تکنولوژی

پرینتر سه بعدی 3D چیست؟ کاربرد و شروع کار با چاپگر 3 بعدی

چاپ سه بعدی یک فناوری انقلابی است که به دلیل مفهوم مبتکرانه ای که در اختراع آن ها به کار رفته است و پتانسیل عظیم برای تأثیرگذاری بر روند تولید فعلی، اخیرا جنجالی به پا کرده اند. یک دستگاه غیر قابل مقایسه که برای ساخت یک شی سه بعدی از یک فایل دیجیتال استفاده می کند؛ چاپگر های سه بعدی شگفتی هایی را در دنیای دیجیتال چاپگرها ایجاد کرده اند. ایجاد یک موجودیت سه بعدی باعث می شود که از رویکرد های شیمیایی و فرآیندهای افزودنی استفاده شود که در آن یک جسم، با سازماندهی محدوده ای از لایه های پوششی خود بر روی یک دیگر تا زمانی که به صورت کامل شکل بگیرد، به دست می آید. هر یک از این لایه های پوششی قطعه افقی خیلی ریز برش خورده ی یک قطعه نهایی است که باید توسط چاپگر ساخته شود.

اگر با اصطلاحاتی نظیر چاپ سه بعدی، چاپ افزودنی یا لیتوگرافی استریو روبرو شده اید و فقط از آن رد شده اید، شاید بخواهید این مقاله را بخوانید تا درباره دنیای شگفت انگیز چاپ سه بعدی بدانید. چاپگر سه بعدی، با محبوبیت و کاربرد های آن، هر روز در حال گسترش است. در این مقاله، سعی خواهیم کرد مقدمه ای تازه برای چاپ های سه بعدی ارائه دهیم، اینکه چگونه می توان از آن بهره مند شد و اینکه در آینده چه عواملی تغییر می کند.

پرینتر سه بعدی چیست؟

از چاپگر های سه بعدی برای ساخت اشیا و اجسام سه بعدی با چاپ استفاده می شود. به این فرآیند فرآیند تولید افزودنی نیز گفته می شود. در این چاپگرها، فیلم ها و لایه های متوالی یک ماده مشخص، تحت نظر کامپیوتر تعیین شده اند. اشیائی که در این چاپگرها ایجاد می شوند می توانند از هر نوع شکل، اندازه یا آرایش هندسی ای باشند. چاپگرها به طور متوالی مواد را روی یک تخت پودر قرار می دهند که سر چاپگر های جوهر افشان به آن متصل است. اگرچه معمولاً از آن ها به عنوان چاپگر های سه بعدی یا دستگاه های چاپ سه بعدی یاد می شود، اما استانداردهای فنی به این دستگاه ها به عنوان فرآیند تولید افزودنی اشاره می کنند.

چاپگر سه بعدی چگونه کار می کنند؟

این چاپگرها ابتدا طرح بنیادی شی ای که می خواهید شکل دهید را به صورت فرمول در می آورند. این طرح از طریق یک فایل CAD ساخته شده است که از برنامه مدل سازی سه بعدی استفاده می کند که برای ساخت یک پروژه جدید استفاده می شود یا همچنین می تواند از اسکنر سه بعدی نیز استفاده کند که مدل دقیق شی را رونوشت می کند و همچنین یک فایل دیجیتال سه بعدی نیز از شی ایجاد می کند. این اسکنرها تکنیک های مختلف برای ساخت مدل های سه بعدی را در کنار هم قرار می دهند. برای تهیه یک فایل دیجیتالی برای چاپ، نرم افزار مورد استفاده در مدل سازی سه بعدی مدل نهایی را به میلیون ها لایه تقسیم می کند. وقتی این برش ها در چاپگر بارگذاری می شوند، شی نهایی می تواند با لایه بندی یکی بر روی دیگری، ایجاد شود. چاپگر سه بعدی، هر برش دو بعدی تصویر را بررسی می کند و با ساخت یک مدل سه بعدی از تصویر، شی نهایی را ایجاد می کند.

برای یادگیری آردوینو (برنامه نویسی، ساخت ربات، ارتباط با اندروید) روی دوره آموزش آردوینو کلیک کنید.
برای یادگیری کامل الکترونیک روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

آیا چاپ سه بعدی در بازار یک تکنولوژی جدید است؟

نه !!!. فقط به دلیل اینکه این روز ها چاپ های 3D بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند، این ایده یا تکنولوژی جدیدی نیست. تعجب خواهید کرد اگر بدانید که همه چیز از اواخر سال 1980 شروع شد، جایی که اصطلاح تولید افزودنی ایجاد شد، اساساً برای نمونه سازی سریع استفاده می شد. اما بعداً در حدود سال 2014 با ظهور چاپگر های سه بعدی ارزان قیمت، این فناوری به یک جنبش مختل کننده برای علاقه مندان، فراگیران، فن آوران، مخترعان، معلمان، محققان و… تبدیل شده است. بنابراین بازار گسترده ای پیدا می کند و دامنه وسیعی برای آینده دارد.

چاپگر های سه بعدی در اصل برای کمک به فضانوردان ساخته شده اند. برای تیم سخت بود که همه ابزار و مواد لازم برای کار در پروژه خود در فضا را تهیه کند. داشتن ابزار اضافی باعث افزایش وزن شاتل می شود که در نهایت باعث افزایش مصرف سوخت می شود. بنابراین آن ها به این ایده رسیده اند که چاپگر سه بعدی به همراه فضانوردان به فضا ارسال شود، هنگامی که برای کار با هر ابزار یا موادی نیاز دارند، آن ها فقط باید روی فایل STL کلیک کرده و آن را چاپ کنند. در صورت ایجاد هرگونه طرح اضطراری و جدید، طرح در ایستگاه پایه ساخته شده و برای چاپ آن به دستگاه ارسال می شود. اما با پیشرفت تکنولوژی و پیشرفت چیز های دیگر، تهیه یک چاپگر برای هر خانه مقرون به صرفه است.

چاپ سه بعدی تکنولوژی جدید

اما اکنون بسیاری از مردم اشتباه می کنند که چاپ 3D را به عنوان روش دیگری برای ساخت اشیاء مشاهده می کنند، که فقط امکان انعطاف پذیری بیشتر شکل را با هزینه و سرعت فراهم می کند. اما این یک دیدگاه محدود برای بررسی چاپ 3D است. چاپ سه بعدی مفهومی بیشتر شبیه ساخت دیجیتال، گسسته و آزاد است. با این فرض اساسی که اگر بتوانید “برش” داده و مورد نظر خود را قرار دهید و بیت های کوچک را روی لایه های روی هم مرتب کنید، کاربرد و پیامد های آن بی نهایت می شود. تولید کالا های مصرفی، پلاستیک، وسایل الکترونیکی، غذا و حتی بافت های انسانی اکنون برای تولید انبوه امکان پذیر است.

انواع مختلف چاپگر های سه بعدی از فناوری های متفاوتی استفاده می کنند. روش های زیادی برای چاپ وجود دارد که تنها در نحوه ساخت لایه ها برای تکمیل یک موجودیت مطلق متفاوت هستند. در صورتی که برخی از فناوری ها از فرآیند ذوب برای تولید لایه هایی استفاده می کنند که برای آن، از فرآیند لایه بندی انتخابی یا رسوب ذوب شده استفاده می کنند. یکی از پرکاربردترین فناوری ها لیتوگرافی استریو است. همچنین از فناوری های دیگری مثل پلیمریزاسیون عکس Vat، پرتاب مواد، ورقه کاری صفحه، گدازش تخته پودر و موارد دیگر بسیاری استفاده می شود.

مدل سازی سه بعدی

مدل های سه بعدی قابل چاپ را می توان با استفاده از پکیج CAD یا اسکنر سه بعدی که از دوربین دیجیتال ساده و نرم افزار فتوگرامتری استفاده می کند، شکل داد. روند اسکن سه بعدی، داده های دیجیتالی را ارزیابی و ذخیره می کند و باعث می شود آن ها به صورت شکل شی واقعی، صورتی خارجی به خود بگیرند. مطابق این تکنیک می توان مدل های سه بعدی را ساخت. صرف نظر از نرم افزار مدل سازی سه بعدی استفاده شده، این مدل سه بعدی به فرمت STL. یا OBJ. تبدیل می شود تا به نرم افزاری که شی را چاپ می کند امکان خواندن آن را بدهد.

فایل باید از نظر خطاهای گوناگون قبل از چاپ یک مدل سه بعدی از یک فایل STL بررسی شود. این مرحله fix up نام دارد. فایل های STL می توانند خطاهای زیادی داشته باشند که از فرآیند اسکن سه بعدی ایجاد می شوند و لازم است ابتدا این خطاها قبل از برش زدن لایه های فایل رفع شوند. پس از اتمام کار، فایل STL. باید توسط نرم افزاری بسط داده شود که مدل را به چند لایه نازک ترجمه کرده و به فایلی تبدیل می کند که برچسب های مخصوصی دارد. چاپگر سه بعدی، این فایل و دستورالعمل های ضمیمه شده را ردیابی می کند و چندین لایه از مایع، پودر یا کاغذ را برای ساخت مدل از سری سطح مقطع تنظیم می کند. مواد مختلفی وجود دارد که می توان از طریق افشانک چاپ وارد کرد مثل پلاستیک، شن، فلز یا حتی گاهی شکلات. سپس این لایه ها که با سطح مقطع های مختلف مدل CAD مطابقت دارند، به طور خودکار متصل یا ادغام می شوند تا شکلی نهایی به آن ها بدهند.

شروع کار با پرینتر 3 بعدی

چاپ سه بعدی یا تولید مواد افزودنی یک فرآیند ساخت سه شیء جامد سه بعدی از یک فایل دیجیتال است. این از چاپگر مانند دستگاهی استفاده می کند که ماده ای را ذوب می کند (معمولاً پلاستیکی است) و آن را به روشی از پیش تعریف شده روی پایه می ریزد بنابراین لایه های پی در پی ایجاد می کند تا 3 بعدی شود. به بیان ساده تر، چاپگر یک نان تکه تکه درست می کند.

شروع کار با پرینتر 3 بعدی

انواع مختلفی از تکنولوژی های چاپ سه بعدی در دسترس است اما پر استفاده ترین آن استریولیتوگرافی (SLA) است زیرا در مقایسه با بقیه مقرون به صرفه است.

این دستگاه با مراحل زیر قادر است هر فایل طراحی شده 3D را به یک شی 3D تبدیل کند.

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید
  • یک فایل 3D توسط نرم افزار بررسی می شود تا ببینید آیا قابل چاپ است یا نه.
  • سپس نرم افزار فایل را برش داده و به دستگاه می فرستد.
  • یک رشته پلاستیکی از طریق چاپگر تغذیه می شود.
  • رشته ذوب شده و هد آن بر روی یک پلت فرم رسوب می دهد.
  • هد به اطراف رسوب مواد حرکت می کند به طوری که قطعه پایین شیء را تشکیل می دهد.
  • هد به موقعیت اولیه خود برمی گردد و پلت فرم پایین می آید.
  • هد سپس لایه جدید را در بالای اولین لایه ایجاد می کند و این کار تکرار می شود تا زمانی که شیء کامل شود.

چگونه می توان با پرینتر‌ های سه بعدی شروع کرد؟

از آنجایی که تکنولوژی اخیر قیمت چاپگر های سه بعدی را به اندازه ای پایین آورده است که یک فرد متوسط قادر به خرید و استفاده از آن است، چاپ سه بعدی دیگر یک تجهیزات جادویی یا صنعتی نیست. هرکسی که بخواهد می تواند با کامپیوتر کار کند و تخیل خود را چاپ کند. درست مانند نحوه چاپگر های لیزری که در خانه ما رایج شده است، این چاپگر های سه بعدی هنوز نتوانسته اند به خانه یا محل کار ما راه پیدا کنند. بنابراین بیایید ببینیم که چگونه می توان با چاپ سه بعدی شروع کرد، برای انجام هر چاپ چهار مرحله ساده زیر باید دنبال شود:

  1. مدل سازی سه بعدی CAD
  2. برش و سایر تنظیمات
  3. چاپ هوشمندانه لایه
  4. بخش کامل

پرینتر‌ های سه بعدی شروع

مدل سازی سه بعدی CAD

برای چاپ چیزی با چاپگر شما باید نرم افزار مدل سازی را برای آن ها طراحی کنید.

اگر شما یک طراح حرفه ای هستید می توانید از هر یک از نرم افزار های مدل سازی خود که توانایی ذخیره فایل در .STL (استریولیتوگرافی) یا .OBJ (شیء) را دارند استفاده کنید. پس از ایجاد طرح می توان به مرحله برش رسید. در اینجا شما می توانید به دلخواه خود تغییر دهید، ویرایش کنید و یا تغییر دهید، زیرا طراحی کامل توسط شما ساخته شده است.

اگر شما یک یاد گیرنده هستید، تعداد زیادی نرم افزار رایگان در دسترس است که می تواند از طرح در ذهن شما استفاده کند. این فقط مانند قرار دادن بلوک ساختمان بر روی یکدیگر است.

اگر تازه کار هستید و ایده ای برای طراحی مدل سه بعدی ندارید نگران نباشید!بسیاری از وب سایت ها هستند که فایل های STL رایگان ارائه می دهند. این فایل ها توسط افرادی که آن را طراحی کرده اند آزمایش و چاپ می شوند، از این رو قابل اعتماد است و چاپ آن آسان خواهد بود. تنها محدودیتی که برای این فایل ها وجود دارد این است که آن ها با فرمت های STL ارائه می شوند. این قالب را نمی توان به روشی که ما دوست داریم سفارشی درست کرد اما می توان با کمک نرم افزار برش، اندازه آن را تغییر داد. اگر یک مبتدی دراین حرفه هستید، ما برای شروع برخی از طرح های موجود در بازار را به شما پیشنهاد می دهیم.

پس از طراحی، کار نرم افزار مدل سازی سه بعدی تمام می شود. اکنون فایل ها به نرم افزار Slicing ارسال می شوند که برای چاپگر آماده می شود.

برش و تنظیمات دیگر:

مدل هایی که طراحی شده اند باید به یک سری کد به نام G-Code تبدیل شوند تا چاپگر آن را تشخیص دهد و چاپ را شروع کند. این قسمت Slicing نام دارد. کیفیت چاپ به تنظیماتی که در اینجا انجام می شود بستگی دارد. قبل از اینکه به این موضوع بپردازیم، به ما اجازه می دهد تا بدانیم چاپگر سه بعدی واقعاً چقدر ساده است !!!

چاپ سه بعدی جادویی نیست!

اگر هنوز از نحوه عملکرد چاپگر سه بعدی گیج و مبهوت هستید، به من اعتماد کنید این یک علم موشک نیست. دانش آموختگان زیادی هستند که سعی کرده اند چاپگر سه بعدی را با موفقیت برای خود بسازند. در چند پاراگراف بعدی قسمت هایی از یک چاپگر سه بعدی اساسی را توضیح می دهم که به شما کمک می کند چاپگر ها را بهتر درک کنید.

قسمت های چاپگر سه بعدی در تصویر زیر نشان داده شده است.

قسمت های چاپگر سه بعدی

اکسترودر مهمترین قسمت در چاپگر ما است. این محلی است که رشته ها ذوب شده و اکسترود می شوند. اکسترودر از لوله باریکی تشکیل شده است که از طریق آن رشته توسط موتور Stepper هل داده می شود. این ماده از یک ماده گرمایشی تشکیل می شود که معمولاً به آن انتهای داغ می گویند و رشته را گرم می کند، رشته گرم شده به بیرون فشار داده می شود، همانند فشار دادن خمیر دندان از بسته بندی آن. با ذوب شدن رشته و خارج شدن موتور پله، رشته را به داخل فشار می دهد که به صورت قرقره بر روی نگهدارنده قرقره نصب می شود.

انواع مختلفی از رشته ها و موارد دیگر زیادی هر ماه به بازار می آیند. هر رشته قطر و دمای چاپ خود را دارد، بیشترین مورد استفاده در PLA که دمای 180-210 درجه سانتیگراد دارد.

نحوه کار پرینتر های سه بعدی

این اکسترودر کامل که بر روی یک ریل متحرک نصب شده است. با ذوب شدن و بیرون آمدن رشته، اکسترودر توسط موتور های پله ای دیگری حرکت می کند (در جهت فلش های قرمز)، در جهت مورد نیاز قرار می گیرد و روی صفحه پایه چاپ می شود.

اکنون که ایده اساسی نحوه کار چاپگر را داریم، اجازه دهید به نرم افزار SLICING خود برگردیم. پرکاربردترین نرم افزار Cura است. این نرم افزار عمدتا برای چاپگر به نام Ultimaker ایجاد شده است. اما از آنجا که این برنامه به صورت رایگان و منبع باز ساخته شد، بیشتر چاپگر های خارج از کشور شروع به استفاده از Cura کرده اند.

در این نرم افزار تنظیمات چاپ دقیقاً مانند آنچه که برای چاپگر لیزری انجام می دهیم ارسال می شود. در اینجا می توانیم مدل چاپی خود را مقیاس بندی، تراز و جهت دهی کنیم. سایر تنظیمات مهم مانند دما، سرعت جمع شدن، جریان قطر رشته و… با استفاده از این نرم افزار به چاپگر منتقل می شوند.

چاپ هوشمندانه لایه

بر اساس تنظیمات، زمان چاپ و طول ماده مورد نیاز برای چاپ توسط خود نرم افزار نمایش داده می شود، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است. در اینجا زمان چاپ 1 ساعت و 14 دقیقه است و مواد استفاده شده 10 گرم است. تنظیمات دیگر این چاپ را نیز می توانید در تصویر مشاهده کنید.

چاپ هوشمندانه لایه

پس از بارگذاری فایل STL و انجام تنظیمات، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است، می توان از این نرم افزار برای تجسم نحوه چاپ ما با استفاده از گزینه لایه ها استفاده کرد. اینکه چگونه چاپ به نظر خواهد رسید زمانی است که لایه 78 این چاپ را انجام می دهد، خط رنگ آبی نشانگر مسیر اکسترودر ماست.

تنظیمات چاپگر های 3 بعدی

پس از انجام این فایل را می توان به G-Code تبدیل کرد که می تواند برای چاپ به چاپگر منتقل شود. این همان مدل شما است که در زمان ذکر شده چاپ می شود.

نمونه های طراحی سه بعدی

آینده چاپ سه بعدی چیست؟

چاپ سه بعدی چالش های خاص خود را دارد. از سرعت عملکرد، نقص مکانیکی در محصولات و انتخاب محدود مواد (بیشتر پلاستیکی) رنج می برد. به دلیل سرعت کم کار در پرینتر های سه بعدی، شرکت های تولید کننده ممکن است در رقابت با استراتژی ناکارآمد بازار شکست بخورند. اما امیدوارم که این رشته در حالی که این مقاله را می خوانید در حال پیشرفت باشد و دامنه وسیعی در پیش رو داشته باشد. همه چیز به چگونگی تصمیم گیری فرد برای استفاده از این فناوری بستگی دارد.

کاربرد چاپگر سه بعدی

چاپ سه بعدی در بخش های مختلف صنایع از اتومبیل گرفته تا هوا فضا و هوانوردی تا ابزارهای چاپ زیستی و بهداشتی کاربردهای زیادی پیدا می کند. چاپ سه بعدی همچنین می تواند در ساخت اشیا روزمره و پروژه های شخصی، زیاد مورد استفاده قرار گیرد. زمان لازم برای چاپ مدل سه بعدی هر شی غالبا فقط به اندازه و ساختار شی ای که باید چاپ شود بستگی دارد. چاپ هر شی ممکن است چندین ساعت تا چند روز طول بکشد. این زمان همچنین به روش مورد استفاده چاپگر و میزان پیچیدگی مدل نیز بستگی دارد. فناوری سیستم افزودنی می تواند زمان اتلافی شما را کمتر و کمک کند تا شی در چند ساعت چاپ شود.

خدمات چاپ 3 بعدی

چاپگر های سه بعدی گران هستند و هرکسی توانایی پرداخت آن را برای اهداف شخصی خودش ندارد، بنابراین شرکت ها و کارخانه های مختلفی خدمات چاپ سه بعدی را ارائه می دهند. همچنین خدمات چاپ سه بعدی بصورت آنلاین نیز وجود دارد که خدمات چاپ سه بعدی را در محدوده قیمت به صرفه ای ارائه می دهند و می توانند هر شی را از یک فایل دیجیتالی که در وب سایت آن ها بارگذاری می کنید چاپ و به شما تحویل دهند.

برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید.

برای دریافت مطالب جدید کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس را دنبال کنید.

تصویر از محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *