پرینت سه بعدی چیست؟

چاپ سه بعدی یا تولید افزودنی فرایندی از ساخت اجسام جامد سه بعدی از یک فایل دیجیتال است.
 
ایجاد یک شیء چاپ سه بعدی با استفاده از فرایندهای افزودنی به دست می آید. در یک فرآیند افزودنی، یک شیء با قرار دادن لایه های متوالی از مواد روی هم تا ایجاد شیء، تولید می شود. هر یک از این لایه ها را می توان به صورت یک سطح مقطع نازک از شیء مشاهده کرد.
 
چاپ سه بعدی برعکس تولیدِ کاهشی است که به عنوان مثال یک قطعه فلز یا پلاستیک را با براده برداری با دستگاه فرز برشکاری یا سوراخکاری می کند.
 
چاپ سه بعدی به شما امکان می دهد اشکال پیچیده ای را با استفاده از مواد کمتر نسبت به روش های سنتی، تولید کنید.
 

چاپ سه بعدی چگونه کار می کند؟

همه چیز با یک مدل سه بعدی شروع می شود. می توانید یکی را از ابتدا ایجاد کنید یا آن را از کتابخانه سه بعدی بارگیری کنید.
 

نرم افزار سه بعدی

بسیاری از ابزارهای نرم افزاری مختلف از درجه صنعتی گرفته تا منبع باز موجود است. ما یک نمای کلی در صفحه نرم افزار سه بعدی خود ایجاد کرده ایم.
 
ما اغلب به مبتدیان توصیه می کنیم که با Tinkercad شروع کنند. Tinkercad رایگان است و در مرورگر شما کار می کند، و لازم نیست آن را بر روی رایانه خود نصب کنید. Tinkercad دروس مبتدی را ارائه می دهد و دارای ویژگی داخلی است تا مدل شما را به عنوان یک فایل قابل چاپ به عنوان مثال .STL یا .OBJ صادر کند.
 
اکنون که یک فایل قابل چاپ دارید، مرحله بعدی آماده سازی آن برای چاپگر سه بعدی است. به این مرحله قاچ زنی یا slicing می گویند.
 

قاچ زنی: از فایل قابل چاپ تا چاپگر سه بعدی

قاچ زنی در اصل به معنای برش یک مدل سه بعدی به صدها یا هزاران لایه است و با نرم افزار برش یا قاچ زنی انجام می شود.
 
هنگامی که فایل شما برش داده می شود، برای چاپگر سه بعدی شما آماده است. تغذیه فایل به چاپگر را می توان از طریق USB ، SD  یا Wi-Fi انجام داد. فایل برش خورده شما اکنون آماده چاپ لایه به لایه سه بعدی است.
 

صنعت چاپ سه بعدی

استفاده از چاپ سه بعدی به حجم بحرانی رسیده است زیرا کسانی که هنوز تولید مواد افزودنی را در زنجیره تأمین خود ادغام نکرده اند، اکنون بخشی از یک اقلیت در حال کوچک شدن هستند. جایی که چاپ سه بعدی فقط در مراحل اولیه برای نمونه سازی و تولید یکبار مناسب بود، اکنون به سرعت در حال تبدیل شدن به فناوری تولید است.
 
بیشتر تقاضای فعلی برای چاپ سه بعدی صنعتی است. تحقیقات و مشاوره Acumen پیش بینی می کند بازار جهانی چاپ سه بعدی تا سال 2026 به 41 میلیارد دلار برسد.
 
با تکامل، فناوری چاپ سه بعدی تقریباً در همه صنایع اصلی دگرگون شده و شیوه زندگی، کار و بازی ما را در آینده تغییر می دهد.
 

نمونه هایی از چاپ سه بعدی

چاپ سه بعدی انواع مختلفی از فناوری ها و مواد را در بر می گیرد زیرا چاپ سه بعدی تقریباً در تمام صنایعِ مورد استفاده شما قابل استفاده است. مهم است که آن را به عنوان خوشه ای از صنایع مختلف با بی شمار کاربردهای مختلف مشاهده کنیم.
 
چند نمونه:
 
* محصولات مصرفی (عینک، کفش، طراحی، مبلمان)

* محصولات صنعتی (ابزارهای تولید، نمونه اولیه، قطعات کاربردی نهایی)

* محصولات دندانپزشکی

* مبحث اعضای مصنوعی

* مدل های مقیاس معماری و ماکت

* بازسازی فسیل ها

* تکرار آثار باستانی

* بازسازی شواهد در آسیب شناسی پزشکی قانونی

* لوازم فیلم
 

نمونه سازی سریع و تولید سریع

از اواخر دهه هفتاد، شرکت ها در فرآیند طراحی خود از چاپگرهای سه بعدی برای ایجاد نمونه های اولیه استفاده کردند. استفاده از چاپگرهای سه بعدی برای این اهداف، نمونه سازی سریع نامیده می شود.
 

چرا از پرینترهای سه بعدی برای نمونه سازی سریع استفاده کنیم؟

به طور خلاصه به خاطر این که سریع و نسبتاً ارزان است. از ایده، تا مدل سه بعدی و تا نگه داشتن نمونه اولیه در دستانتان، به جای هفته ها، چند روز طول می کشد. تکرارها آسان تر و ارزان تر هستند و نیازی به قالب سازی و ابزارهای گران قیمت ندارید.
 
علاوه بر نمونه سازی سریع، از چاپ سه بعدی همچنین برای تولید سریع استفاده می شود. تولید سریع روش جدیدی از تولید است که در آن مشاغل از چاپگرهای سه بعدی برای تولید کوتاه مدت / دسته ای کوچک استفاده می کنند.
 

خودرو

مدتهاست که تولیدکنندگان خودرو از چاپ سه بعدی استفاده می کنند. شرکت های خودروسازی در حال چاپ قطعات یدکی، ابزار، جیگ و وسایل و قطعات استفاده نهایی هستند. چاپ سه بعدی تولیدِ بر حسب تقاضا را فعال کرده است که منجر به کاهش سطح موجودی مانده در انبار شده و چرخه های طراحی و تولید را کوتاه کرده است.
 
علاقه مندان به خودرو در سراسر جهان از قطعات چاپ سه بعدی برای ترمیم خودروهای قدیمی استفاده می کنند. یکی از این مثال ها زمانی است که مهندسان استرالیایی قطعاتی را چاپ کردند تا Delage Type-C را زنده کند. با انجام این کار، آنها مجبور شدند قطعاتی را که برای دهه ها از تولید خارج شده بودند، چاپ کنند.
   
تصویر: چگونه چاپ سه بعدی، تولید خودرو را تغییر می دهد
 

هواپیمایی

صنعت هوانوردی از چاپ سه بعدی به روش های مختلف استفاده می کند. مثال زیر یک نقطه عطف مهم در زمینه چاپ سه بعدی است: GE Aviation سی هزار نازل سوخت کبالت کروم را برای موتورهای هواپیمای LEAP خود به صورت سه بعدی چاپ کرده است. آنها در اکتبر 2018 به این نقطه عطف دست یافتند و با توجه به این که 600 تا در هفته در چهل پرینتر سه بعدی تولید می کنند، احتمالاً اکنون بسیار بیشتر از آن است.
 
حدود بیست قطعه جداگانه که قبلاً باید با هم جوش داده می شدند در یک قطعه چاپ سه بعدی با وزن 25 درصد کمتر و پنج برابر قوی تر یکپارچه می شدند. موتور LEAP به دلیل کارآیی بالا پرفروش ترین موتور در صنعت هوافضا است و GE با چاپ سه بعدی نازل های سوخت 3 میلیون دلار در هر هواپیما صرفه جویی می کند، بنابراین تنها این قطعه چاپ سه بعدی صدها میلیون دلار سود مالی به همراه دارد.
 
نازل های سوخت GE همچنین به بوئینگ 787 Dreamliner راه یافت، اما این تنها قطعه چاپ شده سه بعدی در 787 نیست. اتصالات ساختاری 33 سانتی متری که آشپزخانه عقب هواپیما را به قسمت بدنه هواپیما نگه می دارد، توسط یک شرکت به نام  نورسک تیتانیوم چاپ سه بعدی می شود. نورسک تخصص تیتانیوم را برای خود انتخاب کرد زیرا این فلز دارای نسبت استحکام به وزن بسیار بالایی است و نسبتاً گران است، به این معنی که کاهش ضایعات ناشی از چاپ سه بعدی نسبت به فلزات ارزان تر که هزینه ضایعات مواد در آنها وجود دارد و این هزینه راحت تر جذب می شود، تأثیر مالی قابل توجهی دارد. به جای پخت پودر فلز با لیزر مانند اکثر پرینترهای سه بعدی فلزی، Norsk Merke 4 از قوس پلاسما برای ذوب سیم فلزی در فرایندی به نام رسوب سریع پلاسما (نوعی رسوب مستقیم انرژی) استفاده می کند که می تواند تا 10 کیلوگرم تیتانیوم در ساعت بنشاند. یک قطعه تیتانیومی 2 کیلوگرمی به طور کلی به روش سنتی به یک بلوک 30 کیلویی تیتانیوم نیاز دارد تا 28 کیلوگرم ضایعات تولید کند، اما چاپ سه بعدی همان قطعه تنها به 6 کیلوگرم سیم تیتانیوم نیاز دارد.
 

ساخت و ساز

آیا امکان چاپ ساختمان وجود دارد؟ - بله همین طور است. خانه های چاپ سه بعدی در حال حاضر در دسترس تجاری هستند. برخی از شرکت ها قطعات پیش ساخته را چاپ می کنند و برخی دیگر این کار را در محل انجام می دهند.
   
تصویر: ساخت و ساز با چاپ سه بعدی
 
بیشتر گزارش های چاپ بتن که مشاهده می کنیم بر روی سیستم های چاپ بتن در مقیاس بزرگ با نازل های نسبتاً بزرگ با سرعت جریان زیاد متمرکز شده است. این سیستم ها برای نشانندن لایه های بتنی به شیوه ای نسبتاً سریع و قابل تکرار بسیار مناسب است. اما برای کارهای بتنی واقعاً پیچیده که از قابلیت های چاپ سه بعدی به طور کامل استفاده می کند، به چیزی کمی چابک تر و با یک لمس ظریف تر نیاز دارد.
 

محصولات مصرفی

تا چند سال پیش، چاپ سه بعدی آماده استفاده به عنوان یک روش تولید برای حجم انبوه نبود. امروزه نمونه های بیشماری از محصولات مصرفی چاپ سه بعدی با استفاده نهایی وجود دارد.
 

کفش

محدوده 4 بعدی آدیداس دارای کفی میانی است که کاملاً چاپ سه بعدی است و در حجم های زیادی در حال چاپ است. ما در آن زمان مقاله ای تهیه کردیم و توضیح دادیم که چگونه آدیداس در ابتدا فقط 5 هزار جفت کفش را به عموم عرضه می کرد و قصد داشت 100000 جفت طرح AM-infused را تا سال 2018 بفروشد.
 
با آخرین تکرارهای کفش، به نظر می رسد که آنها از این هدف فراتر رفته اند، یا در راه عبور از آن هستند. این کفش ها در سراسر جهان در فروشگاه های محلی آدیداس و همچنین در فروشگاه های مختلف آنلاین شخص ثالث موجود هستند.
   
تصویر: کفش کتانی چاپ سه بعدی در سال 2021
 

عینک

پیش بینی می شود که بازار عینک های چاپ سه بعدی شده تا سال 2028 به 3.4 میلیارد دلار برسد. بخشی که به سرعت در حال افزایش است، قاب های استفاده نهایی است. چاپ سه بعدی یک روش تولید مناسب برای قاب عینک است زیرا اندازه گیری های فردی در محصول نهایی آسان است.
 
اما آیا می دانید امکان چاپ لنزهای سه بعدی نیز وجود دارد؟ ساخت لنزهای شیشه ای سنتی از قطعات باریک و سبک شروع نمی شود. آنها از یک بلوک بسیار بزرگ تر از مواد به نام بلانک بریده می شوند که حدود 80 درصد آن به هدر می رود. وقتی در نظر بگیریم که چه تعداد از افراد از عینک استفاده می کنند و هر چند وقت یکبار به یک جفت جدید نیاز دارند ، 80 درصد از این اعداد، تلفات زیادی است. علاوه بر این، آزمایشگاه ها باید برای برآوردن نیازهای دید سفارشی مشتریان، موجودی عظیمی از موارد بلانک از انواع مختلف را ذخیره کنند. در نهایت، با این حال، فناوری چاپ سه بعدی به اندازه ای پیشرفت کرده است که از لنزهای چشمی با کیفیت بالا و سفارشی استفاده می کند و هزینه های موجود و ضایعات گذشته را حذف می کند. چاپگر سه بعدی Luxexcel VisionEngine از یک مونومر اکریلات قابل عمل با اشعه ماوراء بنفش برای چاپ دو جفت لنز در ساعت استفاده می کند که نیازی به پرداخت و پردازش پس از ساخت هر نوع ندارد. مناطق کانونی نیز می توانند کاملاً سفارشی شوند به طوری که یک ناحیه خاص از لنز می تواند وضوح بیشتری را در فاصله دور ایجاد کند در حالی که یک ناحیه متفاوت از لنز دید بهتر را از نزدیک فراهم می کند.

جواهر سازی

دو روش برای تولید جواهرات با چاپگر سه بعدی وجود دارد. شما می توانید از یک فرآیند تولید مستقیم یا غیر مستقیم استفاده کنید. مستقیم به ایجاد یک شیء مستقیم از طرح سه بعدی اشاره می کند در حالی که ساخت غیر مستقیم به این معنی است که شیء (الگوی) چاپ سه بعدی در نهایت برای ایجاد قالب برای ریخته گری نیازمند سرمایه گذاری استفاده می شود.
ایجاد یک شیء چاپ سه بعدی با استفاده از فرایندهای افزودنی به دست می آید. در یک فرآیند افزودنی، یک شیء با قرار دادن لایه های متوالی از مواد روی هم تا ایجاد شیء، تولید می شود. هر یک از این لایه ها را می توان به صورت یک سطح مقطع نازک از شیء مشاهده کرد.

مراقبت های بهداشتی

این روزها مشاهده عناوینی در مورد ایمپلنت های چاپ سه بعدی غیر معمول نیست. غالباً، این موارد تجربی هستند، به طوری که به نظر می رسد چاپ سه بعدی هنوز یک فناوری حاشیه ای در بخش های پزشکی و مراقبت های بهداشتی است، اما دیگر این طور نیست. در دهه گذشته، بیش از 100،000 جایگزین مفصل ران توسط GE Additive چاپ سه بعدی شده است.
 
جام دلتا-تی تی (Delta-TT) طراحی شده توسط دکتر گیدو گراپیولو و LimaCorporate از ترابکولار تیتانیوم ساخته شده است، که با ساختار سلولی منظم، سه بعدی و شش ضلعی مشخص می شود که از مورفولوژی استخوان ترابکولار تقلید می کند. ساختار ترابکولار با تشویق رشد استخوان در ایمپلنت، سازگاری زیستی تیتانیوم را افزایش می دهد. برخی از اولین ایمپلنت های Delta-TT پس از گذشت یک دهه هنوز قوی هستند.
 
یکی دیگر از اجزای مراقبت های بهداشتی چاپ سه بعدی که به خوبی غیرقابل تشخیص است، سمعک است. تقریباً هر سمعک در 17 سال گذشته به لطف همکاری متریالیز و فوناک به صورت سه بعدی چاپ شده است. Phonak مدل سازی سریع پوسته (RSM) (Rapid Shell Modeling) را در سال 2001 توسعه داد. قبل ازRSM ، ساختن یک سمعک نیاز به 9 مرحله سخت شامل مجسمه سازی دست و ساخت قالب داشت و نتایج اغلب نامناسب بود. با استفاده از RSM ، یک تکنسین از سیلیکون برای برداشتن مجرای گوش استفاده می کند، این تصور به صورت سه بعدی اسکن می شود و پس از اندکی تغییر جزئی، مدل با چاپگر سه بعدی رزینی با چاپ سه بعدی چاپ می شود. وسایل الکترونیکی اضافه شده و سپس برای کاربر ارسال می شود. با استفاده از این فرایند، سالانه صدها هزار سمعک چاپ سه بعدی می شود.
 

دندان سازی

در صنعت دندانپزشکی، قالب هایی برای ترازهای واضح می بینیم که احتمالاً پرینتی ترین اجسام چاپ شده در جهان هستند. در حال حاضر، قالب ها به صورت سه بعدی با هر دو روش چاپ سه بعدی مبتنی بر رزین و پودر، اما همچنین از طریق پرتاب مواد چاپ می شوند. تاج و دندان مصنوعی در حال حاضر مستقیماً به همراه راهنماهای جراحی به صورت سه بعدی چاپ می شوند.
 
چاپ زیستی
از ابتدای دو هزار چاپ سه بعدی، این فناوری توسط شرکت های بیوتکنولوژی و دانشگاه ها برای استفاده احتمالی در برنامه های مهندسی بافت که در آن اندام ها و قسمت های بدن با استفاده از تکنیک های جوهر افشان ساخته می شوند، مورد مطالعه قرار گرفته است. لایه های سلول های زنده بر روی یک محیط ژلی رسوب کرده و به آرامی برای ایجاد ساختارهای سه بعدی ساخته می شوند. ما به این حوزه تحقیق با اصطلاح چاپ زیستی اشاره می کنیم.
   
تصویر: ریه های چاپ سه بعدی. همکاری صنعت ، مسیر ریه های چاپ سه بعدی را برجسته می کند.
 

غذا

تولید افزودنی مدت ها پیش به صنایع غذایی حمله کرده بود. رستوران هایی مانند Food Ink و Melisse از این نقطه ی فروش منحصر به فرد، برای جذب مشتری از سراسر جهان استفاده می کنند.
 

تحصیلات

مربیان و دانش آموزان مدتهاست از پرینترهای سه بعدی در کلاس درس استفاده می کنند. چاپ سه بعدی دانش آموزان را قادر می سازد تا ایده های خود را با روشی سریع و مقرون به صرفه عملی کنند.
 
در حالی که مدارک مربوط به تولید افزودنی کاملاً جدید است، دانشگاه ها مدت هاست که از چاپگرهای سه بعدی در سایر رشته ها استفاده می کنند. دوره های آموزشی زیادی وجود دارد که می توانید برای چاپ سه بعدی در نظر بگیرید. دانشگاه ها دوره هایی را در مورد مواردی که در کنار چاپ سه بعدی هستند مانند CAD و طراحی سه بعدی ارائه می دهند که می توانند در مرحله خاصی برای چاپ سه بعدی به کار گرفته شوند.
 
از نظر نمونه سازی، بسیاری از برنامه های دانشگاهی به چاپگرها روی آورده اند. تخصص هایی در زمینه تولید افزودنی وجود دارد که می توان از طریق درجه معماری یا طراحی صنعتی به آنها دست یافت. نمونه های اولیه چاپ شده در هنر، انیمیشن و مطالعات مد نیز بسیار رایج هستند.
 
منبع:
dprinting3