https://virgool.ir/feed/@m_71013649fa2026-11-12 02:31:32https://virgool.ir/images/default-avatar.jpghttps://virgool.ir/@m_71013649https://virgool.ir/@m_71013649/چاپگر-سه-بعدی-چیست-و-چطور-کار-می-کند-ocr5wbsuku3oچاپ سه بعدی چیست؟چگونه کار می‌کند | موارد قابل چاپ به صورت سه بعدی | بررسی هزینه‌هاچاپ سه بعدی فرآیندی است که در آن با بهره‌گیری از یک مدل دیجیتالی، یک جسم فیزیکی ساخته می‌شود. این تکنولوژی با اضافه کردن لایه به لایه مواد برای ساخت یک شی کامل عمل می‌کند.در این مقاله ما قصد داریم تمامی نکات چاپ سه بعدی را به شما ارائه دهیم تا از آگاهی لازم برخوردار شوید.فهرست سرفصل‌ها:1- مقدمه2- چه چیزهایی را می‌توان به صورت سه بعدی چاپ کرد؟3- عملکرد چاپگر سه بعدی4- تکنولوژی به کار رفته در چاپگرهای سه بعدی5- چگونه از چاپگر سه بعدی استفاده کنیم6- مواد مورد نیاز برای چاپ سه بعدی7- بررسی هزینه‌های چاپ سه بعدیمقدمه‌ای برای چاپگرهای سه بعدیچاپگر سه بعدی در دهه 80 میلادی ابداع شد و ابتدا به عنوان "rapid prototyping" یا "نمونه‌سازی سریع" شناخته می‌شد که شرکت‌ها را قادر می‌کرد نمونه‌ها را به صورت دقیق‌تر و سریع‌تر از سایر روش‌ها تولید کنند.پس از گذشت حدود سی سال نوآوری امروزه کاربردهای آن بسیار متنوع‌تر است.تولیدکنندگان، مهندسان، طراحان، مربیان، پزشکان و دیگر علاقه‌مندان از این فناوری برای طیف گسترده‌ای از کاربردها استفاده می‌کنند. کاهش هزینه‌ها و توسعه انوع چاپگرهای سه بعدی "رومیزی" موجب افزایش دسترسی به این فناوری در طی زمان شده است.چه مواردی را می‌توان به صورت سه بعدی چاپ کرد؟هر فناوری برای حل مشکل و بهبود زندگی مردم تهیه شده است، این امر در مورد چاپگرهای سه بعدی هم صدق می‌کند. قبل از بررسی فنی آن به موارد استفاده آن اشاره می‌کنیم.نمونه‌های اولیههمانگونه که توضیح دادیم چاپ سه بعدی هنوز هم نقش مهم و اساسی در "نمونه‌‌سازی سریع" دارد. طراحان و مهندسان با استفاده از چاپگرهای سه بعدی می‌توانند طرح دیجیتالی خود را چاپ کنند و ظرف چندین ساعت آن‌ها را بررسی کنند.انواع مختلفی از نمونه‌سازی وجود دارد که می‌توان از چاپ سه بعدی در آن‌ها استفاده کرد. طراحان می‌توانند مفاهیم اولیه‌ برای جهت‌دهی و توسعه یک محصول بسازند یا در مراحل بعد یک مدل واقعی برای ارزیابی شکل و فرم آن ایجاد کنند. برای مثال: نحوه قرار گرفتن تلفن همراه در دست.مهندسان نیز می‌توانند از انواع مواد برای انجام آزمایش عملکرد نمونه‌های اولیه برای مثال: بررسی مقاومت در برابر حرارت یا ضربه استفاده کنند.قطعات عملکردیبیشتر محصولات پلاستیکی از طریق قالب‌گیری تزریقی ساخته می‌شوند. در این فرآیند پلاستیک مذاب به قالب فلزی تزریق می‌شود و شکل می‌گیرد. هرچند این فرآیند کمتر از چند ثانیه زمان می‌برد و تکرار آن آسان است، اما ساخت قالب اولیه بسیار بیشتر طول می‌کشد و تنها زمانی که قطعات زیادی ساخته‌اید مقرون به صرفه می‌شود.اگر قطعات کمی نیاز دارید چه می‌کنید؟ اگر تا آخر هفته به آن‌ها احتیاج دارید چطور؟ اینجاست که چاپ سه بعدی به کمک می‌آید.از آنجا که چاپگرهای سه بعدی با طیف گسترده‌‌ای از مواد (کامپوزیت‌های شیشه‌ای یا فلزی مقاوم گرفته تا مواد شبه لاستیک) سر و کار دارند. موجب شده که مورد اطمینان‌تر باشند و یکی از گرینه‌های مناسب برای تولید کوتاه مدت محسوب شوند.چاپگرهای سه بعدی کنترل و انعطاف بیشتری به تولیدکننده می‌دهند. مثلاً اگر ارسال یک قطعه با تأخیر همراه شود و یا تقاضای یک محصول افزایش پیدا کند، این قطعات می‌توانند به سادگی چاپ سه بعدی شده تا برنامه‌های تولید در مسیر خود باقی بمانند. این امر نه قفط برای مشاغل تولیدی مفید است. بلکه در ابتدای بیماری کووید-19 که تقاضای محصولات محافظتی اعم از ماسک و ... بیشتر از عرضه بود و (PPE) یا (تجهیزات حفاظت شخصی) به قدر کافی در بازار موجود نبود به پزشکان کمک بزرگی کرد.وجود قطعات تعویضی در خطوط تولید و بسته‌بندی امری طبیعی است چرا که هر گونه مشکل و خرابی موجب خسارات سنگین می‌شود. در شرایطی که قطعه‌ای دیگر قابل تهیه نبود یا نیاز به بهینه سازی داشت، چاپ سه بعدی به کمک می‌آید و در عرض چند ساعت این مشکل را حل می‌کند.ابزارهاتولیدکنندگان می‌توانند ابزار جدید یا بهینه شده و یا لوازم برقی و جانبی دیگری ارائه دهند، که موجب سهولت و افزایش تکرارپذیری روند تولید شده و به نتایج بدون خطا و مطلوب‌تری برسند.مدل‌های برای توضیح مفاهیمچاپ سه بعدی علاوه بر طراحی و تولید محصولات، در تجسم‌سازی و به تصویر کشیدن مفاهیم در قالب سه بعدی نیز استفاده می‌شود.این مفاهیم شامل: مدل‌های معماری در خصوص تحولات جدید، مدل‌های پزشکی برای برنامه‌ریزی جراحی یا توضیح روش‌ها برای بیمار و تجسم‌سازی برای اهداف آموزشی هستند.یکی از دیگر مزایای چاپ سه بعدی این است که در آموزش به توسعه مهارت های "STEAM" دانش‌آموزان و همچنین درک خصوصیات مواد و فرآیندهای تولید کمک می‌کند.چاپ سه بعدی چگونه کار می‌کند؟روند چاپ سه بعدی شامل ایجاد لایه‌ای بر روی لایه پلاستیک ذوب شده برای ایجاد یک شی است. هر لایه، در بالای لایه قبلی چاپ می‌شود.برای چاپ سه بعدی چیزی، ابتدا به فایل دیجیتالی آن نیازمندیم که به چاپگر سه بعدی می‌گوید در کجا مواد را چاپ کند. فرمت رایج این فایل‌ها G-Code است. این فایل‌ها حاوی مختصات برای هدایت حرکات چاپگر به صورت افقی و عمودی است که به آن‌ها محور‌های Z، Y، X گفته می‌شود.چاپگرهای سه بعدی می‌توانند این لایه‌ها را در ضخامت‌های مختلف چاپ کنند که به آن ارتفاع لایه گفته می‌شود. می‌توان گفت این فرآیند همانند تعداد پیکسل‌ها در نمایشگر است. هرچقدر تعداد لایه‌ها بیشتر باشد "Resolution" یا "وضوح" آن نیز بیشتر است. این کار نتیجه باکیفیت‌تری خواهد داشت اما چاپ آن بیشتر طول می‌کشد.چاپگرهای سه بعدی انواع مختلفی دارند که در ادامه نگاهی به آن خواهیم انداخت.فناوری‌های به کار رفته در چاپ سه بعدیپرکاربردترین فناوری‌های چاپ سه بعدی FFF (ساخت فیلامان ذوبی)، SLA (استریولیتوگرافی) و SLS (پخت لیزر انتخابی) هستند.چاپ سه بعدی FFF (Fused Filament Fabrication)فرآیند FFF شامل اکستروژن رشته‌ای از مواد یا فیلامنت با یک نازل حرارتی است. نازل بر روی یک سیستم حرکتی سوار است و فیلامنت ذوب شده روی صفحه ساخت رسوب می‌کند که با خنک شدن و جامد شدن این مواد، لایه‌ها در مقیاس میلی‌متری بالا می‌آیند تا جسم کامل شود.چاپ سه بعدی SLA (Stereolithography)در این فرآیند با تابش لیزر و اشعه فرابنفش به رزین، شکل مواد درون ظرفی با کف شیشه‌ای را سخت کرده و به تدریج آنرا به جسم تبدیل می‌کنند.چاپ سه بعدی SLS (Selective Laser Sintering)در چاپ سه بعدی SLS از مواد اولیه پودری مثل پلیمر استفاده می‌شود. در ابتدا پودر در یک ظرف قرار می‌گیرد، سپس تیغه‌ای یک لایه نازک از پودر را روی پلتفرم ساخت پخش می‌کند. سپس لیزر روی لایه حرکت کرده و با ذوب، مواد آنها را به هم متصل می‌کند و پودر لایه اول به صورت یکپارچه شکل می‌گیرد. پس از شکل گیری کامل لایه، پلتفرم ساخت یک لایه به پایین رفته و تیغه دوباره پودر را روی سطح پخش می‌کند. این فرآیند آنقدر تکرار می‌شود تا شی نهایی ساخته شود.این لیست به هیچ عنوان کامل نیست و ممکن است به موارد دیگری نیز برخورد کنید.DLP (Direct Light Processing)فرآیندی همانند SLABinder jettingفرآیندی همانند SLSMaterial jettingچاپ سه بعدی با موم یا مواد پلاستیکی و حرارت دادن آن با نور فرابنفشSLM (Selective Laser Melting)فرآیندی همانند SLS که در آن از فلزات استفاده می‌شود.چگونه از چاپگر سه بعدی استفاده کنیمتا اینجا با روند کار چاپگرهای سه بعدی آشنا شدید. در بخش بعد روش استفاده از آنرا به صورت مرحله به مرحله توضیح می‌دهیم.مرحله 1- طرح مد نظر خود را برای چاپ سه بعدی آماده کنید. در این مرحله ضروری است که شما یک قطعه آماده چاپ داشته باشید و مواد خود را انتخاب کرده باشید. این قسمت می‌تواند بخشی باشد که خودتان با استفاده از CAD)) یا (طراحی به کمک رایانه) طراحی کرده‌اید یا به صورت سه بعدی اسکن کرده‌اید و یا از طرح‌های آماده برگرفته اید.قبل از شروع چاپ، باید طرح خود را به "مختصات" قابل درک برای چاپگر تبدیل کنید و همچنین پارامترهای مهمی مانند مواد چاپ را ذکر کنید.این عمل به عنوان "Slicing" یا "برش" شناخته می‌شود، که موجب برش دادن طرح سه بعدی به لایه‌ها می‌شود. این فرآیند با نرم‌افزارهای آماد‌سازی برای چاپ و برش انجام می‌شود.مرحله 2- تنظیم چاپگر. این کار را می‌توانید در مرحله اول نیز انجام دهید یا ممکن است اصلاً نیازی نباشد، برای مثال اگر به طور منظم یک نوع قطعه را چاپ می‌کنید.قبل از آغاز چاپ، حتما از بارگذاری مواد مطمئن شوید. چاپگرهای FFF به شما این امکان را می‌دهند تا اندازه نازل را انتخاب کنید. هرچه نازل کوچکتری انتخاب کنید، چاپ دقیق‌تر. و هرچه نازل بزرگتری انتخاب کنید، زمان چاپ سریع‌تر است.مرحله 3- ارسال فایل به چاپگر. پس از آماده شدن، باید فایل را به چاپگر ارسال کنید. برای انجام این کار دو روش وجود دارد. یکی بارگیری آن روی حافظه‌های مختلف مانند USB و دیگری ارسال از راه دور توسط شبکه LAN یا Cloud است.مرحله 4- چاپ. حالا می‌توانید عملیات چاپ را آغاز کرده و به کارهای خودتان برسید.زمان چاپ با توجه به اندازه و جزئیات شی و نوع چاپگر متفاوت است. در چاپگر FFF، ساخت یک نمونه کوچک حدود چندین ساعت طول می‌کشد و اگر شب عملیات چاپ را آغاز کنید فردا که به سرکار می‌روید اکثر قطعات چاپ شده‌اند. اما اگر طرحی بسیار دقیق و بزرگ دارید، ممکن است روند آن بیش از چند روز طول بکشد.برخی از پلتفرم‌های چاپگرها به شما امکان مونیتورینگ و بررسی عملیات چاپتان را می‌دهند.پس از اتمام چاپ، چاپگر را خاموش کنید. با توجه به مواد استفاده شده ممکن است برخی از مراحل نهایی نیاز به انجام به صورت دستی و غیراتوماتیک داشته باشند. آیا استفاده از چاپگرهای سه بعدی راحت است؟این امر به عوامل زیادی بستگی دارد. در مقایسه با قالب‌گیری تزریقی و ماشین‌های CNC، چاپگرهای سه بعدی راه آسان‌تری برای ساخت قطعات و مدل‌ها هستند. به همین دلیل این چاپگرها عامه شده و در اکثر موارد مانند مدارس و دفاتر به صورت رومیزی استفاده می‌شود.اما، نکات قابل ذکری هستند که به شما کمک می‌کند تا از چاپگرهای سه بعدی بدون دردسر استفاده کنید.انتخاب مواد: یکی از نکات کلیدی است که چاپگرها را از یکدیگر متمایز می‌کند. قبل از خرید به موادی که چاپگر می‌تواند از آن‌ها استفاده کند دقت کنید تا به مشکل نخورید. برخی از چاپگرها فقط حق استفاده از محصولات خودشان به عنوان مواد را می‌دهند و یا امکان استفاده از یک یا دو مواد بیشتر را ندارند. به دنبال چاپگری باشید که مواد زیادی را تحت پوشش قرار بدهد.اتوماسیون: بیش از صدها پارامتر و تنظیمات برای چاپگر سه بعدی وجود دارد، مانند دمای چاپگر یا نحوه حرکت نازل و دیگر... . این موارد نباید آنقدر پیچیده باشند که موجب گیجی کاربر شوند.پشتیبانی و خدمات: اگر خطایی رخ داد، می‌تواند موجب خسارت شود و به بهره ‎‌وری شما لطمه بزند. بنابراین مطمئن شوید که چاپگر شما دارای خدمات پشتیبانی و ضمانت است. برای چاپ سه بعدی به چه مواردی نیاز دارید؟چاپگر شما باید تمام موارد مورد نیاز برای شروع را داشته باشد. در زیر موارد ضروری و برخی موارد اختیاری را ذکر می‌کنیم.چاپگر سه بعدیمواد: به طور معمول مقداری در جعبه همراه با چاپگر ارائه می‌شود در غیر این صورت باید از فروشگاه آنرا تهیه کنید.نرم‌افزار: برخی چاپگرها نرم‌افزارهای مخصوص خود را دارند. دو نوع نرم‌افزار برای چاپگرها وجود دارد: نرم‌افزارهای برش و نرم‌افزارهای مدیریت چاپگرمواد مصرفی: علاوه بر مواد، چاپگر شما ممکن است مواد مصرفی دیگری مانند، روغن یا گریس برای نگهداری، مواد چسبنده برای سطح ساخت و ... داشته باشد.ابزارها (تا حد زیادی اختیاری): برخی از چاپگرهای ممکن است برای تغییر تنظیمات و نگهداری ابزاری نیاز داشته باشند.لوازم جانبی (اختیاری): این لوازم می‌توانند عملکرد بیشتری به چاپگر شما اضافه کنند.به جز این موارد، تنها چیزی که نیاز دارید منبع تغذیه و یک فضای کاری تمیز و ایمن برای چاپگر است.چگونه از چاپگر سه بعدی در خانه استفاده کنیم؟علاقه مندان و کارآفرینان مدتهاست از چاپگرهای سه بعدی رومیزی استفاده می‌کنند. اما در این بازه زمانی که دورکاری رایج‌تر شده است، طریقه کار و استفاده آن یک سوال مهم است.به طور کلی همان تنظیمات قبلی توصیه می‌شوند. اما دو مورد قابل ملاحظه وجود دارد. ایمنی و فضا. در خصوص ایمنی باید در نظر گرفت که چاپگرهای SLA و SLS نیاز به پردازش دقیق مواد شیمیایی خطرناک دارند. همچنین در مورد فضا نیز باید در نظر گرفت که استفاده از چاپگرهای بزرگ در خانه ممکن است عملی نباشد.از چه موادی در چاپ سه بعدی استفاده می‌شود؟پلیمرهای پلاستیکی یکی از پرکاربردترین موادی هستند که در چاپ سه بعدی از آن‌ها استفاده می‌شوند. هرچند استفاده از مواد دیگری هم قابل انجام است. برای مثال چاپگرهای سه بعدی فلزی مخصوصی وجود دارند. همچنین ماشین‌آلاتی در مقیاس‌های بزرگ مشغول توسعه برای مصالح ساختمانی مانند بتن هستند.انواع اصلی چاپگرهای سه بعدی مانند FFF و SLS می‌توانند ترکیبی از پلیمرها و سایر مواد (مانند: فلزات، شیشه و چوب) را چاپ کنند. این مواد به عنوان کامپوزیت شناخته می‌شوند و برخی از خواص مواد مخلوط را ارائه می‌دهند.در بخش‌های بعدی، برخی از فیلامنت‌های چاپ سه بعدی را با جزئیات بیشتر بر اساس دسته‌بندی بررسی خواهیم کرد.مواد ساده چاپ سه بعدیPLAPLA از منابع ارگانیک تجدیدپذیر گرفته شده و به راحتی قابل چاپ است. برای مبتدیان است. مقاومت آن در برابر حرارت پایین است. و در طول زمان ممکن است خواص خود را از دست بدهد.PETGیکی از پرکاربردترین مواد چاپ سه بعدی است، به راحتی می‌توان آنرا در طبقه "مواد مهندسی" قرار داد، به علت چاپ‌پذیری خوب گزینه خوبی برای مبتدیان است. ارزان‌تر از دیگر مواد مهندسی است.مواد مهندسی در چاپ سه بعدیNylonنایلون با داشتن مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر فشار مکانیکی، گزینه‌ای مناسب برای قطعات نهایی است.ABSABS با ارائه خواص مکانیکی و مقاومت در برابر حرارت در مقایسه با PLA کاربردهای بیشتری دارد. با این حال چاپ آن در چاپگرهای ارزان‌تر مقداری دشوار است. مواد انعطاف‌پذیر در چاپ سه بعدیTPUTPU با خواص لاستیکی مانند می‌تواند پیچ بخورد، کشیده شود و در برابر ضربه بدون مشکل مقاومت کند. PP(پلی‌پروپیلن)نیمه انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر خستگیمواد مخصوص در چاپ سه بعدیمواد کامپوزیتیدو دسته اصلی وجود دارد. کامپوزیت‌های مهندسی از جمله الیاف شیشه، کربن یا فلز که دارای ویژگی‌های مکانیکی پیشرفته ماننده مقاومت و سختی هستند. و برای ویژگی‌های بصری منحصر به فرد مواد کامپوزیتی مانند فیلامنت‌های چوبی یا سرامیکی وجود دارد.مواد کمکی به طور خلاصه، در فرآیند چاپ سه بعدی هر لایه نیاز به لایه دیگری در زیر خودش دارد. این امر هنگامی که طرح برآمدگی دارد مشکل ایجاد می‌کند. در نتیجه این مواد به "کمک" می‌آیند و پس از فرآیند چاپ برداشته می‌شوند. این مواد کمکی می‌توانند همان مواد مورد استفاده در چاپ باشند اما حذف آنها، کیفیت و سطح ابعادی را تحت تاثیر قرار می‌دهد. به همین علت از این مواد استفاده می‌شود.مواد کمکی محلولمواد کمکی محلول قابل حل هستند، در نتیجه هیچ آسیبی به قطعه شما در هنگام برداشتن آن‌ها نمی‌رسد.قیمت چاپگر سه بعدی: معرفی هزینه‌هاچاپگر سه بعدی باید یک دارایی بلندمدت برای سازمان شما باشد که تا سال‌ها پس از خرید ارزش خود را حفظ کند. لیست زیر به شما کمک می‌کند تا هزینه‌های مربوط به چاپگر سه بعدی را در نظر بگیرید. (قیمت‌ها مشخص و قابل تغییر است. بنابراین توصیه می‌شود تحقیقات خود را نیز انجام دهید.)قیمت چاپگر سه بعدی: با محصولات موجود در بازار برای هرکس و هر کاربرد متفاوت است. به طور معمول FFF بیشترین تنوع قیمت را در بازار دارد. از چاپگرهای سرگرمی با هزینه چند صد دلار گرفته تا چاپگرهای رومیزی با عملکرد بالاتر در بازه 2 تا 6 هزار دلار. قیمت چاپگرهای SLA رومیزی از حدود 2 تا 3 هزار دلار شروع می‌شوند، در حالی که قیمت چاپگر SLS معمولاً بیش از 10 هزار دلار است. ماشین آلات صنعتی در مقیاس‌های بزرگتر به طور قابل توجهی هزینه بیشتری داردند.وسایل جانبی: این وسایل می‌توانند قابلیت‌های اضافی، اما همینطور هزینههای اضافی داشته باشند. لوازم جانبی برای چاپگرهای SLA و SLS تقریباً ضروری‌اند. به عنوان مثال: چاپگرهای SLA بدون این وسایل باید به صورت دستی در الکل ایوپروپیل شسته شده و در معرض آفتاب قرار بگیرند.تعمیر، نگهداری و سرویس: در هنگام خرید فروشنده مبلغی اضافه‌تر را به عنوان هزینه دریافت می‌کند که با پرداخت این مبلغ ممکن است شامل موارد فوق شوید. خدمات نصب و نگهداری، گارانتی طولانی مدت، خدمات سالانه. هنگام خرید به این موارد دقت کنید.مصرف انرژی: برای چاپگر معمولی، این مبلغ محاسبه شده حدود 50 دلار در سال محاسبه می‌شود. جهت محاسبه دقیق‌تر، مشخصات مصرف برق چاپگر را بررسی و انرژی مصرفی و هزینه‌ها را تخمین بزنید.مواد: هزینه‌های مواد را مثل بنزین برای ماشین خود در نظر بگیرید. گرچه به طور جداگانه قابل توجه نیست، اما در طولانی مدت یکی از بزرگترین هزینه‌ها خواهد بود. برای چاپ سه بعدی FFF یک فیلامنت مانند PLA یا PETG حدود 20 تا 50 دلار به ازای هر کیلوگرم و 60 تا 120 دلار برای فیلامنت‌های مهندسی هزینه در بر دارد. رزین‌های سطح ورودی SLA حدود 50 دلار به ازای هر لیتر قیمت دارند و گزینه‌های حرفه‌ای‌تر بین 150 تا 400 دلار. پودر چاپگرهای SLS بین 100 تا 200 دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد.نرم‌افزار: اکثر چاپگرهای حرفه‌ای نرم‌افزار مخصوص به خود را دارند تا کاربر بتواند چاپگر و عملیات چاپ را مدیریت کند. اما در چاپگرهای ارزان قیمت‌تر این مورد صدق نمی‌کند و اکثرا نرم‌افزار مخصوصی ندارند.نویسنده: دیوید رابرسونعلی کلاییعلی کلاییMon, 07 Jun 2021 18:14:47 +0430