پرینتر سه بعدی فرایندی بسیار کاربردی در عصر امروز است که قابلیت اعجاز گونه‌ای به مهندسان درصنعت، ساختمان سازی، ساخت ابزار پزشکی، طلاسازی و…. داده است. در نتیجه آن کار چاپ و تولید بسیار جذاب شده است. به طور کلی این تکنولوژی را می‌توان فرایندی تعریف کرد که یک شی را از طریق فایل دیجیتال دوبعدی، با قرار دادن پی‌درپی لایه‌ها بر روی یک سطح مقطع در مختصات سه بعدی تولید می‌کند. ظهور این تکنولوژی را می‌توان در سال ۱۹۸۰ میلادی در ژاپن به دست دکتر کودامای دانست؛ سپس چالزچاک اولین نمونه پرینتر سه بعدی را در ۱۹۸۸ میلادی تولید و آن را 1_SLA نام گذاری کرد.
چین بااستفاده از همین تکنولوژی ساختمان‌هایی با ارتفاع ۶ الی ۸ متر تولید کرده است. ادعا شده ساخت این آپارتان ها در زمان کمتر از ۲۴ ساعت صورت گرفته است. هنگام همه‌گیری ویروس کرونا اتاق‌های قرنطینه‌ای برپایه همین فناوری در این کشور تولید شده است.
تولید پارچه‌های هوشمند نیز از دیگر محصولات قابل اشاره می‌باشد که این فناوری ایجاد کرده است.در این پارچه‌ها حسگرها به شکلی در پارچه چاپ شده است که امکان جدا کردن آن‌ها وجود ندارد و از قابلیت رسانایی خوبی برخوردار هستند.
پرینترهای سه بعدی انواع مختلفی دارند که با توجه به همین تفاوت‌ها روش کار آن‌ها یکسان نیست. این روش‌ها می‌توانند از نظر متریال و فیلامنت و رزین و فرایند تولید و…با هم تفاوت داشته باشند. برخی از روش ها در زیر ذکر شده است:
FDM: Fused Deposition Modeling
این روش به عنوان متداول‌ترین روش چاپ در جهان محسوب می‌شود. سه محور این دستگاه به طور آزادانه درجهت‌های x, y, z حرکت می‌کنند با استفاده از نازل متریال اولیه ذوب شده و لایه لایه به هم متصل می‌شوند و بالا می‌آیند و ارتفاعی درجهت محور z پیدا می‌کنند تا فرآیند تولید به پایان برسد و فایل دیجیتالی به صورت قطعه سه‌بعدی ایجاد شود. محصول تولید شده در این روش از جنس پلاستیک خواهد بود.
SLA: Laser Stereolithography
در این روش با جامد کردن از ماده اولیه‌ای که بصورت مایه است قطعات تشکیل می‌شود و لیزرها برای ساخت لایه‌ها به کار گرفته می‌شوند و کابرد گسترده‌ای درصنعت، جواهرسازی و… دارد. قطعات در این روش صاف و بادقت بالا هستند.
DLP: Digital Light Processing
در این روش به رزین مایع اشعه UV تابیده می‌شود و فرم با توجه به مدت زمان تابش و شدت تابش و… ایجاد می‌شود. مکانیزم این دستگاه ها مشابه SLA است اما به نسبت این روش از سرعت بیشتری برخوردار است.
SLS: Selective Laser Sintering
در این روش قطعه بدون اتصال به مواد اضافی تشکیل می‌شود زیرا بر خلاف روش‌های دیگر بخاطر پودری که قطعه را احاطه می‌کند ساپورتی وجود ندارد.
مزیت‌های تکنولوژی پرینتر سه بعدی
۱ – سرعت
سرعت بالا نسبت به روش‌های متداول است. ظرف چند ساعت مدل مد نظر تشکیل می شود و فرایند تولید در مراحل کمتری صورت می‌گیرد.
۲ – هزینه
به طور کلی در فرایندهای ساخت، با توجه به افزایش سرعت هزینه‌ها نیز افزایش می‌یابد اما این تکنولوژی به کاهش هزینه مواد و به علاوه آن نیرو کار کمک می‌کند و سبب کم کردن هزینه غیر ضروری در فرایند تولید می‌شود.
۳ – قدرت تولیدات پیچیده
با استفاده از این فرایند قادر به طراحی تولیدات پیچیده و هندسی خواهید بود که ساخت آن با روش های دیگر میسر نیست.
۴ – کاهش پسماند
در این روش، تولید ضایعات کاهش پیدا خواهد کرد و این پسماند‌ها قابل استفاده مجدد را دارند.
۵ – ساخت قطعات فرسوده
در بسیاری از موارد قطعات کمیاب تخریب شده دستگاه‌ها را می‌توان با استفاده از مهندسی معکوس و بکارگیری این روش تولید کرد.
۶ – تولید تعداد محدود
بسیاری از تولید کنندگان سفارش قطعات با تولید محدود را قبول نمی‌کنند زیرا این چنین پروژه‌ها خط تولید و هزینه قابل توجهی را برای تولید دربردارد؛ اما با استفاده از فناوری پرینترهای سه‌بعدی این چنین تولیدات صرفه اقتصادی قابل توجهی برای تولید کنندکان خواهد داشت.
با تمام این مزیت‌ها تولید کنندگان با چالش‌هایی رو به‌رو هستند. دراین فناوری محدودیت‌هایی در انتخاب ماده اولیه جهت چاپ وجود دارد؛ هر چندکه امروزه از موادی مانند فلزات، چوب، سرامیک، مواد خوراکی، کامپوزیت و…به کارگرفته می‌شود. نیاز به ساپورت نیز یکی دیگر از موارد قابل اشاره است. همان طور که ذکر شد در این روش متریال به صورت لایه لایه تشکیل می‌شود. از ساپورت برای تشکیل بیرون زدگی‌ها استفاده می‌شود که بعد از تولید مرحله‌ای برای تراشیدن آن انجام می‌شود که امکان آسیب دیدن سطح مورد تماس به ساپورت می شود. در قطعات کوچک این آسیب دیدگی بیشتر خواهدبود. با این وجود از دیگر معایب یک دست نبودن و نداشتن حالت صیقلی در محصول نهایی است و دارای ساختار لایه‌ای دراکثر روش‌های تولید می‌باشد. با تمام این چالش‌ها این فناوری دریچه جدیدی در عرصه تولید باز کرده است.
کسب در آمد از طریق این فناوری به راحتی میسر می‌شود. با داشتن پرینتر سه‌بعدی می‌توان با روش‌های متعددی درآمد زایی کرد به طور مثال ارائه خدمات و پذیرش سفارش قطعات، آموزش پرینتر سه‌بعدی، ساخت اشیا هنری و خلاقانه و زینتی، ساخت و فروش پرینتر سه بعدی، خدمات مربوط به خود پرینتر مانند ساخت، تعمیر و… . این تکنولوژی نوظهور است به همین دلیل فعایت در این زمینه می‌تواند موفقیت و پیشرفت‌های بسیار مطلوبی ایجاد کند.
نویسنده:
مهندس زهرا قاسمی مقدم
دانشجوی کارشناسی دانشگاه صنعتی نوشیروانی