تکنولوژی پرینت سه بعدی یکی از شیوه های تولید افزایشی می باشد و با استفاده از لیزر به عنوان منبع تغذیه سبب رسوب مواد اولیه (که معمولاً فلز است) می شود. در این روش لیزر به صورت خودکار نقاط تعریف شده توسط مدل سه بعدی را هدف قرار داده و مواد اولیه را برای ایجاد یک ساختار جامد به هم متصل می نماید.

نحوه کار تکنولوژی تولید افزایشی به این صورت می باشد که پرینتر سه بعدی از یک نوع منبع تغذیه مانند، لیزر دی اکسید کربن استفاده کرده و مخلوطی از ذرات ریز مواد اولیه مانند پلاستیک، فلز، سرامیک و یا پودر شیشه را به توده ای جامد سه بعدی تبدیل می نمایند. این لیزر به طور انتخابی، مواد پودر مانند را با استفاده از مدل سه بعدی نمونه (به عنوان مثال یک فایل سه بعدی طراحی شده به وسیله CAD و یا اسکن سه بعدی) بر روی سطح تولید می کند. روش لایه سازی در این تکنولوژی به این صورت است که ابتدا لایه ایی از مواد اولیه بر روی پلت فرم قرار داده و پس از جامد شدن و لایه سازی توسط لیزر، لایه بعدی مواد اولیه را بر روی لایه قبل قرار می دهیم و این روند تا کامل شدن نمونه مورد نظر ادامه می یابد.

تاریخچه پرینت سه بعدی

اولین تکنولوژی پرینت سه ‌بعدی در سال ۱۹۸۰ میلادی در ژاپن کار شده است. دکتر کودامای اولین بار این تکنولوژی را به نام خود ثبت کرد. در آن زمان این تکنولوژی نمونه‌سازی سریع نامیده می‌شد، دلیل این نام‌گذاری این بود که، این فناوری در واقع برای ساخت سریع و کم‌هزینه نمونه اولیه جهت یک تولید انبوه طراحی شده بود.

خانه هوشمند

امکان‌سنجی و ایده پردازی پرینت‌های سه بعدی برای اولین بار در سال ۱۹۵۰ به ذهن دانشمندان راه یافت. طرح اولیه ی پرینترهای سه بعدی در دهه هشتاد با نام “Rapid Prototyping” ارائه اولین نمونه از آن توسط چارز هال ساخته و به نام این دانشمند ثبت شده است. اما پرینترهای سه بعدی در حال حاضر برای اولین بار با روش SLA درسال ۱۹۸۶ ساخته و دوسال بعد وارد بازار شدند.

 

تفاوت های دستگاه های پرینت سه بعدی

اصلی‌ترین تفاوت، در اصول اولیه پرینت سه‌بعدی یعنی فرایند ساخت لایه به لایه آن می باشد. در واقع در این روش تولید، متفاوت از تمامی متدهای تولید سنتی می باشد. شیوه ی کاری پرینت سه‌بعدی به نحوی است که لایه‌ها را با دقت کسری از میلی‌متر، به صورت بخش بخش آماده می‌سازد، در حالی که متدهای سنتی تماماً بر اساس براده برداری یا قالب‌ریزی و ریخته‌گری بوده‌اند و خود کلمه یاد شده Manufacturing ریشه ی لغوی ریشه در زبان فرانسوی دارد، که به معنای «ساخته شده توسط دست» می‌باشد. در روش‌های سنتی که ذکر شد محدودیت‌ها و معایب بسیاری نیز دیده می‌شود، مثلاً در روش براده‌ برداری که از یک قطعه بزرگتر به جسم نهایی می‌رسند معمولاً ۹۰٪ از ماده هدر می‌رود، که هزینه ی زیادی برای تولیدکننده و در نتیجه مصرف‌کننده در بر خواهد داشت. در مقابل این ایده، پرینت سه‌بعدی لایه‌ها را برروی هم می‌سازد و هیچ‌گونه هدر رفتی از ماده اولیه نخواهیم داشت و نیز می توان گفت که این فعالیت کاملاً به صورت اتوماتیک صورت می پذیرد و از  دقت بالایی برخوردار است.

پرینت سه‌ بعدی یک فناوری توانمند است، که طراحان را تحریک و تشویق می نماید و به آن‌ها آزادی طراحی بی‌سابقه‌ای می‌دهد. این در حالی است که این فرایند ابزار کمتری نیاز دارد و در نتیجه باعث کاهش هزینه‌های سنگین می‌شود. همچنین به‌وسیله این تکنولوژی قطعات را می‌توان به‌ صورت خاص طراحی نمود و نیازی به مونتاژ با هندسه پیچیده و ویژگی‌های پیچیده برای دستگاه نیست.

این فناوری همچنین به عنوان یک تکنولوژی با مصرف بهینه انرژی ظهور کرده‌است و همچنین هیچ‌گونه آلودگی‌ای برای محیط زیست ندارد. استفاده از مواد استاندارد سبب می شود که طول عمر قطعات بیشتر می‌شود، وزن آن‌ها کاهش می‌یابد در عین حال استحکام بالا می‌رود.

خانه هوشمند

در سال‌های اخیر فناوری پرینت سه‌بعدی از نمونه سازی سریع و فرایند تولید صنعتی فراتر رفته‌ و به کمپانی‌های کوچک وحتی فعالیت‌های شخصی نیز راه پیدا کرده‌ است.

کاربرد پرینت سه بعدی

امروزه بهره گیری از امکانات پرینت سه بعدی در بسیاری از رشته‌ها همچون قطعه سازی، معماری، طراحی صنعتی، روباتیک، صنایع هوافضا و… رایج است. این مدلسازی ها تا پیش از این به شکل تصاویر دو بعدی روی صفحه‌های نمایشگر یا روی کاغذ ارائه می‌شدند، تا افراد با دیدن آن‌ها درکی از آنچه طراحان در ذهن شان دارند بدست آورند.

پرینترهای سه بعدی توانایی تولید هر نوع قطعه‌ای با هر شکل و زاویه‌ای که باشد، تو پر باشد، یا تو خالی، صاف باشد یا منحنی، … هر قطعه‌ای با هر طراحی را دارند. این نیاز در همه ی عرصه ها قابل لمس می باشد. صنعت، پزشکی، آموزشی، خودرو سازی، نظامی و هر کاری که نیاز به شبیه‌سازی، تولید ماکت و ساخت طرح اولیه دارد، با استفاده از پرینتر سه بعدی، هم می‌توان، پروسه زمان بر شبیه‌سازی و ساخت ماکت قطعات را نیز سرعت بخشید و تنها با پرینت گرفتن طرح سه بعدی در زمانی بسیار کم، به بررسی قطعه پرداخت.

 

کاربرد پرینت سه بعدی در زمینه تکنولوژی هوافضا

چاپ سه بعدی در علم هوافضا، موجب نوآوری سریع و پروازی با اعتماد به نفس خواهد شد. این تکنولوژی به محققان کمک می‌کند تا ایده‌های خود را به راحتی تصویرسازی کنند و بهتر بتوانند تحقیقات خود درباره فضای ماورا جو زمین را کامل نمایند. در گذشته طراحان هوافضا باید زمان زیادی را صرف تصور و مدلسازی می‌نمودند. اما امروزه به کمک تکنولوژی چاپ سه بعدی، این امکان برای مهندسین هوافضا وجود دارد که، در ساخت تجهیزات، دستگاه‌ها و قطعات یدکی هواپیما بتوانند اختراعات خود را به راحتی نمونه سازی نمایند و بتوانند قالب‌های مختلفی را چاپ نمایند و حتی در تعمیر قطعات هواپیمای خود از سرعت عمل خوبی برخوردار باشند. عدم وابستگی به ساخت در قالب‌ها و در نتیجه افزایش توانایی برای تولید قطعات پیچیده بدون محدودیت در هندسه باعث شده که این روش نسبت به روش‌های قدیمی تر همچون ریخته‌گری و ماشین کاری پیشرفت چشمگیری داشته باشد. از مزایای استفاده از این فناوری، ساخت قطعات یکپارچه و مستحکم است به گونه‌ای که دیگر نیاز به مونتاژ چندین قطعه روی هم نیست. در سال‌های اخیر شاهد تولید نهایی قطعات موتور فضاپیماها و موشک‌ها توسط پرینترهای سه بعدی هستیم. با توجه به محدودیت‌های موجود در به‌کارگیری روش‌های دیگر ساخت قطعات در فضا شیوه استفاده از چاپ سه بعدی روش منحصر به فرد در ساخت قطعات مورد نیاز در فضا است.

کاربرد پرینت سه بعدی در زمینه معماری

ساخت سریع جزئیات ساختمان،مدل‌ها و ماکت‌های با دوام از طراحی‌های مختلف معماری، تنها با چاپ سه بعدی امکان‌پذیر شده‌ است. تکنولوژی چاپ سه بعدی به معماران و شرکت‌های معماری کمک می‌کند که به طرز حیرت ‌انگیزی ماکتی بادوام و دقیق از مدل‌های طراحی شده و آرایه‌های مختلف طرح خود داشته باشند.

کاربرد پرینت سه بعدی در زمینه خودروسازی

چاپ سه بعدی نمونه طراحی شده قطعات در خودروسازی و بررسی دقیق نمونه، قبل از تولید، از کوچکترین خطا در تولید جلوگیری کرده و به طراحی دقیق تر تجهیزات کمک می‌کند. مهندسین می‌توانند با چاپ سه بعدی نمونه قطعات با حجم کم، بررسی‌های لازم را دقیق تر انجام داده و از تولید و اشتباهات مکرر جلوگیری کنند. چاپ سه بعدی موانع نوآوری در تولید را می‌شکند و حرکت در راستای تولید با اطمینان را سرعت می‌بخشد.