مزایا و معایب چاپگرهای سه بعدی

با رشد صنعت چاپ سه بعدی، امروزه ثابت شده است که این چاپگرها ابزاری ارزشمند برای تولیدکنندگان محسوب می شوند. استفاده از پتانسیل چاپگرهای سه بعدی به کاهش ضایعات، افزایش سرعت تولید و کاهش هزینه های تولید کمک شایانی می نماید. چاپ سه بعدی کاربردهای زیادی در صنایع متنوعی از جمله نظام سلامت و تولید انواع هواپیما دارد، اما این بدان معنی نیست که چاپ سه بعدی بهترین راه حل برای همه تولید کنندگان است. شرکت ها باید فواید و محدودیت های چاپ سه بعدی را بسنجند تا تصمیم بگیرندد آیا استفاده از چاپگرهای سه بعدی انتخاب درستی برای نیازهای تولیدی آنها هست یا خیر.
 

طیف متنوعی از صنایع در حال حاضر از چاپ سه بعدی استفاده می کنند. از ساخت اتومبیل های مسابقه ای گرفته تا تولید اندام مصنوعی. در واقع این فناوری در حال تغییر چهره تولید است. در ادامه برخی از کاربردهای مدرن چاپ سه بعدی را خدمت شما خواننده عزیز راسخون بیان می کنیم:
 

با جایگزین نمودن قطعات فلزی سنگین با اجزای سبکی که بوسیله چاپ سه بعدی تولید شده اند، می توان باعث افزایش سرعت اتومبیل های مسابقه ای و موتورسیکلت ها شد و در عین حال بازده سوخت آنها را بهبود بخشید.
 

 قطعات هواپیما که به صورت سه بعدی چاپ می شوند می توانند برای تولید هواپیماهای سبک و کم مصرف استفاده شوند. آنها همچنین برای ساخت محفظه های هوایی هواپیما و سایر قطعات آن مورد استفاده قرار گرفته اند.
 

مهندسان هوافضا می توانند با استفاده از چاپ سه بعدی، محافظ سبک فلزی و در عین حال با دوام برای شاتل های فضایی تولید کنند. همچنین ماهواره ها و ایستگاه های فضایی می توانند از چاپگرهای سه بعدی برای تولید ابزارهای سفارشی و قطعات جایگزین برای تعمیر تجهیزات هوافضا استفاده نمایند.
 

 چاپگر سه بعدی می تواند بسیاری از محصولات مصرفی از جمله جواهرات، لوازم جانبی، اسباب بازی ها، مجسمه ها، وسایل روشنایی و مبلمان را تولید کند. با چاپگرهای سه بعدی که برای مصارف خانگی تولید شده اند، حتی خود مصرف کنندگان می توانند بسیاری از کالاها و محصولات خود را در خانه چاپ کنند.
 

مهندسان در زمینه پزشکی پیشگام استفاده های نوآورانه از چاپ سه بعدی هستند که از جمله می توان به پروتزهای سفارشی، دندان مصنوعی، نگهدارنده ها، ایمپلنت ها، سمعک و موارد دیگر اشاره نمود. جراحان برای انجام عمل های جراحی پیچیده یا پیوند از مدل های دقیق ماکت های سه بعدی چاپ شده، استفاده می کنند.
 
اینها تنها موارد اندکی از کاربردهای متنوع چاپگرهای سه بعدی بود که به آن ها اشاره شد. در ادامه سعی می کنیم به نقاط قوت و ضعف استفاده از چاپگرهای سه بعدی اشاره کنیم. با ما همراه باشید.
 

صنعت چاپ سه بعدی با گسترش روزافزون مزایای بسیاری برای تولیدکنندگان فراهم کرده است. این امر می تواند باعث کاهش زمان تولید، کاهش هزینه های حمل و نقل و تدارکات و تغییر تولید از کارخانه های متمرکز به تأسیسات کوچک تر شود. با در نظر گرفتن مزایایی چاپ سه بعدی که در ادامه به آن ها اشاره می کنیم، تولیدکنندگان می توانند تصمیم بگیرند که آیا این فن آوری برای شرکت آنها مناسب است یا خیر.
 

تولیدکنندگان می توانند با استفاده از پرینترهای سه بعدی نمونه های اولیه قطعات و ابزارها را با سرعت بیشتری نسبت به روش های سنتی تولید کنند. این فرآیند که نمونه سازی سریع نامیده می شود، به مهندسان اجازه می دهد تا طی چند ساعت طرح های دیجیتالی را به مدل های مقیاس فیزیکی تبدیل نمایند.
 
ایجاد یک نمونه اولیه با چاپگر سه بعدی ممکن است فقط چند ساعت طول بکشد، در حالی که ریخته گری یا ماشینکاری نمونه اولیه بسیار زمان بر بوده و به تلاش بسیاری نیاز خواهد داشت. همچنین این فن آوری تولیدکنندگان را قادر می سازد نمونه های بسیار پیچیده را به راحتی تولید نمایند.
 
نمونه سازی سریع به طور قابل توجهی زمان تولید را کاهش دادهو جریان درآمد را تسریع می کند. هنگامی که تولیدکنندگان بتوانند نمونه های اولیه را با سرعت بیشتری تولید کنند، قادر خواهند بود با سرعت بیشتری تأیید مشتری در زمینه طرح ها را نیز بدست آورند. تصویب سریعتر به این معنی است که تولید زودتر شروع شده و محصول نهایی در مدت زمان بسیار کمتری به مشتری تحویل داده می شود. زمان کوتاهتر این فرآیند در نهایت رضایت مشتری را افزایش خواهد داد.
 

تولیدکنندگان با استفاده از گاپگرهای سه بعدی، می توانند قطعات و ابزارهای مورد نیاز خود را تولید کنند که این امر عدم تمرکز را امکان پذیر می سازد. چاپ سه بعدی به جای ذخیره قطعات جایگزین در مراکز توزیع و انتقال قطعات به مسافت های طولانی، به تولیدکنندگان این امکان را می دهد تا قطعات مورد نیاز خود را در محل خود یا حداقل در جایی نزدیک به مقصد استفاده نهایی خود تولید کنند. عدم تمرکز تولید قطعات با کاهش هزینه های حمل و نقل و هزینه های کلی تدارکات از بسیاری جهات به سود شرکت های تولید کننده خواهد بود.
 
یکی از مهمترین کاربردهای چاپ سه بعدی برای تولید کنندگان، توانایی چاپ قطعات سه بعدی در صورت تقاضا است. تولید کنندگان باید موجودی قطعات تعویض شده را هم برای مشتریان خود و هم برای ماشین آلات خود نگهداری کنند. اگر دستگاه خراب شود، دسترسی قطعه مورد نیاز موجب تعمیر سریع تر محصول شده و زمان خرابی را به حداقل می رساند.
 
همچنین ذخیره قطعات یدکی نیاز به فضا دارد که همین امر می تواند هزینه قابل توجهی را بر شرکت ها تحمیل نماید. قطعات یدکی معمولاً باید در انبارهای مجزا ذخیره سازی شوند که این امر باعث افزایش هزینه های حمل و نقل و افزایش خرابی هنگام جابجایی می شود. بعلاوه، قطعات جایگزین اگر زمان زیادی انبار شوند، ممکن است دیگر قابل استفاده نباشند چرا که ممکن است به دلیل عوامل محیطی آسیب دیده و یا به دلیل به روزرسانی تجهیزات منسوخ شوند.
 

از آنجا که چاپ سه بعدی یک فرآیند افزودنی[1] است، می تواند باعث کاهش چشمگیر ضایعات تولیدی شود. در ماشینکاری سنتی قطعات از بلوک های جامد، برش داده  شده و در نتیجه این فرآیند به تولید زباله هایی منجر می شود که همیشه قابل بازیافت نیستند. در عوض، چاپ سه بعدی فقط از مواد لازم برای تولید یک قطعه استفاده می کند و تقریباً زباله تولید شده صفر خواهد بود. با استفاده از این فناوری، تولیدکنندگان فقط باید مقدار مواد مورد نیاز خود را برای هر قطعه سفارش دهند که این امر هزینه منابع را کاهش می دهد.
 

علاوه بر ساده سازی فرایندهای تولید، چاپ سه بعدی می تواند محصول نهایی را نیز بهبود بخشد. از آنجا که چاپگر از پلیمرهای سبک و در عین حال با دوام استفاده می کند، محصولات آن اغلب سبک تر و قویتر از قطعات فلزی جایگزین هستند. این فناوری همچنین امکان ترکیب فضاهای توخالی و ساختارهای لانه زنبوری را در داخل قطعات فراهم می کند تا ثبات را همانند قطعات سنتی، با کاهش قابل توجه وزن فراهم سازد.
 
این قابلیت ها باعث محبوبیت ویژه چاپ سه بعدی در صنایع خودروسازی و هوا فضا شده است. قطعات سبک تولید شده با چاپ سه بعدی می توانند از وزن اتومبیل های مسابقه و موتورسیکلت های مسابقه ای برای افزایش سرعت آنها بکاهند. قطعات چاپ شده سه بعدی وقتی در وسایل نقلیه طراحی شده برای مصرف کنندگان استفاده می شود، باعث بهبود بهره وری سوخت و کاهش انتشار CO2 می شود. همین امر در مورد هواپیماهای دارای اجزای چاپ سه بعدی نیز صادق است. شرکت های هواپیمایی با کاهش وزن هواپیماهای خود، می توانند در هزینه های سوخت صرفه جویی کرده، میزان انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش داده و درآمد بالاتری کسب کنند.
 
در بسیاری از موارد، می توان از قطعات پلاستیکی چاپ سه بعدی برای جایگزینی قطعات فلزی استفاده کرد. با این حال، در کاربردهایی که قطعات فلزی لازم است، چاپ سه بعدی هنوز می تواند مزایای کاهش وزن را به همراه داشته باشد. پرینتر سه بعدی قادر است اجزای فلزی با ساختارهای پیچیده مانند لانه زنبوری و با برش و فضاهای توخالی تولید نموده که دستیابی به آنها با استفاده از قالب های سنتی بسیار دشوار است.
 

در مقایسه با تکنیک های ساخت سنتی مانند ماشینکاری، قالب ریزی و ریخته گری، چاپ سه بعدی انعطاف پذیری بیشتری در طراحی ایجاد می کند. با استفاده از روش های معمول، تولید کنندگان ممکن است در برش دهانه های کوچک یا ریخته گری قطعات ظریف با چالش هایی روبرو شوند. بعضی از هندسه ها را نمی توان با قالب های سنتی تولید کرد و این امر به مونتاژ چندین قطعه با هم نیاز دارد.
 

اگرچه چاپ سه بعدی مزایای بسیاری را برای تولیدکنندگان به همراه دارد ، اما ممکن است برای همه موارد مناسب نباشد. مواد موجود برای چاپ سه بعدی هنوز تا حدودی محدود است و چاپ سه بعدی برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب نیست. همچنین محدودیت های دیگری مانند اندازه محصول، الزامات پس از پردازش و نگرانی های مربوط به ایمنی مصرف کننده در مورد چاپگرهای سه بعدی وجود دارد. قبل از اینکه چاپ سه بعدی را در فرآیند تولید خود بگنجانید، بهتر است این محدودیت ها را در نظر بگیرید.
 

اگرچه چاپ سه بعدی از ابتدای راه خود تا کنون، مسیری طولانی را طی کرده است، اما هنوز در مواد مصرفی دچار محدودیت است. از بسیاری از چاپگرهای سه بعدی برای تولید محصولات پلاستیکی فقط می توانند از پلیمرهایی مانند اسید پلی لاکتیک (PLA)، اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) یا پلی پروپیلن (PP) استفاده کنند. بسته به نوع چاپگر سه بعدی، این پلیمرها را می توان به صورت رشته، پودر پلیمر یا رزین مایع در چاپگر وارد کرد. پلاستیک همچنان پرمصرف ترین ماده برای چاپ سه بعدی است و به طور معمول مقرون به صرفه ترین ماده نیز هست.
 
در برخی از چاپگرهای سه بعدی تخصصی می توان از فلزات خاصی از جمله تیتانیوم، فولاد ماریجینگ[2] و فولاد ضد زنگ استفاده کرد. این امر از طریق فرآیند پخت با استفاده از پودرهای فلزی یا رشته های ذوب شده امکان پذیر است. در حالی که توانایی چاپ سه بعدی با فلزات روش های کاربردهای جدیدی را در ساخت، پیش روی ما باز کرده است، این چاپگرها هنوز هم نسبتاً گران هستند و می توانند سرمایه گذاری قابل توجهی برای تولیدکنندگان به همراه داشته باشند. برخی از فلزات نیز برای چاپ سه بعدی بهتر از دیگر فلزات هستند که این امر کاربردهای تولیدی آن ها را محدود می کند.
 
برخی از سرامیک ها، بتن، کاغذ و برخی مواد خوراکی نیز می توانند در چاپگرهای سه بعدی خاص مورد استفاده قرار گیرند، اما استفاده از این مواد کمتر رایج است. به عنوان مثال از چاپ سه بعدی بتونی برای ساخت خانه ها استفاده شده است. همچنین می توان از چاپگرهای سه بعدی تخصصی برای تولید محصولات خوراکی مانند شکلات، قند، پوره یا خمیرهای غذایی استفاده کرد. با این حال، غذای چاپی سه بعدی در درجه اول در رستوران های خاص یافت می شود و در مقیاس وسیعی تولید نمی شود.
  

همچنین این فناوری در اندازه محصولاتی که می تواند تولید کند با محدودیت هایی روبرو است. اکثر چاپگرهای سه بعدی دارای محفظه ساخت نسبتاً کوچکی هستند - حتی آنهایی که برای کاربردهای صنعتی طراحی شده اند. در حالی که این چاپگرها قادر به تولید طیف گسترده ای از قطعات، ابزارها و اجزای مفید هستند، اما برای تولید قطعات بزرگ، گاهی اوقات لازم است محصول نهایی در چند مرحله تولید شود و همین محدودیت زمان تولید را افزایش می دهد.
 
البته برخی شرکت ها اقدام به تولید چاپگرهای سه بعدی در ابعاد بزرگ کرده اند، اما هزینه ساخت و نگهداری چنین چاپگرهایی بسیار زیاد بوده و امکان تهیه آن برای همه شرکت ها و کارخانجات وجود ندارد.
 

اگرچه چاپگرهای سه بعدی سریعتر از تولید سنتی می توانند قطعات را تولید کنند اما چاپ سه بعدی برای تولید انبوه مناسب نیست. به طور کلی، اگر تولید کننده ای نیاز به تولید بیش از چند صد واحد از یک قطعه داشته باشد، با وجود هزینه های بالاتر، هزینه قالب گیری و تزریق با روش سنتی مقرون به صرفه تر خواهد بود. در حالی که چاپگرهای سه بعدی مزایایی زیادی را برای اجزای سفارشی و تخصصی فراهم می کنند، روشهای سنتی هنوز برای نیازهای تولیدی در مقیاس بزرگ کارآمدتر هستند.
 

مواردی که در بالا اشاره شد تنها برخی از معایب و محدودیت های استفاده از چاپگرهای سه بعدی بود. از دیگر معایب استفاده از این تکنولوژی می توان به پردازش محصول نهایی پس از چاپ سه بعدی، مضر بودن برخی مواد مصرفی برای انسان و امکان تقلب محصولات دیگر شرکت ها، اشاره نمود.
 
پی نوشت: