اختصاصی مرکز پرینت سه بعدی تبریز: از زمانی که اولین چاپگر سه بعدی در دهه 1980 میلادی ساخته شد، پرینت سه بعدی به اصطلاحی تبدیل شده است که طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی را در برمی‌گیرد. طی چند دهه گذشته، پرینت سه بعدی به یک تکنولوژی تثبیت شده از فناوری‌های تولیدی با کاربردهای منحصربه‌فرد فراوان تبدیل شده است. این فناوری‌های پرینت سه بعدی به شیوه‌ای سریع، در دسترس و کارآمد، ابزارهای ساخت صنعتی قدرتمند را به دستان خلاق صنعت‌گران در سراسر جهان می‌رسانند. ما در این مقاله، انواع پرینتر سه بعدی و فرآیندهای مختلف آن‌ها را در در هشت گروه مجزا دسته‌بندی و مورد بحث قرار دادیم.
پرینت سه بعدی چیست؟
فناوری‌های پرینت سه بعدی یا ساخت افزودنی، قطعات سه بعدی را بر اساس مدل‌های نرم‌افزاری رایانه‌ای و از طریق افزودن متوالی لایه‌به‌لایه متریال‌ها ایجاد می‌کنند. این فرآیند تا زمانی که قطعه فیزیکی به صورت کامل چاپ شود، ادامه می‌یابد. در حالی که فناوری‌های پرینت سه بعدی از دهه 1980 میلادی وجود داشته است، پیشرفت‌های اخیر در حوزه ماشین‌آلات، متریال و نرم‌افزار، پرینت سه‌بعدی را برای طیف وسیع‌تری از کسبوکارها در دسترس قرار داده است.
به همین جهت امروزه، شرکت‌های بیشتری قادرند از ابزارهایی که قبلاً به چند صنعت با فناوری پیشرفته محدود می‌شدند، استفاده کنند. امروزه، انواع پرینتر سه بعدی رومیزی و سایر دستگاه‌های چاپگر سه بعدی، با هزینه‌ای ارزان، روند نوآوری را سرعت می‌بخشند و از کسبوکارها در صنایع مختلف از جمله مهندسی، تولید، دندانپزشکی، مراقبت‌های بهداشتی، آموزشی، سرگرمی، جواهرات و شنوایی‌شناسی حمایت می‌کنند. در ادامه به معرفی 8 مورد محبوب و کاربردی از انواع پرینتر سه بعدی می‌پردازیم.
انواع پرینتر سه بعدی؛ معرفی 8 مورد از بهترین چاپگرها و روش‌های ساخت
سه نوع شناخته شده از انواع پرینتر سه بعدی برای قطعات پلاستیکی عبارتند از استریولیتوگرافی(SLA)، تف جوشی لیزری انتخابی (SLS)، و مدل‌سازی رسوب ذوب شده(FDM) . ما در این مقاله علاوه بر این سه روش ایده‌آل و پرکاربرد، سایر روش‌ها و انواع پرینتر سه بعدی را بررسی می‌کنیم.
1- استریولیتوگرافی (SLA)
استریولیتوگرافی (اِس‌اِل‌اِی)، اولین فناوری پرینت سه بعدی در جهان بود که در دهه 1980 میلادی اختراع شد و هنوز هم یکی از محبوب‌ترین فناوری‌ها برای حرفه‌ای‌ها است. پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی، از لیزر برای تبدیل رزین مایع به پلاستیک سخت شده در فرآیندی به نام فوتوپلیمریزاسیون استفاده می‌کند. انواع پرینتر سه بعدی رزین اِس‌اِل‌اِی به دلیل توانایی آن‌ها در تولید نمونه‌های اولیه و قطعات با دقت بالا، همسانگرد و ضد آب در طیف وسیعی از مواد پیشرفته با ویژگی‌های ظریف و سطوح صاف، بسیار محبوب شده‌اند. فرمول‌های رزین استریولیتوگرافی، طیف وسیعی از خواص نوری، مکانیکی و حرارتی را برای مطابقت با ترموپلاستیک‌های استاندارد، مهندسی و صنعتی ارائه می‌دهند.
پرینت سه بعدی رزین یک گزینه عالی برای نمونه‌های اولیه بسیار دقیق است که به تلورانس‌های محکم و سطوح صاف مانند قالب‌ها، الگوها و قطعات کاربردی نیاز دارند. پرینترهای سه بعدی استریولیتوگرافی به طور گسترده در طیف وسیعی از صنایع، از مهندسی و طراحی محصول گرفته تا ساخت، دندانپزشکی، جواهرات، مدل‌سازی و آموزش استفاده می‌شوند. انواع چاپگر سه بعدی استریولیتوگرافی، برای موارد متعددی ایده‌آل هستند؛ اعم از نمونه‌سازی سریع، نمونه‌سازی عملکردی، مدل‌سازی مفهومی، تولید کوتاه مدت، کاربردهای دندانپزشکی و تولید یا ریخته‌گری جواهرات.
2- تف جوشی لیزری انتخابی (SLS)
انواع پرینتر سه بعدی تف جوشی لیزری انتخابی (اِس‌اِل‌اِس)، از یک لیزر پرقدرت برای پخت ذرات کوچک پودر پلیمر به یک ساختار جامد استفاده می‌کنند. پودر ذوب نشده از قطعه در حین چاپ پشتیبانی می‌کند و نیاز به ساختارهای پشتیبانی اختصاصی را بی‌نیاز می‌کند. این باعث می‌شود اِس‌اِل‌اِس برای هندسه‌های پیچیده، از جمله ویژگی‌های داخلی، برش‌های زیرین و دیوارهای نازک، ایده‌آل باشد.
قطعات تولید شده با پرینتر اِس‌اِل‌اِس دارای ویژگی‌های مکانیکی عالی و استحکامی مشابه قطعات قالب‌گیری تزریقی هستند. متداول‌ترین مواد و متریال برای تف جوشی لیزری انتخابی نایلون است؛ نایلون یک ترموپلاستیک مهندسی محبوب با خواص مکانیکی عالی است. نایلون سبک، قوی و انعطاف پذیر است و همچنین در برابر ضربه، مواد شیمیایی، گرما، نورUV، آب و خاک، پایدار است.
ترکیبی از هزینه کم برای هر قطعه، بهره‌وری بالا و مواد ثابت، اِس‌اِل‌اِس را به انتخاب محبوبی در میان انواع پرینتر سه بعدی تبدیل کرده است. مهندسان برای نمونه‌سازی کاربردی و تولید یک جایگزین مقرون‌به‌صرفه برای قالب‌گیری تزریقی یا تولید محدود سایر نمونه‌ها این دستگاه پرینتر را انتخاب می‌کنند. انواع چاپگر سه بعدی تف جوشی لیزری انتخابی، برای موارد متعددی ایده‌آل هستند؛ اعم از نمونه‌سازی عملکردی، قطعات مصرف نهایی، تولید کوتاه مدت و سفارشی‌سازی.
3- مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM)
مدل‌سازی رسوب ذوب شده (اِف‌دی‌اِم)، که به عنوان ساخت رشته‌ای ذوب شده نیز شناخته می‌شود، یکی از پرکاربردترین انواع پرینتر سه بعدی در سطح مصرف‌کننده است. پرینترهای سه بعدی اِف‌دی‌اِم با اکسترود کردن رشته‌های ترموپلاستیک، مانند ABS (اکریلونیتریل بوتادین استایرن) و PLA (اسید پلی لاکتیک)، از طریق یک نازل گرم برای ذوب متریال و اعمال لایه‌به‌لایه پلاستیک بر روی یک پلت فرم کار می‌کنند. هر لایه، یکی یکی گذاشته می‌شود تا زمانی که طرح به صورت کامل چاپ شود.
انواع پرینتر سه بعدی اِف‌دی‌اِم برای مدل‌های اولیه اثبات مفهوم و همچنین نمونه‌سازی سریع و کم هزینه قطعات ساده، مانند قطعات نیازمند به فرآیند ماشین‌کاری، مناسب هستند. با این حال اِف‌دی‌اِم، کمترین وضوح و دقت را در مقایسه با اِس‌اِل‌اِی یا اِس‌اِل‌اِس دارد و بهترین گزینه برای چاپ طرح‌های پیچیده یا قطعات با ویژگی‌های پیچیده نیست. پرداخت‌های با کیفیت بالاتر ممکن است از طریق فرآیندهای پرداخت شیمیایی و مکانیکی بدست آید. دستگاه‌های پرینتر سه بعدی اِف‌دی‌اِم صنعتی از پشتیبانی‌های محلول برای کاهش برخی از این مشکلات و ارائه طیف وسیع‌تری از ترموپلاستیک‌های مهندسی استفاده می‌کنند، اما قیمت بالایی نیز دارند. انواع چاپگر سه بعدی مدل‌سازی رسوب ذوب شده، برای موارد متعددی ایده‌آل هستند؛ اعم از مدل‌های اثبات مفهوم اولیه و نمونه‌سازی ساده.
4- تف جوشی مستقیم فلزات لیزری (DMLS)
تف جوشی مستقیم لیزری فلزات، فرآیندی است که برای ساخت قطعات فلزی استفاده می‌شود. این فرآیند با قرار دادن یک لایه نازک از فلز پودر شده کار می‌کند. سپس یک لیزر پرقدرت سطح مقطع قطعه را ردیابی می‌کند و پودر فلز را با هم متخلخل می‌کند. پس از تکمیل هر لایه، یک لایه دیگر از پودر رسوب کرده و فرآیند تکرار می‌شود. لازم به ذکر است که تف جوشی با ذوب یکسان نیست و پودر فلز توسط این سری از انواع پرینتر سه بعدی، فقط روی سطح ذوب می‌شود.
5- پلی جت
انواع پرینتر سه بعدی پلی‌جت بسیار شبیه به چاپگر جوهرافشان معمولی عمل می‌کنند. این فرآیند، شامل قرار دادن قطرات یک فوتوپلیمر بر روی صفحه ساخت است. سپس یک نور UV از روی این لایه می‌گذرد و آن را جامد می‌کند. این روند تا زمانی که قطعه کامل شود، تکرار خواهد شد. پلی‌جت، بسیار دقیق و در عین حال بسیار سریع عمل می‌کند. همچنین می‌تواند قطعات چند رنگ و چند متری ایجاد کند.
6- ذوب پرتو الکترونی (EBM)
ذوب پرتوی الکترونی یکی از تکنیک‌های پیشرفته‌تر و از دیگر انواع پرینتر سه بعدی است که از پرتو الکترونی برای ذوب ذرات فلزی استفاده می‌کند. این فرآیند با رسوب یک لایه نازک از پودر فلز کار می‌کند. سپس یک پرتو الکترونی سطح مقطع را ردیابی می‌کند. پرتو را می‌توان برای ذوب چندین ناحیه در یک زمان تقسیم کرد. این تکنیک، سرعت تولید را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد. این پرتو پرانرژی ذرات را با هم ذوب می‌کند و یک ریزساختار همگن ایجاد می‌کند که منجر به تولید قطعات با استحکام بالا می‌شود. البته به خاطر داشته باشید که برای این که این سری از انواع چاپگر سه بعدی به درستی کار کند، محفظه ساخت باید در خلاء نگه داشته شود.
7- جت فیوژن (MJF)
جت فیوژن، یکی از منحصربه‌فردترین انواع پرینتر سه بعدی است. اِم‌جِی‌اِف، با قرار دادن یک لایه پلاستیک روی صفحه ساخت، کار می‌کند. سپس یک نازل گرم روی پودر حرکت می‌کند. در نهایت، یک آرایه پرینت جوهر افشان روی پودر حرکت می‌کند و به طور انتخابی متریال ذوب و جزئیات را روی پودر قرار می‌دهد. سپس عناصر گرمایش، لایه را ذوب می‌کنند. این فناوری امکان استفاده از اجزای چند رنگ و کاربرد متریال‌های مختلف در یک طرح سه بعدی را فراهم می‌کنند. به همین جهت هم این دستگاه، ویژگی‌های رقابتی بهتری در مقابل سایر انواع چاپگر سه بعدی دارد.
8- فرآیند نور دیجیتال (DLP)
پردازش نور دیجیتال، تکنیکی شبیه به انواع پرینتر سه بعدی اِس‌اِل‌اِی دارد. با این حال، به جای استفاده از لیزر پرقدرت برای درمان فوتوپلیمر، یک چاپگر سه بعدی دی‌اِل‌پی از یک صفحه نمایش با وضوح بالا برای نمایش تصویری از مقطع قطعه بر روی صفحه ساخت استفاده می‌کند. یک منبع نور معمولی (به جای نور UV) برای پخت مواد و متریال پرینت سه بعدی استفاده می‌شود. فناوری دی‌اِل‌پی به طور کلی ارزان‌تر از اِس‌اِل‌اِی است و بنابراین دسترسی به فناوری انواع پرینتر سه بعدی فوتوپلیمر را تسهیل کرده است.
دی‌اِل‌پی می‌تواند قطعات با کیفیت بالا تولید کند. این قطعه اساساً از هزاران حجم مکعبی به نام وکسل تشکیل شده است و اندازه پیکسل صفحه نمایش با اندازه یک وکسل مطابقت دارد، بنابراین هرچه وضوح صفحه نمایش بالاتر باشد، کیفیت قطعه بالاتر خواهد بود. انواع پرینتر سه بعدی دی‌اِل‌پی همچنین سریع‌تر از چاپگرهای اِس‌اِل‌اِی هستند؛ زیرا منبع نور با نمایش تصویری از سطح مقطع لایه بر روی صفحه ساخت، کل لایه را به یک‌باره اسکن می‌کند. منبع نور سپس سطح مقطع را پلیمریزه می‌کند. در حالی که انواع پرینتر سه بعدی اِس‌اِل‌اِی باید سطح مقطع را با لیزر ردیابی کنند.
مقالات پیشنهادی برای مطالعه: