تکنولوژی‌های چاپ سه بعدی

معرفی انواع چاپگرهای سه بعدی

امروزه با وجود پرینترهای سه بعدی، کار چاپ بسیار جذاب شده و سرعت بالایی گرفته است. در اینجا قصد داریم انواع پرینترهای سه بعدی را به شما معرفی کنیم تا با این تکنولوژی آشنا شوید.

پرینت سه بعدی چیست؟

در پرینت سه بعدی، تصویر دو بعدی که در کامپیوتر وجود دارد، به صورت سه بعدی و واقعی چاپ می‌شود. عملکرد این پرینترها به این صورت است که در طی فرایند افزودن لایه‌ها، یک شی ساخته خواهد شد. در این فرایند، لایه‌ها به‌صورت برش‌های افقی روی هم قرار می‌گیرند و شی ساخته می‌‌شود. به نحوه ساخت اشیا در پرینتر سه بعدی، ساخت افزایشی نیز می‌گویند. در پروسه ساخت دو روش مرسوم برای تولید قطعات وجود دارد. روشی که همه با آن آشنا هستند، ساخت کاهشی است که با استفاده از مواد اولیه و ابزار ساخت و ساز به محصول دلخواه خود می‌رسید.

اما در ساخت افزایشی، از قرار دادن متریال و مواد اولیه به صورت لایه لایه روی هم، قطعه مورد نظر را می‌سازید. تمامی مدل‌های پرینتر سه بعدی، از روش ساخت افزایشی برای تولید قطعات استفاده می‌کنند.

از پرینترهای سه بعدی برای ساخت ماکت و مجسمه و … استفاده می‌شود. با وجود این پرینترها، ساخت لوازم بدون دردسر و حتی سریع‌تر انجام می‌شود.

در ادامه به بررسی انواع پرینترهای سه بعدی خواهیم پرداخت.

پرینتر سه بعدی FDM

یکی از متداول‌ترین پرینترهایی که در بازار وجود دارد و به راحتی هم در دسترس کاربران است، پرینترهای FDM هستند که قیمت بسیار مناسبی داشته و مواد اولیه آنها هم به راحتی و با هزینه کم در دسترس هستند.

پرینتر سه بعدی FDM، به نسبت دیگر پرینتر‌ها از قیمت خرید کمتری برخوردار است. شاید این عامل باعث شده که سرعت، کیفیت و دقت چندان بالایی نداشته باشد. باید این نکته را بدانید که نمی‌توانید روی این پرینتر، برای پرینت قطعات با پیچیدگی بالا حساب کنید.

نحوه عملکرد پرینتر FDM 3D که به آن فیلامنت هم میگویند، به این صورت است که با ذوب کردن پلاستیک و اکسترود آن، مدل شما را به صورت لایه‌های برش خورده افقی ایجاد می‌کند. به عبارت دیگر فیلامنت بعد از ذوب شدن به صورت رشته‌ای، از نازل بیرون آمده و روی رشته قبلی که حالا سرد و خشک شده است قرار می‌گیرد. این پرینتر رزولوشنی بین ۵۰ تا ۴۰۰ میکرومتر دارد.

ابتدا یک رول از فیلامنت را روی پرینتر قرار می‌دهند و زمانی که دمای پرینتر به حد موردنظر رسید، فیلامنت وارد نازل شده و در اثر گرما ذوب می‌شود. اکسترودر پرینتر این امکان را دارد که در سه جهت محورهای X، Y و Z حرکت کند و لایه لایه مواد را روی سطح موردنظر خالی کند. درنهایت با وجود فن پرینتر، مواد خشک خواهند شد. البته فن تنها در برخی از مدل‌های پرینتر وجود دارد، این فن‌ها باعث می‌شوند قطعات با سرعت بیشتری خشک شده و کیفیت پرینت نیز افزایش یابد. هرچه رزولوشن پرینت کمتر باشد، مدل نهایی دارای صافی بیشتری است.

پرینتر سه بعدی SLA

پرینتر سه بعدی SLA که مخفف استریولیتوگرافی یا همان Stereo Lithography است، هم به صورت لایه‌ای چاپ می‌کند. در پرینتر سه بعدی SLA دو نوع مکانیزم برای ساخت قطعات وجود دارد:

• مکانیزم بالا به پایین
• مکانیزم پایین به بالا

در مکانیزم بالا به پایین، لیزر در بالای تانک قرار داشته و به همین دلیل قطعه از بالا به پایین ساخته می‌شود. در مکانیزم پایین به بالا، به دلیل قرار گرفتن لیزر، در قسمت زیرین تانک قطعه از پایین به بالا ساخته می‌شود.

پرینترهای SLA، از رزین مایع برای سخت کردن مدل ساخته شده استفاده می‌کند و با تاباندن نور فرابنفش این عمل انجام می‌شود، زیرا این متریال به نور حساس هستند. از این پرینتر برای ساخت محصولات مهندسی و نمونه سازی صنعتی استفاده می‌شود.

با توجه به اینکه در پرینتر SLA، مدل از بالا به پایین ساخته می‌شود، سینی ساخت مدل داخل مخزن رزین قرار دارد. با تابش لیزر UV به مایع رزین، مدل سخت و یک لایه تشکیل می‌شود و به دنبال آن لایه‌های بعدی هم تشکیل می‌شوند.

مواد موردنیاز برای ساخت مدل با پرینتر SLA، رزین است و قطعاتی که با آن ساخته می‌شوند مقاوت زیادی نداشته و برای کارهای سخت توصیه نمی‌شوند. یکی از مشکلاتی که اغلب کاربران، از آن شکایت کرده‌اند پیچ خوردگی، تاب و شکستگی قطعات ساخته شده است. باید این نکته را به یاد داشت که، پرینتر‌های sla قطعاتی با جزئیات بسیار و دقیق تولید می‌کنند. همین عامل سبب می‌شود این محصولات بسیار حساس و شکننده باشند.

تنظیمات پرینتر SLA توسط شرکت سازنده انجام می‌شود و کاربر این پرینتر قادر به تغییر تنظیمات نیست. تنها متغیر‌هایی که کاربر می‌تواند آن‌ها را تغییر دهد، جهت گیری مدل سه بعدی و ضخامت لایه است.

قطعات ساخته شده با این پرینتر، دارای رفتاری یکسان در برابر نیروی وارد شده از جهات مختلف دارند.

پرینتر سه بعدی DLP

پرینترهای سه بعدی DLP هم مانند پرینترهای سه بعدی SLA عمل می‌کنند. با این تفاوت که نور UV در پرینتر DLP، توسط ویدئو پروژکتور تابیده می‌شود و در پرینترهای SLA، نور UV توسط لیزر به مدل تابیده می‌‎شود. این پرینتر‌ها، از دقت و سرعت بسیار بالایی برخوردار هستند. یکی از بزرگ‌ترین مزیت‌های پرینتر DLP به نسبت سایر پرینتر‌ها این است که، اجزا و قطعات به کار رفته در آن‌ها، ساده‌تر از مابقی مدل‌ها بوده و همین عامل باعث کاهش هزینه نگهداری و تعمیر آن می‌شود.

مواد اولیه برای ساخت مدل در این پرینتر از رزین سرامیکی و رزین قابل ریخته‌گری بوده و فناوری چاپ هم به صورت لایه‌ای عمل می‌کند.

از پرینترهای DLP، بیشتر در صنعت پزشکی، دندانپزشکی و ساخت جواهرات استفاده می‌شود. برای ساخت ارتودنسی‌های شفاف، این نوع پرینتر کاربرد زیادی دارد.

در صنعت طلا و جواهر هم ابتدا مدل سه بعدی را ساخته و وارد پروسه ریخته‌گری می‌شود. در نهایت هم قطعه فلزی ساخته می‌شود.

در زمینه دندانپزشکی دیجیتال از پرینتر سه بعدی DLP استفاده می‌شود.

پرینتر سه بعدی DMLS

پرینتر سه بعدی DMLS، برای ذوب آلیاژ از لیزر استفاده می‌کند و فرایند ساخت مدل هم به صورت لایه‌ای انجام می‌شود. فرایند ساخت مدل در این پرینتر در یک محیط بسته و خالی از اکسیژن انجام می‌شود که از گاز نجیب پر شده‌است. پودر مورد استفاده برای چاپ توسط پرینتر DMLS، پخته شده و تنها با آلیاژهای نیکل تیتانیوم ۶۵ کار می‌کند.

لازم به ذکر است که، با استفاده از این پرینتر قادر هستید قطعات بزرگی را تولید کنید و دقت بالایی هم دارد.

فناوری ساخت قطعات با این پرینتر به این صورت است که ابتدا لایه‌ای پودر روی سطح قرار می‌گیرد و با تابش لیزر به آن، ذرات فلز پخته شده و به یکدیگر میچسبند و در نهایت یک لایه ساخته می‌شود. به همین ترتیب لایه‌های بعدی هم شکل می‌گیرند.

پودر فلز پرینتر سه بعدی DMLS قابل بازیافت است.

پرینتر سه بعدی SLS

فناوری ساخت مدل با استفاده از پرینتر سه بعدی SLS، به واسطه ذوب ذرات پودر پلیمر و چسبیدن آنها به یکدیگر ایجاد می‌شود. ساخت مدل با این نوع پرینتر هم به صورت لایه‌ای است و بعد از ساختن یک لایه، لایه بعدی روی آن ساخته می‌شود. قطعات تولید شده با این پرینتر، از استحکام و دوام بالایی برخوردار هستند. این پرینتر سرعت بالایی در تولید قطعات کاربردی دارد، اما باید این نکته را نیز در نظر گرفت که پرینتر SLS از دقت متوسطی برخوردار است و توانایی تولید قطعات خاصی را ندارد.

دقت ساخت این پرینتر نسبت به FDM و SLA بیشتر است و نمونه‌های دقیق‌تری تولید می‌کند. اما تعداد قطعاتی که با آن ساخته می‌شود دارای تیراژ کم است.

مدل‌هایی که با این پرینتر ساخته می‌شوند، دارای پیچیدگی هندسی بوده و کاربر آزاد است که هر طرحی را با آن پیاده کند.

پودر خام باقی مانده از پرینتر SLS، قابل استفاده مجدد است.

پرینترهای سه بعدی با تکنولوژی Multi Jet Fusion

پرینتر سه بعدی مولتی جت فیوژن ترکیبی از تکنولوژی‌های SLS و متریال جتینگ–پلی جت است. تعدادی نازل جوهرافشان از محیط پرینت عبور می‌کنند و یک عنصر اتصال دهنده را روی یک لایه نازک از پودر پلاستیک می‌ریزد. همزمان در گوشه های قطعه یک عنصر ذوب کننده تزریق می شود. سپس یک منبع انرژی IR با نیروی بالا از روی سینی ساخت می گذرد و قسمت هایی که عنصر اتصال دهنده دارند ذوب شده و به هم متصل می شوند. این پروسه تا وقتی قطعات ساخته شوند تکرار می شود.

(MJF) Multi Jet Fusion یک فناوری تولید افزودنی است که توسط HP ساخته شده و در ماه مه 2016 رونمایی شده است و باعث ایجاد هیجان و اضطراب گسترده در صنعت در اقدامات برابر می شود. MJF در خانواده فن آوری های Powder Bed Fusion (PBF) قرار دارد و جنبه های SLS و Material Jetting را به اشتراک می گذارد. HP ادعا می کند که MJF حداکثر 10 برابر سریعتر از فن آوری های رقیب است ، قادر به چاپ 12000 وکسل در هر اینچ خطی در هر لایه است.

روش کار MFJ همانند Stereolithography، فرآیندهای کیفیت بالای MJF از یک نور UV برای عبور از فتوپلیمر استفاده می کنند؛ با این حال، به جای این که یک لیزر لایه ها را بهبود ببخشد، سرنازل پرینتر، قطره های کوچکی از فتوپلیمر را پرتاب می کند (شبیه به جوهر در پرینترهای جوهرافشان) و به شکل لایه اول در می آورد. لامپ UV که به سر پرینتر متصل است از روی پلیمر رد می شود و شکل لایه را ثابت می کند.

سپس بستر ساخت به اندازه ضخامت یک لایه پایین می رود و متریال بیشتری مستقیما روی لایه قبلی دپوزیت می شود. این فرآیند تا پایان ساخت قطعه تکرار می شود. سر چاپگر سه بعدی شامل تعداد زیادی جت (بیش از 100 عدد) است که به‌صورت خطی آرایش یافته‌اند. در این فرآیند، مواد ترموپلیمر (موم) و آکریلیک فتوپلیمر توسط جت‌ها و متناظر با مقاطع قطعه روی پلتفرم ریخته شده و لایه‌ها و تکیه‌گاه‌های موردنیاز را ایجاد می‌کنند.

برای شکل‌دهی لایه‌ها، سر چاپگر در راستای X و پلتفرم دستگاه در راستاهای Y و Z حرکت می‌کنند. وقتی ساخت یک‌لایه تمام شد، پلتفرم به‌اندازه ضخامت یک‌لایه به سمت پایین حرکت کرده و فرآیند مجدداً تکرار می‌شود.

در ابتدا،دمای رزین مایع تا ۳۰-۶۰ درجه بالا برده می شود تا به چسبندگی موردنظر برسد. در مرحله بعدی، هدِ پرینتر روی پلتفرم ساخت حرکت کرده و صدها قطره کوچک متریال فتوپلیمر در مکان های مشخص توزیع می شوند.

MJF : یک منبع نور فرابنفش (UV) که به هد پرینت متصل است به مواد توزیع شده تابیده شده و لایه اول را می سازد. پس از اتمام ساخت لایه، پلتفرم ساخت به اندازه یک لایه به پایین حرکت کرده و پروسه تا زمان ساخت کامل قطعه تکرار می شود.