پرینتر سه بعدی

دستگاه پرینتر سه بعدی در واقع دستگاهی شبیه به دستگاه های سی ان سی است که می تواند یک فایل سه بعدی طراحی شده با استفاده از نرم افزارهای سه بعدی و یا اسکنر سه بعدی را به یک شیء فیزیکی قابل لمس تبدیل کند. نحوه کار پرینترهای سه بعدی بدین صورت است که فایل سه بعدی بعد از اسلایس شدن و اعمال تنظیمات نحوه پرینت و انتقال آن به دستگاه  و بارگذاری مواد مصرفی و یا همان فیلامنت، دستگاه شروع به کار نموده و مدل فیزیکی را بصورت لایه به لایه پرینت نموده و می سازد.یکی از کاربردهای پرینترهای سه بعدی، مدلسازی های اولیه و در پاره ای از موارد ساخت محصول نهایی است. بطور کلی می توان گفت که مهمترین کاربرد این دستگاه، نمونه سازی اولیه محصول جهت کنترل و ایراد یابی محصول طراحی شده و رفع ایرادهای احتمالی و در نهایت تولید انبوه محصول توسط روشهای تولید دیگر مانند ریخته گری و یا تزریق پلاستیک است.

از این فناوری در ساخت قطعات و تجهیزات پزشکی، ماکت سازی در صنایع شهرسازی، ساخت قطعات صنعتی، ساختن قطعات در صنایع الکتریکی، ساخت قطعات اسباب بازی، ماکت سازی در رشته معماری، ساخت قطعات در صنایع اتومبیل سازی و مکانیک، اسکن و پرینت سه بعدی برای موزه های دیرینه شناسی و باستان شناسی و ماکت سازی در دنیای هنر و سینما و در بسیاری از موارد دیگر استفاده می شود.

پرینتر های سه بعدی مختلفی وجود دارد که برای ساخت سازه ها و اشیاء سه بعدی از آن ها استفاده می شود. در زیر لیستی از رایج ترین فن آوری های مورد استفاده به عنوان پرینتر سه بعدی امروزی که شامل هفت نوع مختلف می شود آورده شده است:

• مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM)
• استریولیتوگرافی (SLA)
• پردازش نور دیجیتال (DLP)
• لیزر انتخابی (SLS)
• ذوب لیزر انتخابی (SLM)
• ساخت اشیاء چند لایه (LOM)
• ذوب پرتو دیجیتال (EBM)

مختصر شده عبارت Fused Deposition Modeling یا نمونه سازی لایه گذاری ذوب شونده است. برخی رفرنسها از آن با عنوان FFF به معنی Fused Filament Fabrication که همان مفهوم ذوب رشته های فیلامنت (ماده مصرفی پرینتر) برای ساخت سه بعدی شی است.روش FDM یکی از فناوریهای چاپ سه بعدی یا additive manufacturing (ساخت لایه افزایشی) است. جنس فیلامنت نیز از انواع ترموپلاستیک که مانند رشته های نخ به دور یک قرقره (رول) پیچیده میشوند. هر رول فیلامنت معمولا یک کیلوگرم وزن دارد و قطر رشته فیلامنت نیز ۱٫۷۵ یا ۳ میلیمتر و به ندرت ۲ میلیمتر میباشد.

استریولیتوگرافی یکی از بهترین راه های تولید نمونه های اولیه بسیار دقیق و با دوام است. چاپگرهای 3 بعدی که با این روش نمونه سازی سریع را انجام می دهند قادر هستند قطعات پیچیده را به راحتی و با دقت بسیار بالا بسازند. در بسیاری از صنایع مانند پزشکی، از پرینت سه بعدی به روش اس ال ای برای تولید نمونه های اولیه و در مواردی نمونه های نهایی خود استفاده می کنند. امروزه خودرو سازان برای تولید بسیاری از قطعات به عنوان مثال دستگیره های ماشین از SLA استفاده کرده که این نمونه ها می توانند برای سنجش عملکرد و ظاهر نمونه های واقعی به کار برده شوند و حتی در مواردی به عنوان الگویی جامع برای سنجش خودروسازی باشند.

DLP یکی دیگر از فرآیندهای چاپ سه بعدی بوده که تقریباً شبیه استریولیتوگرافی است. فناوری DLP در سال 1987 توسط لری هورنبک از تگزاس ساخته شد و به دلیل کاربرد آن در تولید پروژکتورها بسیار معروف شد.
DLP از ریزگردهای دیجیتالی که روی یک تراشه نیمه رسانا گذاشته شده است ، استفاده می کند. این فناوری در تلفن های همراه ، پروژکتورهای فیلم و البته در چاپ سه بعدی یافت می شود.برای چاپ سه بعدی ، هر دو DLP و SLA با فوتوپلیمرها کار می کنند. با این حال ، تفاوت بین فناوری SLA و DLP در این است که DLA به یک منبع روشنایی اضافی نیاز دارد. ماده مورد استفاده برای چاپ ، یک رزین پلاستیکی مایع است که در یک ظرف رزین شفاف تنظیم شده است. سرعت چاپ برای DLP بسیار سریع است. چند لایه از مواد چاپ شده با این نوع پرینتر ظرف چند ثانیه قابل تولید است. پس از اتمام یک لایه ، آن لایه منتقل شده و چاپ لایه بعدی شروع می شود.

) به دلیل توانایی در ایجاد قطعات حوزه مهندسی پلیمر با خواص مکانیکی عالی و وضوح خوب ارزشمند بوده و آنقدر جذاب است که مهندسان و طراحان صنعتی برای تولید نمونه‌های اولیه کاربردی یا برخی قطعات نهایی خاص به آن روی آورده‌اند.

همجوشی لیزر انتخابی، فناوری پرینت پودر پلیمری پیشرو برای پروتوتایپ صنعتی، ساخت جیگ، وسایل بادوام، اجزای سبک وزن و قطعات یدکی است، اما این تکنولوژی جذاب چگونه کار می کند و کدام شرکتها، چاپگرهای سه بعدی SLS را به بازار عرضه کرده‌اند؟

با در نظر گرفتن اختلال در زنجیره تامین امروزی و افزایش هزینه‌های تولید و حمل و نقل، تکنیک SLS جایگزینی است که به کسب و کارها امکان می دهد پروتوتایپ صنعتی، قطعات یدکی و حتی تولید محدود را درون سازمانی کنند.

 SLM یا Selective Laser Melting به معنای استفاده از لیزر جهت ذوب ( آلیاژ فلزات ) می باشد. پرینتر سه بعدی SLM یا DMLS تکنولوژی است که می تواند قطعات فلزی کاربردی را با چگالی بالای ( 99.8 درصد) و توان مکانیکی بالا (نسبت به روش های ساخت سنتی) را ارائه دهد.از آنجایی که هر آلیاژی از فلز نیاز به قدرت خاصی از لیزر جهت ذوب شدن و همچنین سرعت جوش کاری متفاوتی دارد، لذا شرکت های سازنده پرینتر های سه بعدی SLM جهت جلوگیری از پیچیدگی کار با دستگاه، پودر فلزات مشخصی را در طیف های مشخصی در اختیار مصرف کننده قرار می دهند.هر پودر دارای کد خاص خود می باشد که با اعلام آن به پرینتر سه بعدی، به صورت اتوماتیک قدرت لیزر و سرعت جوشکاری متناسب با آن تنظیم میگردد.در دو تکنولوژی پرینتر سه بعدی SLM و DLMS پخت مستقیم فلز توسط لیزر می توان قطعات را همانند تکنیک SLS تولید کرد با این تفاوت که DMLS و  SLM برای پرینت فلزات به کار می روند.

تکنولوژی ذوب پرتو الکترونی (EBM) هم خانواده powder bed fusion است. اما برخلاف Laser Powder Bed Fusion (LPBF)، و همانطور که از نام این تکنیک مشخص است؛ از یک پرتو الکترونی برای ذوب ذرات فلزی و لایه لایه ساخته شدن قطعه مورد نظر استفاده می شود. در اینجا، تکنولوژی EBM از پرتو الکترونی حاصل شده از تفنگ الکترونی استفاده می کند. دومی الکترونها را از یک رشته تنگستن در خلاء استخراج می کند و آنها را روی لایه ی پودر فلزی که بر روی بستر ساخت پرینتر سه بعدی قرار گرفته است؛ می تاباند. این الکترونها سپس قادر خواهند بود پودر را در نواحی انتخاب شده ذوب کرده و در نتیجه قطعه را تولید کنند.