قلم سه بعدی و نحوه کارکرد آن

قلم های سه بعدی در سال 2013 توسط گروه سه نفره ماکسول بوگ، پیتر دیلورث و دانیل کاون به کار گرفته شدند و در زمانی کوتاه بین علاقه مندان و هنرمندان به محبوبیت فراوانی دست یافتند.
 
در حالی که بعضی حتی نمی دانند چگونه می توان از این قلمها استفاده کرد، بعضی دیگر آثار خارق العاده ای را به وسیله آنها خلق می کنند. کسانی نیز هستند که هنوز نمی دانند چنین ابزاری وجود دارد.
 
پیش از پرداختن به نحوه عملکرد قلم سه بعدی اجازه دهید به طور مختصر آن را تعریف کنیم.
 
نحوه عملکرد یک قلم سه بعدی شبیه به چسب حرارتی تفنگی است، اما موارد بسیاری وجود دارد که باعث می شود این دو، ابزارهای متفاوتی از یکدیگر به حساب آیند.
 
در حالی که هدف از چسب تفنگی تنها چسباندن اشیاء به یکدیگر است، قلم سه بعدی می تواند اشیاء سه بعدی را با استفاده از حرکت دست خلق کند. قلم سه بعدی از پلاستیک و سایر رشته ها یا فیلامنت ها برای این کار استفاده کرده و می تواند برای اهداف زیادی بکار رود.
 

قلم سه بعدی که به شکل قلم، طراحی شده است، بسیار شبیه به یک قلم معمولی بوده اما از آن حجیم تر می باشد. علاوه بر آن، به جای استفاده از سرب یا جوهر بر روی کاغذ، از یک رشته یا فیلامنت و عمدتاً رشته پلاستیکی ذوب شده استفاده می نماید. با کمک این قلمهای شگفت انگیز می توان به راحتی در هوا ترسیم نمود.
بعضی حتی آنها را نسخه کوچکتر چاپگرهای سه بعدی در نظر می گیرندبعضی حتی آنها را نسخه کوچکتر چاپگرهای سه بعدی در نظر می گیرند. هرچند کار با قلم های سه بعدی به دشواری کار با چاپگرهای سه بعدی نمی باشد. جهت استفاده از چاپگر سه بعدی، نیاز است مهارتهایی را آموخته و به یک کامپیوتر و کپی های نرم افزاری از طرح های مورد نیاز برای چاپ دسترسی داشته باشید.
 
برای استفاده از قلمهای سه بعدی، تمام آنچه لازم است انجام دهید تنها وارد نمودن فیلامنت می باشد. زمانی که درجه حرارت به سطح مطلوب رسید، رشته کاملاً نرم از نوک قلم تخلیه شده و تقریباً بلافاصله جامد می شود.
 
این قلمها از منبع تغذیه کابلی (سیمی) یا باتری استفاده می کنند. به هنگام طراحی با قلم سه بعدی نیازی به نرم افزار خاصی نیست در حالی که در چاپگرهای سه بعدی وجود نرم افزار ضروری است. با چند دکمه می توان تنظیمات قلم سه بعدی را انجام داد.
 

دو فرایند در عملکرد یک قلم سه بعدی وجود دارد. بر اساس این دو فرایند، قلم سه بعدی به دو نوع قلم داغ (Hot pen) و قلم سرد (cold pen) تقسیم می شود.
 
* قلم داغ: از رشته پلاستیکی درون یک محفظه یا تشتک داغ استفاده می شود. این رشته هنگام عبور از داخل قلم، گرم شده و در یک دمای خاص ذوب می شود. پلاستیک نرم شده از نوک قلم خارج می شود و می تواند برای ترسیم خطوط قائم در هوا نیز مورد استفاده قرار گیرد. قلم داغ مبتنی بر فناوری چاپگر سه بعدی FDM می باشد. به هنگام استفاده از قلم داغ می توانید از مواد PLA و ABS استفاده نمایید.
 
* قلم سرد: چنانچه در خصوص چاپ سه بعدی SLA شنیده باشید، می دانید که قلم های سه بعدی سرد چگونه کار می کنند. در این فرایند بجای استفاده از گرما، از یک فرایند شیمیایی برای جامد ساختن فوری رزین مایع به محض خارج شدن از نوک قلم استفاده می شود. قلم از نوعی ماده شبیه به جوهر تحت عنوان رزین فتوسنستیو یا حساس به نور استفاده می کند. هنگامی که این رزین در معرض نور قرار گیرد، به شکل جامد در می آید. اینگونه است که رزین مایع در قلمهای سه بعدی سرد برای خلق آثار هنری سه بعدی بکار برده می شود.
 

اطلاع از نحوه استفاده از قلم سه بعدی بسیار اهمیت دارد. این امر به دلیل حساسیت بالای قلمهای سه بعدی است چرا که در صورت عدم استفاده صحیح از آنها به راحتی خراب می شوند. بیش از حد طولانی بودن درجه حرارت بالا، استفاده از فیلامنت اشتباه یا گرفتگی اکسترودر می تواند منجر به خراب شدن قلم شود.

در صورتی که نمی خواهید چنین اتفاقی رخ دهد، هنگام خرید یک قلم سه بعدی بایستی موارد زیر را مد نظر قرار دهید:
 
* انتخاب فیلامنت مناسب: کار با قلم سه بعدی می تواند سخت و دلهره آور باشد، البته در صورتی که ندانید چه فیلامنتی برای یک قلم سه بعدی خاص مناسب می باشد. در حالی که برخی از قلمهای سه بعدی از رشته ABS و نیز PLA پشتیبانی می کنند، تعداد کمی از آنها تنها با یک فیلامنت کار می کنند. بنابراین هنگامی که رشته ای را برای خرید انتخاب می کنید، آنچه را که با قلم سه بعدی شما سازگار است را در نظر داشته باشید. چنانچه مبتدی هستید، بهتر است قلمی انتخاب کنید که از PLA پشتیبانی می نماید. PLA ارزان قیمت است و جهت یادگیری و ساخت نخستین طرح هایتان بهترین نوع به حساب می آید. ABS بسیار گران است.
 
* مطالعه راهنمای قلم سه بعدی: با هر قلم سه بعدی، یک دفترچه راهنما ارائه می شود که نحوه کار با تمام دکمه ها و تنظیمات درجه حرارت در آن آورده شده است. از بایدها و نبایدهای قلم خود اطلاع کسب کنید. در اکثر قلم های سه بعدی، چند دکمه ضروری از جمله شکاف ورودی برق، شکاف بارگذاری سیم، نشانگرها، کنترل کننده سرعت، کنترل کننده درجه حرارت و غیره را پیدا خواهید کرد. معمولاً بایستی با وصل کردن قلم سه بعدی به منبع تغذیه آن را روشن کنید. کیت ارائه شده حاوی یک کابل یو اس بی جهت اتصال قلم به منبع تغذیه می باشد. با روشن کردن آن، درجه حرارت شروع به افزایش می کند. فیلامنت را از طریق حفره بارگذاری سیم وارد کنید. پس از رسیدن دما به حد مطلوب، می توانید ماده را با نوع طرحی که می خواهید از نوک قلم خارج سازید.
قلم های سه بعدی حساس هستند و به راحتی خراب می شوند* موارد احتیاطی در خصوص کار با قلم: همانطور که پیش از این ذکر شد، قلم های سه بعدی حساس هستند و به راحتی خراب می شوند. از اینرو، بایستی با احتیاط با آنها کار شود. هنگامی که کار را متوقف کردید، اطمینان حاصل کنید که فیلامنت به طور کامل از قلم سه بعدی خارج شده باشد. این امر موجب می شود قلم دچار گرفتگی نشود. همچنین نوک قلم را تمیز کنید.
 
حفظ و نگهداری قلم سه بعدی به تلاش زیادی نیاز ندارد. تنها دستورالعملها را خوانده و مطابق آنها عمل کنید.
 

گرچه روش های بسیاری برای طراحی اشیاء و آثار هنری با استفاده از قلم سه بعدی وجود دارد، اما از چهار روش متداول در این کار استفاده می شود.
 
* استفاده از طرح اولیه دو بعدی جهت ایجاد اثر هنری سه بعدی: اکثر کیت های سه بعدی حاوی شابلون و الگوهای پیش ساخته هستند. شما هم می توانید از آنها استفاده کنید و هم طرح منحصر به فرد خود را بسازید. این شابلونها دارای تصاویری از آثار هنری هستند که می توانید با استفاده از قلم سه بعدی ایجاد کنید. برای شروع فقط کافی است طرح کلی را بر روی کاغذ یا شابلون بکشید. به محض تمام شدن، پلاستیک را از کاغذ جدا کرده و طرح شما آماده خواهد بود.
 
* استفاده از وسایل ساده به عنوان پایه کار برای ایجاد اثر هنری: می توانید کارهای زیادی را با استفاده از قلم سه بعدی انجام دهید. یکی از بهترین بخش های قلم سه بعدی آن است که می توانید هر جزء بی روح و ساده از یک شئ را به طرحی جالب تبدیل کنید. به عنوان مثال یک گلدان ساده یا یک قاب ساده موبایل را از بازار خریداری کنید. حتی می توانید یک رومیزی ساده خریداری نمایید. از این اسباب به عنوان پایه کار خود استفاده کرده و با استفاده از قلم سه بعدی اثر هنری خود را روی آنها ایجاد کنید. می توانید چندین رنگ و لایه را به هنگام انجام این کار بکار ببرید. همچنین می توانید خریدهای ساده و بی روح خود را به یک اثر هنری تبدیل سازید.
 
* استفاده از قالب: سخت ترین روش برای مبتدیان به حساب می آید. در صورتی که تازه کار می باشید، این گزینه کمی عجیب به نظر می رسد.  برای این کار باید با استفاده از یک قلم سه بعدی همراه با کاغذ یا مقوا، شکل شئ مورد نظر خود را ایجاد کنید. که می تواند به عنوان یک قالب عمل کند. لایه نخست را به وسیله قلم سه بعدی با استفاده از یک یا چند رنگ ایجاد کنید. پس از اتمام حدود 90% کار، قالب را بیرون آورده و اثر هنری خود را کامل کنید. برای با دوام و سفت کردن کار خود می توانید لایه های بیشتری به آن بیفزایید. به این ترتیب می توانید طرح های توخالی را نیز بسازید و باعث صرفه جویی زیادی در مواد شوید.
 
* طراحی با دست خالی: در صورتی که طراحی و نقاشی تان خوب است، این کار برای شما مثل آب خوردن می ماند. تمام کاری که باید انجام دهید آن است که دستان خود را به حرکت درآورده و آنچه دوست دارید را طراحی کنید. در طرح های آزاد باید دقت کنید. هیچ راهی برای تست کار خود تا زمانی که طرح تقریباً به پایان برسد نیست. اما با تمرین می توانید در طرح های سه بعدی آزاد تسلط پیدا کنید.
 

در بین تمام مواد موجود، از دو فیلامنت اصلی متداول برای قلم های سه بعدی استفاده می شود.
 
* ای بی اس (ABS): اکریلونیتریل بوتادین استایرن یا ABS یکی از متداول ترین مواد مورد استفاده در قلم های سه بعدی و همچنین چاپگرهای سه بعدی است. به راحتی می توانید ABS مورد استفاده برای قطعات دوچرخه یا بلوک های لگو را پیدا کنید. این مواد به راحتی به صورت آنلاین یا در فروشگاه ها به فروش می رسند. با این حال، رشته ABS عاری از نقطه ضعف نیست. این ماده برای ذوب شدن به دمای بسیار بالا نیاز دارد. گرچه قلم های سه بعدی سازگار با ABS می توانند در برابر این درجه حرارت مقاومت کنند، اما ممکن است هنگام کار با ABS مشکلات دیگری نیز به وجود آید. این ماده وقتی  در چنین درجه حرارت بالایی ذوب می شود، دود تولید می کند. کسانی که با ABS کار می کنند باید از ماسک استفاده کنند یا در مکانی که دارای تهویه مطبوع است این کار را انجام دهند. در صورت استنشاق این دود در مقادیر زیاد مشکلاتی برای سلامتی بوجود خواهد آمد.
 PLA ماده ای سازگار با محیط زیست است* پی ال ای (PLA): پلی لاتیک اسید یا PLA ماده ای سازگار با محیط زیست است که از منابع غذایی مانند نیشکر، ذرت و غیره بدست می آید. این ماده زیست تجزیه پذیر بوده و استفاده از آن خطری ایجاد نمی کند. PLA برخلاف ABS می تواند در دمای نسبتاً کمتری ذوب شود و همچنین هیچ دودی از خود ساطع نمی کند. مشکل کار با این ماده آن است که برای تنظیم و خنک کردن آن زمان زیادی لازم است. به هنگام کار با طرح های پیچیده که دارای جزئیات ریز و ظریف هستند، می توانید از تجهیزات خنک کننده استفاده کنید.
 
مواد دیگری نیز وجود دارد که شما بایستی دلیل خرید یک قلم سه بعدی و آنچه می خواهید با آن بدست آورید را در نظر بگیرید. این امر به شما کمک می کند تا رشته مناسب طرح های خود را انتخاب کنید. در صورتی که تازه کار هستید برای شروع بهترین ماده PLA می باشد.
 

اکنون اجازه دهید کاربردهای مختلفی که قلم سه بعدی دارد را مورد بررسی قرار دهیم. بسته به نوع کاربر، قلمهای سه بعدی می تواند کاربردهای بسیاری داشته باشد.
 
کودکان می توانند از قلم سه بعدی برای امر آموزش و سرگرمی استفاده کنند. هرچند، کار با قلم های داغ ممکن است برای کودکان کم سن و سال مناسب نباشد، اما آنها می توانند با نظارت افراد بزرگسال از این نوع قلم استفاده کنند. قلم سه بعدی سرد انتخابی عالی برای کودکان به شمار می رود. قلم های گرم (warm pen) نیز وجود دارند که در درجه حرارت پایین کار کرده و از مواد ویژه ای که در دمای پایین ذوب می شوند استفاده می کنند و در نتیجه برای کودکان خطری نخواهند داشت.
 
افراد حرفه ای نیز برای ایجاد نمونه های اولیه از قلم های سه بعدی استفاده می کنند. این قلم ها پیچیده تر هستند و گزینه های تنظیمی زیادی را ارائه می دهند. این قلم ها برای طرح های نیازمند به دقت بالا و همچنین طراحی نمونه های اولیه به کار برده می شوند.
 
حوزه های کاربردی و مصارف زیاد دیگری برای آن وجود دارد. می توان با استفاده از قلم سه بعدی جواهر و لباس طراحی نمود. همچنین می توان به راحتی مجسمه و آثار هنری خلاقانه را با آن ایجاد نمود.
 

از طریق این مقاله با قلم سه بعدی و تمام کارهایی که می توانید با استفاده از آن انجام دهید آشنا شدید. بسیاری از افراد هنوز اعتقاد دارند که قلمهای سه بعدی بیشتر به درد کودکان می خورد و کاربرد آن چنانی ندارد. اما این گفته کاملاً نادرست است. موارد مفید بسیاری وجود دارد که می توان با استفاده از این ابراز کوچک انجام داد.
 
 
منبع: pick3dprinter