آشناییی بافرآیندپرینت سه بعدی ومراحل آن

پرینت سه بعدی یک فناوری نوین است که امکان تولید اشیا سه بعدی را با استفاده از مدل‌های دیجیتالی فراهم می‌کند.

این فرآیند با افزایش لایه به لایه، اشکال سه بعدی را به صورت فیزیکی پرینت می‌کند. در ابتدا، یک مدل دیجیتالی سه بعدی از شیء مورد نظر ایجاد می‌شود، سپس این مدل به نرم‌افزار پرینت سه بعدی ارسال می‌شود. با انتخاب ماده‌ای مناسب برای پرینت، دستگاه پرینت سه بعدی به طور مرتب لایه‌های مواد پرینت‌سازی را روی هم می‌چیند و شیء سه بعدی را تدریجاً ایجاد می‌کند.

 

چاپ سه بعدی یک نوع فرایند تولید است که در آن دستگاه پرینت سه بعدی  یک شی سه بعدی را با قراردادن لایه های پی در پی مواد روی هم تولید می­ کند.

این فرایند همچنین به عنوان تولید افزایشی (AM) شناخته می شود، زیرا با روش های تولید سنتی مانند ریخته گری که اصطلاحا به آنها تولید کاهشی نیز گفته می شود متفاوت است.

در روش­ های تولید کاهشی جسم مورد نظر با استفاده از برش یا شکل دادن به محصول نهایی تبدیل می­ شود.

تولید افزایشی می تواند اشکال و قطعاتی را تولید کند که با استفاده از سایر روش های ساخت دشوار یا حتی غیرممکن است.

 

مراحل پرینت سه بعدیn

 

۱)طراحی مدل

 

اولین گام در یک فرایند چاپ سه بعدی، ایجاد یک مدل دیجیتال از شی از طریق مدل سازی با نرم افزار طراحی (CAD) است.

مدل سه بعدی را می توان طراحی کرد یا از طریق تکنیک­ های اسکن سه بعدی از یک شی بدست آورد.

 

۲)آماده سازی

 

در این مرحله مدل سه بعدی طراحی شده را وارد یکی از نرم­ افزارهای اسلایسر مانند simplyfy می­ کنند تا تنظیمات مورد نیاز براساس نوع دستگاه پرینتر سه بعدی روی آن انجام شود و به صورت فایل G-code  ذخیره شده و به دستگاه پرینت سه بعدی داده می­ شود.

 

۳)ساخت

 

دستگاه براساس فایلی که به آن داده شده است جسم مورد نظر را با تزریق مواد به صورت لایه لایه ایجاد می­ کند.

 

۴) پردازش مدل ساخته شده

 

در این مرحله براساس نیاز، فرآیند تمیزکاری، پولیش و.. روی قطعه انجام می­ شود.

 

انواع روش های پرینت سه بعدی:

 

1. استریولیتوگرافی یا (Stereolithography(SLA
2. تف جوشي انتخابي با لیزر یا( Selective Laser Sintering(SLS
3. جوش افزایشي یا اکستروژن مواد Fused Deposition Modeling (FDM)
4. فرایند نور دیجیتالDigital Light Process (DLP)
5. PolyJet
6. پخت مستقیم فلز توسط لیزرDirect Metal Laser Sintering (DMLS)
7. ذوب پرتو الکترونیElectron Beam Melting (EBM)

 

۱- جوش افزایشي یا اکستروژن مواد(FDM)

 

در این روش از یک فیلامنت پلیمری ترمو پلاستیک استفاده می ­شود، فیلامنت گرم مي­ شود تا ماده به حالت نیمه مایع درآمده و مدل مورد نظر به صورت لایه لایه ساخته مي­ شود.

آکریلونیتریل بوتادین استایرن(ABS)و پلی لاکتیک اسید(PLA) رایج ترین مواد مورد استفاده در این نوع پرینت هستند.

ویژگی اصلی این روش خاصیت ترمو پلاستیک پلیمر است که سبب می­ شود در طول پرینت لایه ها به هم متصل شوند. هزینه پایین، سرعت بالا و آسان بودن پروسه، مهم ترین مزایای FDM هستند.

 

مزایای روش FDM

– در این روش هزینه تولید نسبت به بقیه روش­ ها پایین است و با حداقل هزینه می توان قطعات بزرگ را تولید کرد.

– امکان استفاده مجدد از فیلامنت وجود دارد.

– امکان ساخت این نوع دستگاه پرینت در خانه هم وجود دارد.

 

معایب روش FDM

– با افزایش حجم چاپ کیفیت نمونه افت می­ کند.

– زمان پرینت طولانی است.

– امکان تاب برداشتن نمونه وجود دارد.

 

۲- تف جوشي انتخابي با لیزر (SLS)

 

در این روش از لیزر به عنوان منبع انرژی برای تولید قطعه سه بعدی استفاده می­ شود. مواد اولیه ممکن است هر چیزی همانند نایلون ها، سرامیک ­ها، شیشه و یا فلزاتی چون آلومینیوم، فولاد و نقره باشد. با توجه به امکان استفاده گستره وسیعی از مواد به عنوان ماده اولیه در این روش، SLS در پرینت سه بعدی محصولات سفارشی بسیار مشهور است.

روش کار پرینتر های سه بعدی SLS به این صورت است که لیزر بر روی نقاطی که از طریق نرم افزار و دستورات پرینت در هر لایه مشخص می کند فوکوس کرده و در اثر تمرکز اشعه لیزر بر روی این نقاط، باعث جوش قوی در این نقاط شده و قطعه کار در همان لایه شکل می­ گیرد.

 این دستگاه دارای دو‌ مخزن می­باشد که مخزن اول جایگاه مواد مصرفی که از پودر فلز یا پلاستیک پر شده و مخزن دوم در اصل همان میز کار است.

در زمان پرینت، مخزن اول که همان انبار مواد اولیه است به اندازه یک لایه بالا می ­آید و همزمان میز کار به اندازه یک لایه پایین می­ آید.

یک غلتک که در انتهای میز قرار دارد شروع به حرکت کرده و پودری که به اندازه یک لایه از مخزن مواد اولیه بالا آمده را به سمت میز کار حرکت می ­دهد.

با حرکت مواد اولیه بر روی میز کار توسط غلتک، یک لایه صاف از پودر بر روی میز قرار می­ گیرد. حرکت میز و مخزن مواد اولیه در هر لایه شبیه به حرکت الاکلنگ بوده، به طوری که با حرکت مخزن به سمت بالا به همان میزان میز کار پایین آمده، که مواد اولیه که پودر می­ باشد به صورت یک دست بر روی میز بنشیند.

سپس لیزر مطابق با فرمان نرم افزار فقط بر روی نقاطی که شامل قطعه کار است زوم کرده و لایه اول قطعه کار از همین طریق جوش خورده و شکل می­ گیرد.

 

مزایا روش SLS

 -قطعات ساخته‌شده با پرینتر SLS دارای خواص خوب مکانیکی هستند. همچنین این قطعات تا حد زیادی ایزوتروپیک هستند.

 -در ساخت با استفاده از پرینتر SLS نیازی به استفاده از ساپورت نیست. به همین دلیل هندسه‌های پیچیده به‌راحتی می‌توانند تولید شوند.

 

معایب روش SLS

 _ قطعات ساخته‌شده در پرینتر SLS دارای سطوحی دانه‌دانه و ساختار درونی متخلخل هستند. به همین دلیل برای رسیدن به کیفیت سطح خوب و همچنین عدم جذب آب نیاز به استفاده از پردازش‌هایی پس از اتمام پرینت سه بعدی است.

 _سطوح صاف بزرگ و حفره‌های کوچک در پرینتر SLS نمی‌توانند با دقت ساخته شوند. به این دلیل که این ساختارها در طی فرآیند پرینت سه بعدی SLS به ترتیب دچار تاب‌خوردگی می‌شوند.

 

۳- استریولیتوگرافی (SLA)

 

در این روش یک لیزر قدرتمند به رزین مایع که در مخزنی قرار دارد می‌ تابد تا آن را سخت کرده و به شکل سه بعدی دلخواد دربیاورد.

به طور خلاصه، این فرایند با استفاده از یک لیزر، مایع حساس به نور را به صورت لایه به لایه تبدیل به پلاستیک جامد سه بعدی می ­کند. با شروع فرایند، لیزر اولین لایۀ پرینت را در رزین حساس به نور ترسیم می­ کند. محل برخورد لیزر با رزین مایع، سفت و جامد می­ شود. لیزر توسط یک آینۀ تحت کنترل کامپیوتر به سمت مختصات درست هدایت می­ شود.

در این مرحله، لازم به ذکر است که اکثر پرینترهای سه بعدی رومیزی SLA بصورت وارونه کار می­کنند. یعنی لیزر بالای سکوی ساخت را هدف می ­گیرد که این سکو از پایین شروع می ­کند و به تدریج بالا می­ آید.

 

مزایای روش SLA

+ کیفیت سطحی خوب نمونه تولید شده

+زمان چاپ کوتاه است

+برای تولید قطعات با ظرافت بالا مناسب هستند به همین دلیل بهترین گزینه برای تولید طلا و جواهرات هستند.

 

معایب روش SLA

– با قرار گرفتن قطعات در معرض نور خورشید خواص مکانیکی و ویژگی­های ظاهری آنها به مرور زمان تضعیف می­ شود.

-تولید به این روش هزینه بر است.

 

۴- فرایند نور دیجیتال(DLP)

 

پرینت سه بعدی دی ال پی به صورت اختصاصی برای پرینت قطعات با دقت  و ظرافت بسیار بالا که در صنایع دندانپزشکی و جواهرسازی استفاده می­ شود.

اصل عملکرد فناوری پردازش نور دیجیتال را می توان به شرح زیر توصیف کرد:

یک سیستم میکرو الکترومکانیکی با استفاده از آینه­ های نصب شده روی یک تراشه نیمه هادی تصویری ایجاد می­ کند، برنامه کامپیوتری شامل یک مدل سه بعدی آماده است که بر اساس آن نور بر روی مناطق مورد نیاز مواد مصرفی می­ افتد، به این ترتیب لایه ­ها به تدریج یکی یکی تشکیل می­ شوند.

 

مزایای روش DLP

-سرعت چاپ بالا

-دقت عالی چاپ

-کاربرد برای حوزه های مختلف

 

۵- روش Polyjet

 

عملکرد پرینتر سه بعدی Polyjet دقیقا مشابه عملکرد پرینترهای جوهر افشان است با این تفاوت که به جای پاشیدن قطره ­های جوهر بر روی کاغذ، محلول رزین ­های پلیمری رنگی به کمک نازل های بسیار دقیق بر روی میز کار تولید سه بعدی دستگاه پاشیده می­ شود و با سرعت با نور UV به حالت جامد در می ­آید.

پرینترهای پلی جت می ­توانند تا ۰٫۱ میلی متر دقت داشته باشند تا صاف ترین سطوح و نازک ترین دیوارها را ایجاد کنند.

بنابراین، آن ها را برای تولید نمونه های اولیه با هندسه ­های پیچیده ایده ­آل می کند. علاوه بر این،Polyjet  به شما این امکان را می دهد مواد مختلف را مخلوط کنید. یعنی، شما می توانید مواد سفت و سخت را با مواد انعطاف پذیر در همان چاپ ترکیب کنید.

 

۶- پخت مستقیم فلز توسط لیزر (DMLS)

 

تف جوشی مستقیم لیزری فلزات یک روش رایج چاپ سه بعدی است که به عنوان ذوب لیزری انتخابی SLM نیز شناخته می ­شود. هنگامی که یک لایه چاپ می ­شود، دستگاه پودر بیشتری را روی قطعه پخش می­ کند و این روند را تکرار می­ کند.

این فرآیند برای چاپ قطعات دقیق و با وضوح بالا با هندسه های پیچیده ایده ­آل است. ماشین‌های DMLS از لیزر برای گرم کردن ذرات تا نقطه ذوب آن در یک فرآیند دیجیتالی استفاده می‌کنند که نیاز به قالب‌های فیزیکی را از بین می‌برد. قطعات به دست آمده دقیق هستند، کیفیت سطح عالی و خواص مکانیکی خوبی دارند.

مزایای روش(DMLS)

-برای تولید اشکال و طرح های منحصر به فرد با خواص مکانیکی و مواد پایدار عالی است.

 

۷- ذوب پرتو الکترونی(EBM)

 

از یک پرتو الکترونی پرقدرت برای ذوب پودرهای فلزی رسانا مانند مس و تیتانیوم با هم لایه به لایه استفاده می‌کند. قطعات به دست آمده بسیار متراکم و از نظر مکانیکی قوی هستند و در همه چیز از تیغه های توربین گرفته تا ایمپلنت های ران کاربرد دارند.

در این روش نیز همانند SLM ماده اولیه به صورت پودر می­ باشد. تفاوت اصلی این دو روش در این است که SLM از پرتو لیزر قدرتمند به عنوان منبع انرژی استفاده می­ کند، این در حالی است که EBM از یک پرتو الکترون استفاده می­ کند. ماده مورد استفاده در EBM، پودر فلزی است که در اثر تابش پرتو الکترونی که توسط کامپیوتر کنترل می­ شود، ذوب شده و لایه به لایه تا تشکیل نهایی قطعه ادامه می­ یابد.

 

کاربرد فناوری پرینت سه بعدی

 

– صنایع پزشکی:

 

ساخت ایمپلنت و بریج دندانی

ساخت دندان مصنوعی

تولید انواع پروتز­های بدن مانند پروتز ران و مفصل

 

-صنایع خودرو:

 

انواع قطعات خودرو را با این روش می ­توان تولید کرد

-جواهر سازی

-ساخت پهباد

-صنایع هوایی

 

– معماری:

 

پرینت سه بعدی موجب تحول صنعت معماری شده است. حتی به زودی امکان دارد خانه­ هایی به صورت انبوه با روش پرینت سه بعدی ساخته‌ شود. در شهر آمستردام هلند، شرکت معماری Dus Architects یک خانه را با فناوری پرینت سه بعدی ساخته است که به عنوان بخشی از یک پروژه تحقیقاتی طراحی و توسعه سه ساله این شرکت محسوب می‏‏ شود. با کمک این فناوری هر بخش از خانه و هر یک از اتاق‏ های آن قبل از مونتاژ و چیدمان به طور جداگانه پرینت می‌شوند.