تعدیل چاپگر سه بعدی برای چاپ غذا یا سرامیک و محدودیت‌های چاپ

تصویر: تصور کنید که چه کارهایی می تواند بر روی کیک های تان انجام دهد. asharkyu/Shutterstock
 
در حالی که بیماری همه گیر ما را از انجام بسیاری از فعالیت ها که دوست داریم محروم کرده است، سرگرمی های خانگی مانندDIY ، پخت و پز و صنایع دستی محبوبیت بیشتری پیدا کرده است. (DIY مخفف Do it yourself است. DIY یا "خودتان انجام دهید" روش ساخت، اصلاح یا تعمیر کارها توسط خود شخص بدون کمک مستقیم متخصصان یا حرفه ای ها است.) اکنون راهی برای ترکیب همه این مهارت ها برای ایجاد چیزی کاملاً جدید وجود دارد. اما آن
چه شما نیاز دارید یک چاپگر سه بعدی است.
 چاپگرهای سه بعدی هرگز ضروری نخواهند بود - حتی چاپگرهای دو بعدی در خانه کمتر رایج شده اند - اما برنامه های کاربردی منحصر به فرد و مفیدی را به روی شما باز می کنند. چاپگرهای سه بعدی هر چیزی که از پلاستیک ساخته شده است را به سرعت و به هر شکلی که دوست دارید چاپ می کنند. اما کارهای زیادی وجود دارد که آنها نمی توانند انجام دهند. شما نمی توانید ماکارونی را به شکل شخصیت های کارتونی مورد علاقه فرزندان خود چاپ کنید یا یک پیتزا شبیه لوگوی تیم فوتبال خود درست کنید - تا به حال که این طور است. مقاله تحقیقاتی جدید ما که در Data in Brief منتشر شده است، راهی ساده را برای مهندسی مجدد چاپگر سه بعدی برای ایجاد اقلام ساخته شده از غذا یا خاک (سفال) نشان می دهد.
 
در چند سال گذشته، چاپ سه بعدی از داستان های علمی تخیلی، آزمایشگاه های تحقیقاتی و شرکت های فناوری بیرون آمده و در دسترس علاقمندان مشتاق قرار گرفته است. دلیل این امر این است که چاپگرها ارزان تر شده و استفاده از آنها آسان تر می شود. چندین مارک رقیب، کیت مونتاژ چاپگرهای سه بعدی را با قیمت کمتر از 300 پوند و مواد اولیه آن، رشته های پلاستیکی، را با قیمتی کمتر از 20 پوند در کیلوگرم به فروش می رسانند.
 
در حالی که چاپگرهای سه بعدی ممکن است شبیه ماشین های پیچیده و آینده گرا باشند، درک نحوه عملکرد آنها بسیار آسان است. نرم افزار کنترل چاپگر سه بعدی یک تصویر سه بعدی می گیرد و آن را به بسیاری از تصاویر دو بعدی (تخت) برش می دهد. چاپگر، همان طور که توسط نرم افزار دستور داده شده است، سپس این تصاویر مسطح را با استفاده از پلاستیک مذاب به عنوان جوهر "روی یک دیگر" می کشد. این توده از برش های نازک به یک جسم جامد تبدیل می شود.
 چاپ سه بعدی تمام سطوح مهارت طراحی را پوشش می دهد. برای تحقق این امر، یک موتور الکتریکی در چاپگر رشته پلاستیکی را به داخل یک نازل که بیش از 200 درجه سانتیگراد گرم می شود، هل می دهد - رشته را ذوب کرده و از نازل بیرون می آورد. این سر چاپ، متشکل از نازل و موتور، می تواند در هر سه جهت (طول ، عرض و ارتفاع) حرکت کند، زیرا بر روی مجموعه جداگانه ای از موتورها، کشش ها، تسمه ها و پیچ ها برای هر یک از این جهات نصب شده است. یک چاپگر سه بعدی چیزی نیست جز سر چاپ، تنظیم حرکت و یک برد مدار که این دو را کنترل می کند و با کامپیوتر صحبت می کند.
 

نحوه چاپ غذا

تصور کنید که به دوستان خود کیک یا لیوان قهوه سفارشی چاپ شده از خاک رس هدیه دهید. برای این موارد، شما به یک چاپگر سه بعدی نیاز دارید که از خمیر، ژل یا مواد نوع دوغاب به عنوان ماده اولیه به جای رشته پلاستیکی استفاده می کند. ژل ها یا خمیرها می توانند گِل یا چیزهای خوراکی باشند که می خواهید از آنها شکل بگیرید، به عنوان مثال، ژله، خمیر، پنیر نرم و مربا.
 
چنین چاپگری می تواند دارای یک "کارتریج" خالی برای پر کردن ماده اولیه شما و یک سر چاپ باشد که می تواند از این کارتریج "چاپ" کند. چنین چاپگرهایی سال هاست که در دسترس هستند. با این حال، اینها به طور کلی گران تر از 1000 پوند هستند. اما چه کسی به آنها نیاز دارد وقتی می توانید یکی را در خانه درست کنید و از انجام این کار لذت ببرید؟
 بخشی از هیاهو ناشی از توانایی این فناوری ها در تولید قطعات بدون هر گونه ابزار است.تحقیقات جدید ما دقیقاً نشان می دهد که چگونه می توانید یک چاپگر سه بعدی پلاستیکی ارزان قیمت را برای چاپ ژل و خمیر اصلاح کنید. نکته اصلی جایگزینی سر چاپ که پلاستیک را ذوب می کند است با یک "پمپ سرنگ"، که یک سرنگ تزریق پلاستیک معمولی است و در صورت نیاز مواد تغذیه را فشرده می کند. سرنگ پلاستیکی، خود به عنوان کارتریج چاپگر کار می کند. پمپ سرنگ فقط یک قاب پلاستیکی است که سرنگ را نگه می دارد. می توان از موتور برای چرخاندن یک پیچ که مهره را به پایین فشار می دهد استفاده کرد که با این کار به پیستون سرنگِ همراه با آن فشار آورده می شود و مواد از سوزن سرنگ خارج می شوند.
 
اما چگونه پمپ سرنگ را می سازید؟ این جاست که موضوع جالب می شود. می توانید قبل از تغییر چاپگر، پمپ سرنگ را به صورت پلاستیکی به صورت سه بعدی چاپ کنید. مقاله علمی ما، که خواندن آن رایگان است، شامل تمام تصاویر سه بعدی ای است که برای چاپ تمام قسمت ها و مراحل دقیق مونتاژ آنها نیاز دارید.
 
چاپگر قبل و بعد از اصلاح را در تصویر زیر مشاهده می کنید:
   
تصویر: چاپگر سه بعدی قبل از تغییر (چپ) و پس از تعویض سر چاپ پلاستیکی (در دایره قرمز) با یک پمپ سرنگ (راست). در تصویر سمت راست، (A) پمپ سرنگ، (B) سرنگ، (C) سوزن و (D) سکوی چاپ را نشان می دهد. نویسنده ارائه داده است.
 بعید است که این که بتوانیم یک چاپگر سه بعدی داشته باشیم، ناگهان ما را به کشوری از طراحان تبدیل کند.سرنگ را می توانید تقریباً با هر چیز نیمه جامدی پر کنید و همان طور که با چاپگر پلاستیکی چاپ می کنید، آن چیز را به صورت سه بعدی چاپ کنید. به عنوان مثال، ما دو نوع مختلف از آدامس های درجه غذایی را که در تصویر زیر نشان داده شده است، به صورت سه بعدی چاپ کردیم:
   
تصویر: صمغ زانتان چاپ سه بعدی با رنگ خوراکی (سمت چپ) و صمغ ژلان شفاف (راست). شکل پلاستیکی خاکستری با استفاده از همان تصویر برای مقایسه به صورت سه بعدی چاپ شده است. نویسنده ارائه داده است.
 
هنگامی که چاپگر خود را اصلاح می کنید، اگر بخواهید دو باره از پلاستیک چاپ کنید، می توانید به راحتی به سر چاپ قبلی برگردید.
شما در وهله اول به مهارت برای مدل سازی قطعات خود نیاز دارید.

محدودیت های چاپ

 
تصویر: آیا امشب چیزی برای پوشیدن ندارید؟ متأسفیم، اما چاپ سه بعدی نمی تواند در این زمینه کمکی کند. خرگوش باران، CC BY-NC
 یک چاپگر سه بعدی چیزی نیست جز سر چاپ، تنظیم حرکت و یک برد مدار که این دو را کنترل می کند و با کامپیوتر صحبت می کند.چاپ سه بعدی باید مدعی یکی از تکنولوژی هایی باشد که بیش ترین صحبت در باره آنها شده است. دیگر آن روزها گذشته است که من در باره تحقیقاتم در این زمینه صحبت می کردم و فقط با چشم های براق یا بی علاقه رو به رو می شدم. اکنون فقط باید کلمات "چاپ سه بعدی" را بگویم، چه در محل کار یا در تراموای راهیِ خانه، و بلافاصله با علاقه واقعی پاداش بگیرم.
 
گاهی اوقات، چاپ سه بعدی یک کاربرد پزشکی تغییر دهنده زندگی است، یا یک داستان عجیب و غریب برای کشیدن تارهای قلب تان است. گاهی اوقات کاملاً بحث بر انگیز است - مانند زمانی که شخصی چاپ اسلحه خانگی را بر عهده می گیرد. هر زمان که اتفاق جدیدی در این زمینه رخ می دهد، همه ما درباره آن می شنویم. آن هم زیاد.
 استفاده از چاپگرهای سه بعدی در صنعت قطعاً رو به رشد خواهد بود و تأثیر عمده ای (اگر غالباً بی توجه) بر انتخاب مصرف کنندگان ما خواهد داشت، اما کسانی از ما که برای امرار معاش خود کار نمی کنیم ناگهان با آن به صنعتگران دیجیتال تبدیل نخواهیم شد.شکی نیست که این فناوری ها هیجان انگیز هستند، اما هیاهو ما را به این فکر می اندازد که نکند خانه های آینده ما همه دارای ماشین هایی باشند که احتمالاً  شبیه به Replicator در Star Trek هستند، احتمالاً در کنار یک خانه دار روباتیک هاوربرد.
 
استفاده از چاپگرهای سه بعدی در صنعت قطعاً رو به رشد خواهد بود و تأثیر عمده ای (اگر غالباً بی توجه) بر انتخاب مصرف کنندگان ما خواهد داشت، اما کسانی از ما که برای امرار معاش خود کار نمی کنیم ناگهان با آن به صنعتگران دیجیتال تبدیل نخواهیم شد.
 
ما در حال حاضر می توانیم آنلاین شویم و از طیف وسیعی از چاپگرهای سه بعدی مقرون به صرفه و آسان برای استفاده انتخاب کنیم یا حتی وارد مغازه های خیابانی شویم و یکی را برداریم تا آن جا و آن زمان به خانه ببریم. آیا این بدان معناست که همه ما برای خرید یکی از آنها هجوم خواهیم برد؟ خیر. این سیستم های شخصی مطمئناً به پیشرفت خود ادامه خواهند داد، اما هرگز تا حدی توسعه نخواهند یافت که بتوانند هر چیزی که مورد نیاز ماست را با قیمت مناسب برای ما تولید کنند.
 
با توجه به شرایط فعلی، کیفیت و انتخاب موادی که به پرینترهای سه بعدی خورانده می شوند فقط مطرح نیست و شما در وهله اول به مهارت برای مدل سازی قطعات خود نیاز دارید. حتی اگر هزینه بار گیری فایل برای یک محصول خاص و تولید آن در خانه مقرون به صرفه باشد، این سؤال وجود دارد که آیا سفارش این قطعه به صورت آنلاین یا برداشتن آن از یک فروشگاه نزدیک، ساده تر نیست.
 چاپ سه بعدی باید مدعی یکی از تکنولوژی هایی باشد که بیش ترین صحبت در باره آنها شده است. در واقع شما احتمالاً قصد ندارید از چاپگر سه بعدی خانه خود برای جایگزینی قسمت شکسته روی توستر خود یا تهیه یک جفت کفش جدید استفاده کنید. به احتمال زیاد شما و خانواده تان از آن برای تولید مجموعه ای از موارد جدیدی که طراحی کرده اید یا از وب سایتی مانند Thingiverse بارگیری کرده اید، استفاده خواهید کرد. احتمالاً قبل از این که هیجان تان فرو کش کند و پرینتر سه بعدی شما با تمام وسایل دیگری که در این سال ها خریداری کرده اید به اتاق وسایل یدکی فرستاده شود، شما زیور آلات درخت کریسمس یا یک جفت گوشواره که به گونه ای مبهم شبیه حیوان خانگی تان است را با آن چاپ می کنید.
 
به بیان ساده، بسیاری از ما وقتی به موضوع می پردازیم آن قدرها هم خلاق نیستیم. ما اغلب چیزهایی را در خانه نمی سازیم و بعید است که این که بتوانیم یک چاپگر سه بعدی داشته باشیم، ناگهان ما را به کشوری از طراحان تبدیل کند.
 
این بدان معنا نیست که چاپگرهای سه بعدی چشم انداز هیجان انگیزی نیستند. بخشی از هیاهو ناشی از توانایی این فناوری ها در تولید قطعات بدون هر گونه ابزار است. این امر بسیاری از محدودیت های طراحی را که اغلب با تکنیک های تولید مرسوم تر مواجه می شوند حذف می کند و امکان تولید هندسه های بسیار پیچیده را با هزینه اندک یا بدون هزینه اضافی فراهم می کند. در غیر این صورت چگونه می توانستید یک حیوان قدم زننده با نیروی باد (wind-powered walking animal) با یک حرکت رفت را درست کنید؟
 
این امر به توانایی تولید اقلام واحد و یک بار مصرف وابسته است. معنای این امر برای ما به عنوان مصرف کنندگان، طرح های هیجان انگیزتر و گزینه ای برای اقلام شخصی با قیمت مناسب است. شاید همه ما به این زودی لباس های چاپ سه بعدی به سبک Dita von Teese نپوشیم، اما مطمئناً از آزادی ای که این فناوری به ما می دهد بیشتر استفاده می کنیم.
تحقیقات جدید ما دقیقاً نشان می دهد که چگونه می توانید یک چاپگر سه بعدی پلاستیکی ارزان قیمت را برای چاپ ژل و خمیر اصلاح کنید.  نکته خوب این است که چاپ سه بعدی تمام سطوح مهارت طراحی را پوشش می دهد. اگر به سادگی از لوازم جانبی جالب هیجان زده شده اید، می توانید آنلاین بروید و یک آباژور جدید یا روکش آیفون که با چاپ سه بعدی درست شده است خریداری کنید که کمی متفاوت از آن چه قبلاً عادت کرده اید باشد.
 
اگر چیزی منحصر به فردتر به سلیقه شما می آید، سطوح مختلف شخصی سازی را خواهید یافت - برای مثال جواهرات سفارشی با طراحی کم یا زیاد. یا می توانید نسخه های شخصی سازی شده ای از خود ایجاد کنید، مانند قرار دادن چهره خود بر روی یک شاهزاده خانم دیزنی یا یکی از چهره های استار ترک.
 
اگر به طراحی بسیار علاقه مند هستید، می توانید سفارش دهید و طرح های خود را از طریق یک ارائه دهنده آنلاین مانند Shapeways  یا Sculpteo تولید کنید. همچنین به گونه ای روز افزون می توانید این کار را از طریق خدمات در فروشگاه ها انجام دهید. بسیاری از این خدمات به شما امکان می دهند طرح های خود را به مشتریان دیگر نیز بفروشید.
 
چاپگرهای سه بعدی هرگز ضروری نخواهند بود - حتی چاپگرهای دو بعدی در خانه کمتر رایج شده اند - اما برنامه های کاربردی منحصر به فرد و مفیدی را به روی شما باز می کنند. آنها برای همه مناسب نیستند، و ممکن است به سختی برای برآوردن تقاضاهای مطرح در هیاهوهای ایجاد شده پیرامون آنها تلاش کنند، اما همچنان بر انتخاب ما به عنوان مصرف کنندگان تأثیر عمیقی خواهند گذاشت.
 هنگامی که چاپگر خود را اصلاح می کنید، اگر بخواهید دو باره از پلاستیک چاپ کنید، می توانید به راحتی به سر چاپ قبلی برگردید.
منبع: سائومیل وادوداریا، University of Birmingham، کندیس ماژوسکی، University of Sheffield