فهرست مطالب
پرینت سه بعدی یا فناوری تولید افزوده (Additive Manufacturing)، فرآیندِ ساخت اجسام جامد به صورت سه بُعدی از یک فایل دیجیتالی میباشد. تولید جسم ساخته شده با پرینت سه بعدی با استفاده از فرآیندهای افزوده ایجاد میشود. در یک فرآیند افزوده، جسم مورد نظر با روی هم قرار دادن پی در پی لایه‌هایی از مواد شکل می‌گیرد، و هر یک از این لایه‌ها به عنوان یک سطح مقطع افقی بسیار نازک از جسم نهایی مشاهده می‌شوند.
پرینت سه بعدی شما را قادر می‌سازد تا بتوانید اشکال بسیار پیچیده‌ای را با استفاده از کمترین مواد در مقایسه با روش‌های ساخت سنتی آن‌ها ایجاد کنید.
پرینت سه بعدی (3D Printing) چگونه کار می کند؟
ابتدای کار با یک مدل سه بعدی آغاز میشود. شما می‌توانید این مدل را خودتان ایجاد کرده و یا آن را از مخازن مدل‌های سه بعدی دانلود نمایید.
در صورتی که بخواهید این مدل را خودتان بسازید، می‌توانید از دستگاه‌هایی مانند: اسکنر سه بعدی، اپلیکیشن‌های موجود سه بعدی، کد نویسی یا نرم افزارهای مدل‌سازی سه بعدی استفاده نمایید.
نرم افزارهای مدل‌سازی سه بعدی
امروزه نرم افزارهای مدل‌سازی سه بعدی فراوان و متنوعی در دسترس هستند. نرم افزارهای مدل‌سازی در مقیاس صنعتی ممکن است در یک سال هزینه فراوانی را برای شما به همراه داشته باشد، اما نرم افزارهای منبع باز فراوانی نیز وجود دارند که شما می‌توانید آن‌ها را به صورت رایگان دریافت کنید.
معمولا به افرادی که می‌خواهند برای اولین بار شروع به کار در این حوزه نمایند، Tinkercad پیشنهاد میشود. این نرم افزار رایگان بوده و مبتنی بر وب میباشد و به این معنا است که شما می‌توانید بدون نصب، آن را اجرا نمایید. همچنین این برنامه کاربردی، دروس و نکات اولیه‌ای را برای تازه کارها فراهم می‌کند و حاوی ویژگی‌ها و مشخصه‌های از پیش ساخته شده‌ای است که به شما این امکان را می‌دهد تا بتوانید با استفاده از 3D print service یا یک پرینتر سه بعدی آن را پرینت نمایید.
حال که مدل سه بعدی خودتان را ساخته‌اید، گام بعدی آماده کردن فایل برای پرینتر سه بعدی میباشد. که به این کار برش (Slicing) گفته میشود.
فرآیند برش (Slicing): از مدل سه بعدی تا پرینتر سه بعدی
فرآیند برش، تقسیم‌بندی یک مدل سه بعدی به صدها یا هزارها لایه افقی میباشد که با استفاده از slicing software انجام می‌گیرد.
برخی از پرینترهای سه بعدی، برش‌دهنده داخلی، درون خودشان دارند و به شما امکان می‌دهند تا فایل‌های خامِ .stl ، .obj یا CAD را تغذیه کنید.
زمانی که فایل شما تقطیع شد، حال باید آن را به پرینتر سه بعدی وارد کنید یا بخورانید. این فرآیند می‌تواند با استفاده از اینترنت، USB و یا SD Card انجام پذیرد. مدل سه بعدی برش یافته حالا آماده است تا به صورت لایه به لایه پرینت سه بعدی شود.
نمونه هایی از پرینت سه بعدی
پرینت سه بعدی شامل تکنولوژی‌های فراوانی میباشد زیرا پرینت سه بعدی در تمامی صنایع و در کاربردهای مختلف قابل استفاده است.
نمونه‌هایی از کاربرد پرینت سه بعدی:
– محصولات مصرفی (عینک، کفش، طراحی، مبلمان و … )
– محصولات صنعتی (ابزارهای تولید، نمونه‌های اولیه، قطعات کاربردی و …)
– محصولات دندانپزشکی
– پروتز و اعضای مصنوعی
– بازسازی فسیل‌ها
– تکثیر آثار باستانی
– بازسازی شواهد و مدارک در آسیب شناسی پزشکی قانونی
– فیلم‌سازی
– و …
نمونهسازی سریع و تولید سریع Rapid Prototyping & Rapid) Manufacturing):
سال‌های زیادی است که شرکت‌های متعددی از پرینترهای سه بعدی برای فرآیند طراحی استفاده می‌کنند تا نمونه‌های اولیه خود را ایجاد کنند. استفاده از پرینترهای سه بعدی برای این اهداف، نمونهسازی سریع نامیده میشود.
چرا از پرینترهای سه بعدی برای نمونهسازی سریع استفاده میشود؟
به طور خلاصه، سریع و نسبتا ارزان میباشد، زیرا از ایده اولیه تا خروجی فیزیکیِ نمونه به جای چندین ماه، تنها چندین روز زمان خواهد برد و در ضمن فرآیند تکرار آن نیز بسیار آسانتر و ارزانتر خواهد بود.
همچنین پرینت سه بعدی برای تولید سریع نیز استفاده میشود. تولید سریع روش جدیدی میباشد که کسب و کارهای مختلف از پرینتر های سه بعدی برای تولید اشیا گوناگون از آن استفاده می‌کنند.
کاربردهای پرینت سه بعدی
۱) خودروسازی
مدت زمانی زیادی است که تولیدکنندگان خودروها از پرینترهای سه بعدی استفاده می‌کنند تا قطعات یدکی، ابزار و یا لوازم جانبی خودرو را تولید نمایند. این پرینترها، تولیدات مبتنی بر تقاضا را امکان‌پذیر کرده و چرخه تولید و طراحی خودروها را بسیار کوتاه نموده‌اند.
علاقمندان به کلکسیون‌های خوردو، در سراسر دنیا از پرینتر سه بعدی برای بازسازی خودروهای قدیمی استفاده می‌کند، برای مثال مهندسان استرالیایی از این تکنولوژی برای احیای خودروی Delage Type-C استفاده کرده‌اند، آن‌ها با استفاده از پرینترهای سه بعدی، قطعات این خودور را، که دیگر در چرخه تولید نبودند، پرینت و تولید نمودند.
۲) هوانوردی
صنعت هوانوردی از پرینترهای سه بعدی در حوزه‌های گوناگون استفاده می‌کند. شرکت هوانوردی جنرال الکتریک (GE Aviation) سی هزار نازل سوخت کروم – کبالت را برای موتورهای هواپیماهای مدل LEAP خود پرینت کرده است. آن‌ها در اکتبر ۲۰۱۸ به این مهم دست یافته‌اند، به طوری که با استفاده از چهل دستگاه پرینت سه بعدی، توانستند در یک هفته تعداد ۶۰۰ قطعه تولید کنند.
در حدود بیست قطعه مجزا که باید در گذشته به یکدیگر جوش داده می‌شدند، اکنون با استفاده از این فناوری به یک قطعه پرینت شده سه بُعدی کاهش پیدا کرده است که ۲۵ درصد سبک‌تر و ۵ برابر مستحکم‌تر است.
موتورهای هواپیماهای LEAP یکی از پروفروش‌ترین موتورها در صنعت هوانوردی است که علت آن، کارآمدی بالای آن‌ها است. شرکت هوانوردی جنرال الکتریک با تولید نازل‌های سوخت با استفاده از پرینت سه بعدی توانست، به ازای هر هواپیما، ۳ میلیون دلار صرفه جویی نماید.
۳) ساخت منازل
آیا ممکن است که یک ساختمان را پرینت نمود؟ بله. پرینت سه بعدی مسئله‌ای است که امروزه به عنوان آینده ساخت و ساز منازل به طور خاصی در نظر گرفته میشود. هم اکنون این قابلیت وجود دارد که دیوارها، درب‌ها، طبقات و یا حتی یک خانه کامل را پرینت نمود.
۳) محصولات مصرفی
امروزه تعداد زیادی از کالاهای مصرفی وجود دارند که با استفاده از فناوری سه بعدی تولید شده‌اند:
a) کفش:
شرکت آدیداس از فناوری سه بعدی برای تولید لایه‌هایی از کفش‌های خود استفاده کرده است و تعداد زیادی از این کفش‌ها را به عرصه تولید و بازار رسانده است. آن‌ها در سال ۲۰۱۸ صد هزار از این لایه‌ها را تولید کرده‌اند و در سال ۲۰۱۹ این مقدار بیشتر هم شده است. همچنین پیش بینی شده است که تا سال ۲۰۲۹ این مقدار به حدود ۹/۵ بیلیون دلار برسد.
b) عینک:
بر اساس تحقیقات به عمل آمده پیش‌بینی شده است که بازارهای تولید عینک‌های سه بعدی تا سال ۲۰۲۸ به ۴/۳ بیلیون دلار افزایش داشته باشد. پرینت سه بعدی روش تولید بسیار مناسبی برای فریم‌های عینک میباشد زیرا اندازه‌گیری‌های لازم برای این فریم‌ها، به راحتی در محصول نهایی قابل پردازش است.
اما آیا می‌دانید که امکان تولید لنزهای سه بعدی نیز وجود دارد؟ لنزهای شیشه‌ای قدیمی نازک و سبک نیستند، آن‌ها از یک بلوکه بزرگ، از ماده‌ای به نام blank ساخته شده‌اند که درحدود ۸۰ درصد آن هدر می‌رود. در صورتی که ما تعداد افرادی که عینک استفاده می‌کنند و دفعاتی که این افراد نیاز به تعویض آن دارند را در نظر بگیریم، این مقدارِ ۸۰ درصدی هدررفتن ماده اولیه بسیار قابل توجه خواهد بود.
همچنین آزمایشگاه‌ها برای برآورده کردن نیازهای بینایی مشتریان خود باید موجودی عظیمی از این ماده اولیه را نگهداری کنند. به عنوان مثال پرینتر سه بعدی Luxexcel VisionEngine در هر ساعت دو جفت لنز را تولید می‌کند که نیاز به هیچ گونه صیقل یا پردازش ثانویه ندارد. همچنین کانون این لنزها کاملا قابلیت تغییر و شخصی‌سازی را دارد تا بتواند دید خوبی را هم برای مسافت‌های دور و هم نزدیک فراهم آورد.
۴) مراقبت‌های بهداشتی
امروزه وجود ایمپلنت‌های سه بعدی خبر عجیبی به نظر نمی‌رسد. یکی از این دستگاه‌های حوزه پزشکی، سمعک‌های سه بعدی می‌باشند. در حدود ۱۷ سال اخیر تقریبا بیشتر سمعک‌ها توسط پردازش سه بعدی ساخته می‌شوند، و هر ساله در حدود صدها هزار سمعک با این فناروی که به آن مدل‌سازی سریع پوسته (Rapid Shell Modeling= (RSM)) گفته میشود، ساخته می‌شوند که هم هزینه کمتری را شامل میشود و هم نیازمند زمان کمتری برای تولید، در مقایسه با شیوه سنتی و دشوار آن، دارد.
صنعت دندانپزشکی نیز از فناوری مشابهی استفاده می‌کند که دندان‌های مصنوعی را به صورت مستقیم پرینت سه بعدی می‌نماید. برای مثال EnvisionTec یکی از مشهورترین برندها در حوزه تولید سه بعدی محصولات دندانپزشکی میباشد.
۵) چاپ زیستی (bio-printing)
از اوایل ظهور تکنولوژی پرینت سه بعدی، مطالعات فراوانی توسط شرکت‌ها و موسسات تکنولوژی زیستی صورت گرفته است تا امکان استفاده از این فناوری، در تولید بافت‌های مصنوعی یا همان ارگان‌ها و اعضای بدن، را بررسی نمایند. لایه‌هایی از سلول‌های زنده آرام آرام بر روی یک محیط کشت ژل مانند قرار می‌گیرند تا یک ساختار سه بعدی را ایجاد نمایند. به این حوزه از تحقیقات چاپ زیستی گفته میشود.
۶) هوا و فضا
اگر می‌خواهید بیشترین قابلیت پرینت سه بعدی را ببینید می‌توانید به صنعت هوافضا توجه کنید. برای مثال شرکت اُربِکس در انگلستان بزرگترین موتور جِت در دنیا را ساخته است. این موتور اولین موتوری است که به طور کامل با استفاده از فناوری پرینت سه بعدی ساخته شده است و هیچ گونه قطعات اتصالی دیگری را نیاز نداشته است.
همچنین دانشمندان دانشگاه اتاوا در حال بررسی ایده تولید پرینت سه بعدی هستند که بتوانند با استفاده از آن در سفرهای فضایی به ماه، تعداد ابزارهای مورد نیاز برای ماموریت فضایی را کاهش دهند.
۷) تولید مواد غذایی
تولید افزوده (Additive manufacturing) یا همان پرینت سه بعدی از مدت‌ها قبل وارد عرصه صنعت مواد غذایی شده است. رستوران‌هایی مانند Food Ink در انگلستان و Melisse در آمریکا از این شیوه برای جذب مشتریانِ بیشتر استفاده کرده‌اند.
۸) آموزش
مدت زمانی طولانی است که دانش‌آموزان و دانشجویان از پرینترهای سه بعدی در کلاس‌های خود استفاده می‌کنند و از آن برای به واقعیت تبدیل کردن سریع و مقرون به صرفه ایده‌های خود بهره می‌گیرند.
برنامه‌هایی مانند Create Education Project مدارس را قادر می‌سازد تا این فناوری را با تقریبا هیچ‌گونه هزینه‌ای به برنامه‌های درسی خود بیاورند. این شرکت یک پرینتر سه بعدی را به مدارس فرستاده و در ازای آن از معلمین می‌خواهد تا تجربیات خود را در رابطه با استفاده از آن یا برنامه درسی که برای استفاده از پرینت سه بعدی استفاده کرده‌اند، را در یک پست وبلاگی منتشر کنند.
این قابلیت به شرکت اجازه می‌دهد تا به صورت گسترده‌ای استفاده از پرینترهای سه بعدی در محیط آموزشی را نشان دهد.
همچنین دانشگاه‌ها از این فناوری در حوزه‌های دیگر نیز استفاده نموده‌اند. دوره‌های آموزشی متنوعی وجود دارد که افراد مشتاق می‌توانند برای آشنایی با پرینت سه بعدی بگذرانند. دانشگاه‌ها دوره‌هایی مشابه پرینت سه بعدی مانند CAD و یا طراحی سه بعدی را پیشنهاد می‌کنند که قابل استفاده در فرآیند پرینت سه بعدی نیز هستند.
در حوزه نمونهسازی نیز، بسیاری از دانشگاه‌ها در حال روی آوردن به این تکنولوژی هستند. دوره‌های تخصصی تولید افزوده نیز در رشته‌هایی مانند معماری و طراحی صنعتی گنجانده شده است. همچنین نمونهسازی سه بعدی در هنر، انیمیشن یا صنعت مُد نیاز قابل استفاده است.
به علاوه آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در حوزه‌های مختلف، پریت سه بعدی را به صورت کاربردی استفاده می‌کنند. همان طور که در حوزه‌های مختلف مانند مدل‌سازی، پزشکی و هوا و فضا از پرینت سه بعدی استفاده میشود، مهندسین نیز از آن برای تولید تکنولوژی‌های جدید مانند طراحی اتومبیل یا … استفاده می‌کنند.
