم اکنون اینکار تنها با استفاده از متریال های معدودی قابل اجراست اما کار بر روی تولید با انواع متریال مختلف همچون فلزات، مواد خوراکی، مواد بیولوژیک و سایر اقلام نیز در مرحله تحقیق و توسعه است و در آینده ای نزدیک تحول بزرگی در فرآیند تولید ایجاد خواهد کرد.

کاربرد چاپگرهای سه بعدی

امروزه مدلسازی سه بعدی در رشته‌های گوناگونی همچون قطعه سازی، معماری، طراحی صنعتی، روباتیک، صنایع هوافضا و… رایج است. این مدلسازیها تا پیش از این به شکل تصاویر دو بعدی روی صفحه‌های نمایشگر یا روی کاغذ ارائه می‌شدند تا افراد با دیدن آنها درکی از آنچه طراحان در ذهنشان دارند بدست آورند.

پرینترهای سه بعدی توانایی تولید هر نوع قطعه ای با هر شکلی و زاویه ای که باشد، تو پر باشد، یا تو خالی، صاف باشد یا منحنی، … هر قطعه ای با هر طراحی را دارد. این نیاز در همه جا قابل لمس است. صنعت، پزشکی، آموزشی، خودرو سازی، نظامی و هر کاری که نیاز به شبیه‌سازی، تولید ماکت و ساخت طرح اولیه دارد، با استفاده از پرینتر سه بعدی، هم می‌تواند، پروسهٔ زمانبر شبیه‌سازی و ساخت ماکت قطعات را تسریع بخشد و تنها با پرینت گرفتن طرح سه بعدی در زمانی بسیار کم، به بررسی قطعه بپردازد.

و اما انواع پرینترها ی سه بعدی چیست ؟

  پرینترهای سه بعدی به سه دسته ی کلی تقسیم می شوند:

  • پرینتر سه بعدی فیلامنتی (FFF , FDM)
  • پرینتر سه بعدی رزینی  (DLP , SLA)
  • پرینتر سه بعدی پودری (SLS , SLM , Binder Jet )

پرینتر سه بعدی فیلامنتی (FFF , FDM)

پرینترهای سه بعدی با تکنولوژی FDM از محبوب ترین نوع پرینتر ها برای ساخت نمونه های اولیه هستند . این نوع پرینتر سه بعدی توسط اسکات کرامپ در سال ۱۹۹۲ اختراع شد و تا امروز از این تکنولوژی  برای ساخت نمونه های اولیه و قطعات پرینتی  استفاده می شود . این روش ارزان ترین و سریع ترین روش برای تولید طرح های سفارشی می باشد. قطعاتی که با پرینتر سه بعدی  فیلامنتی پرینت می شود در برابر حرارت و ضربه ی مکانیکی و رخداد شیمیایی مقاوم است.

پرینتر سه بعدی رزینی    (DLP , SLA)

این تکنولوژی نیز از قدیمی ترین روش های پرینت سه بعدی است . قطعاتی که با پرینتر سه بعدی رزینی ساخته می شوند بسیار محکم اند . طی این فرایند مواد اولیه از جنس پلاستیک مایع به نمونه های جامد تبدیل می شوند.

  پرینتر سه بعدی پودری   (SLS , SLM , Binder Jet )

در این نوع پرینترهای سه بعدی به طور کلی از یک بستری پودری استفاده می شود که به روش های مختلف این پودر در لایه های تنظیم شده خشک شده و به هم می چسبد و جسم نهایی تشکیل می شود.

در هر سه نوع کلی پرینتر سه بعدی تعریف شده دسته بندی های کوچک تری وجود دارد که در آینده به بررسی دقیق هر یک می پردازیم. البته علاوه بر موارد ذکر شده انواع دیگری نیز هستند که هنوز کاربرد گسترده پیدا نکرده اند. برای مثال پرینتر های سه بعدی EBM , LOM و …که ما از توضیح این موارد صرف نطر می کنیم.

 به صورت کلی فرایند های شکل دهی از دو طریق کاستن ماده و یا افزودن ماده انجام می­شوند. برای مثال در فرآیند های ماشین کاری در ماشین های CNC با برداشتن ماده به صورت براده از روی قطعه به شکل دلخواهمان می­رسیم ولی در پرینتر های سه بعدی با افزودن تدریجی ماده به قطعه دلخواه می­رسیم. از این نظر پرینتر های سه بعدی در مصرف ماده صرفه جویی خواهند کرد.

حال می­توان گفت که تفاوت تکنولوژی های مختلف پرینتر ۳ بعدی در روش افزودن ماده به قطعه است. طبیعی است که در روش های مختلف محدودیت هایی از نظر ماده مورد استفاده داریم و اصلا یکی از دلایل مهمی که طراحان پرینتر ۳ بعدی را به ابداع روش های جدید سوق داده امکان استفاه از مواد جدید است.

به صورت کلی تکنولوژی پرینت ۳ بعدی را می­توان به چند گروه اصلی تقسیم کرد:

  • پرینتر های بر پایه فیلامنت

در این پرینتر ها از یک رشته بلند از ماده مورد نظر به نام فیلامنت (filament) استفاده می­کنیم. این رشته به مرور به درون یک نازل کشیده می­شود و در هنگام خروج از نازل در اثر حرارتی که ایجاد می­شود ماده ذوب شده و با حرکت دادن نازل پلاستیک در محل مورد نظر ریخته و بلافاصله سرد می­شود.بعد از اتمام هر لایه مدل به اندازه ضخامت یک لایه به سمت پایین حرکت می­کند و لایه بعدی ایجاد می­شود. با ادامه همین روند مدل لایه لایه تشکیل می­شود به این روش اصطلاحا (Fused Deposition Modeling) میگویند.

 

در این پرینترها عموما از یک ماده دیگر به عنوان پشتیبان برای قطعه اصلی استفاده می­شود چون در قسمت هایی از قطعه (قسمت های آویزان) نمی­توان ماده را در هوا پاشید و ماده پشتیبان باید از افتادن آن جلوگیری کند. بعد از اتمام پرینت باید قسمت ساپورت را از قطعه اصلی جدا کرد. برای راحت کنده شدن ساپورت جنس آن را ضعیف تر در نظر میگیرند و یا الگوی پرینت آن را طوری در نظر میگیرند که مقاومت کمتری داشته باشد.انواع دیگری هم وجود دارد که می­توان بدون حل شدن قطعه اصلی ساپورت را در یک حلال حل کرد.

 

به صورت معمول موادی که در پرینتر های فیلامنتی استفاده می­شوند پلاستیکی هستند دو ماده ABS و PLA از پرکاربرد ترین مواد در پرینتر های FDM هستند.

ABS از خانواده مواد پلیمری هستند که نقطه ذوب مشخصی ندارند یعنی قبل از ذوب شدن به صورت خمیری در می­ آیند، از مهم تری خواص ABS مقاومت بالای آن ها است. امروزه فیلامنت های ABS در رنگ های مختلف و با کیفیت و خواص متفاوت عرضه می­شود.

 

  • پرینتر های بر پایه پودر

در این نوع پرینتر ها ماده اولیه به صورت پودر درآمده است و برای به وجود آمدن قطعه باید ذرات پودر به هم بپیوندند و تشکیل یک ساختار واحد بدهند. یکی از روش های رایج Laser Sintering (سخت شدن با لیزر) است. در این روش دمای داخل پرینتر به کمی پایین تر از دمای ذوب پودر مورد نظر می­رسد .سپس  پرینتر یک لایه بسیار نازک از پودر را با یک غلطک پخش می­کند. حال با استفاده از اشعه لیزر آن قسمت هایی که با توجه به نقشه باید ذوب شوند و به هم بپیوندند تا کمی بالاتر از دمای ذوب داغ می­شوند و بقیه قسمت هایی که با لیزر تماس نداشته اند به صورت پودر باقی می­مانند .

با تمام شدن هر لایه دوباره یک لایه نازک از پودر پخت نشده برروی قطعه پخش می­شود و لایه بعدی دوباره توسط لیزر تشکیل می­شود این عملیات تا تمام شدن قطعه ادامه پیدا می­کند و قطعه به صورت لایه لایه تشکیل می­شود. بعد از تمام شدن کار پرینت باید با کنار زدن پودر های اضافه قطعه اصلی را از دل آن بیرون بیاوریم.

واقعا کار لذت بخشی خواهد بود…

ولی به نظر شما بزرگترین مزیت این روش چیست؟

پودری که به صورت ذوب نشده باقی می­ماند نقش همان ماده پشتیبان را دارد. با این کار دیگر نگران قسمت پشتیبان قطعات نخواهیم بود و می­توانیم قطعات پیچیده ای را با این روش تولید کنیم. پودر ذوب نشده قسمت های مختلف قطعه را در جای خود نگه می­دارد.در این تکنولوژی می­توان از مواد مختلفی مثل : پلی­آمید، الوماید، تیتانیوم، مواد پلاستیکی و حتی چوب استفاده کرد که مواد بسیار پرکاربردی هستند و با اشعه لیزر می­توان آن ها را ذوب کرد.

مواد دیگری مثل سرامیک و یا فولاد ضدزنگ که با لیزر ذوب نمی شوند را می­توان با چسب به هم چسباند. به این روش اصطلاحا powder & Binder based 3d printing میگویند. این روش تفاوت چندانی با روش قبلی ندارد. پودر ماده مورد نظر در ابتدا به صورت لایه نازک پخش می­شود سپس یک وسیله مخصوص چسب را در نقاطی که با توجه به نقشه تعریف شده اند می­پاشد. به این ترتیب قسمت مورد نظر با  پودر به هم میچسبند. حال با تمام شدن هر لایه مراحل فوق تا اتمام پرینت قطعه ادامه پیدا می­کند.از انجایی که در اینجا قطعه را فقط به هم چسبانده ایم باید بعد از اتمام پرینت عملیات دیگری را نیز برروی آن انجام دهیم. این عملیات بسته به نوع ماده استفاده شده متفاوت خواهد بود. مثلا سرامیک را در کوره خشک کن میگذاریم و چندین بار عملیات پخت را روی آن انجام می­دهیم. آهن ضدزنگ را در کوره قرار میدهیم تا دانه های فلزی آن ذوب شود

واکنش شما چیست؟
I like it
67%
interested
33%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
محمد دمرلو

پاسخ بدهید