پرینت سه بعدی چیست و پرینترهای سه بعدی چگونه کار می‌کنند؟

پرینت سه بعدی چیست و پرینترهای سه بعدی چگونه کار می‌کنند؟

پرینت سه بعدی چیست؟ این سوالی است که همه ما فکر می‌کنیم جوابی برای آن داریم. به قدری رسانه‌ها از پرینت سه بعدی صحبت می‌کنند که دیگر این تکنولوژی برای ما تبدیل به یک موضوع عادی شده و دلیلی نمی‌بینیم که کمی بیشتر درباره آن بدانیم. حداقل به اندازه بلاک چین سخت نیست تا کمی درباره‌اش جستجو کنیم و مثل هوش مصنوعی و ماشین لرنینگ هم نیست که برای یادگیری‌اش تلاش زیادی بکنیم.

همانطور که در مقاله پرینت سه بعدی گفتیم، می‌خواهیم یک سری مقاله در مورد پرینترهای سه بعدی بنویسیم و یکی از موضوعات مهمی که می‌خواهیم در این مقاله به آن بپردازیم این است که اصولا پرینت سه بعدی چیست و پرینترهای سه بعدی چگونه کار می‌کنند ؟

اگر تبلیغات شرکت‌های فعال در این زمینه‌ را دیده باشید به احتمال زیاد دیده‌اید که معرفی‌های آن‌ها از این تکنولوژی بسیار فراتر از واقعیت است. دستگاهی که تنها کافی است چیزی که می‌خواهی بسازی را به یک شکلی به آن بدهی و آن هم از هیچ چیز یک محصول بدون نقص را در عرض زمان کوتاهی می‌سازد و به تو تحویل می‌دهد. درست مثل چوب جادویی که آن را به یک سمت می‌گیری و وردی می‌خوانی و چیزی که می‌خواهی روبرویت ظاهر می‌شود. اما راستش را بخواهید اینطور نیست و داستان کمی پیچیده‌تر از این حرف‌هاست. در ادامه می‌خواهیم مروری بر این تکنولوژی داشته باشیم و نقاط قوت و ضعف آن را بررسی کنیم.

خوب حالا که اینطور نیست پس پرینترهای سه بعدی چگونه کار می‌کنند

برای توضیح بهتر نحوه کار پرینترهای سه بعدی شاید بد نباشد که این تکنولوژی را به چیدن آجر برای ساختن خانه تشبیه کنیم. اگر فرایند چیدن دیوارهای آجری را دیده باشید، می‌دانید که کارگران به صورت لایه به لایه آجرها را می‌چینند، روی آن یک مخلوطی می‌ریزند و دوباره روی آن مخلوط سیمانی هم آجر می‌چینند و این کار تا وقتی ادامه پیدا می‌کند که دیوار مورد نظر با شکل و ارتفاع مورد نظر ساخته شود. خوب تکنولوژی پرینت سه بعدی هم به همین شکل کار می‌کند. مواد لایه به لایه روی هم چیده می‌شوند و با روش‌های مختلف سفت می‌شوند و استحکام مناسب را پیدا می‌کنند. فرایند گذاشتن لایه‌های مواد و جامد کردن و آن هم به طور معمول توسط یک نازل انجام می‌شود.

گاهی مواد پلاستیکی ذوب می‌شوند و توسط نازل روی هم قرار می‌گیرند که به آن روش FDM می‌گویند، گاهی مواد مایع یا پودرهای جامد لایه به لایه چیده می‌شوند و توسط نور ماورا بنفش یا لیزر یا با پاشیدن مواد چسبنده شکل لایه مورد نظر ساخته می‌شود که روش‌های SLS، SLM، SLA، DLP، و Binderjet در این دسته قرار می‌گیرد و روش‌های دیگر هم کمابیش همینطور کار می‌کنند. اگر این قسمت را خوب متوجه نشدید نگران نباشید ما در پستی دیگر به طور کامل تمامی این تکنولوژی‌ها را توضیح خواهیم داد.

الان تنها چیزی که کافی است بدانید این است که پرینت سه بعدی همان پرینت دو بعدی است که دفعات متعددی تکرار می‌شود. در پرینت روی کاغذ، پرینتر تنها یک لایه دو بعدی از حروف و کلمات را روی کاغذ می‌نشاند اما در این روش لایه‌های متعددی را روی هم می‌نشاند تا به شکل مورد نظر با ضخامت مورد نظر دست پیدا کند. درست مثل چیدن دیوار آجری.

پرینت سه بعدی همان پرینت دو بعدی است که دفعات متعددی تکرار می‌شود.

حالا بهتر است ببینیم که پرینت سه بعدی تنها محدود به همین چیدن لایه به لایه می‌شود یا مراحل دیگری را هم در بر می‌گیرد.

پرینت سه بعدی چیست و وقتی از پرینت سه بعدی حرف می‌زنیم از چه حرف می‌زنیم

پرینت سه بعدی در واقع اسمی است که به یک تکنولوژی خاص اطلاق می‌شود. تکنولوژی که در آن یک نازل، مواد چسبنده یا رزین را روی پودرها می‌پاشد و با تکرار این کار به صورت لایه به لایه به شکل مورد نظر می‌رسد.

اصطلاح اصلی که برای این نوع روش تولید به کار می‌رود ‌تولید افزایشی یا ساخت افزایشی است. اما امروز اصطلاح پرینت سه بعدی یا چاپ سه بعدی هم ارز تولید افزایشی در نظر گرفته می‌شود.

اگر بخواهیم با دقت علمی در مورد این حوزه صحبت کنیم باید از ترکیب تولید افزایشی یا Additive Manufacturing استفاده کنیم اما در حالت عادی با به کار بردن پرینت سه بعدی یا چاپ سه بعدی هم منظورمان را می‌رسانیم و در ذهن اکثر افراد، این دو واژه معادل هم هستند و یک جورهایی پرینت سه بعدی خیلی محبوب‌تر و پراستفاده‌تر از تولید افزایشی هم هست.

مراحل تولید یک محصول به روش پرینت سه بعدی چیست

اگر به طور خلاصه بخواهیم بگوییم، باید یک مدل سه بعدی از چیزی که در ذهن دارید بسازید یا یک مدل آماده پیدا کنید و این مدل را به زبان دستگاه پرینتر سه بعدی ترجمه کنید و دستگاه هم با زبانی که با آن ارتباط برقرار کرده‌اید می‌فهمد که چه چیزی باید بسازد و پس از ساخت آن را به شما تحویل می‌دهد.

حالا کمی ریزتر می‌شویم.

مدل سه بعدی

برای تهیه مدل سه بعدی شما دو راه دارید. می‌توانید در سایت‌هایی مثل Thingiverse یا Myminifactory بچرخید و مدل مورد نظر خود را پیدا کنید و به صورت رایگان دانلود کنید یا خریداری کنید. اگر هم چیزی که می‌خواهید پرینت کنید جایی نبود می‌توانید خودتان با استفاده از نرم‌افزارهای طراحی مدل سه بعدی مثل SOLIDWORKS، CATIA یا نرم‌افزارهای کاربرپسند‌تر و ساده‌تری مثل Google SketchUp مدل خود را طراحی کنید و یا می‌توانید از خدمات یک متخصص طراحی سه بعدی برای این کار استفاده کنید.

ترجمه مدل به زبان دستگاه

بعد از این که مدل شما طراحی شد، باید یک خروجی که معمولا با فرمت .STL است بگیرید و در نرم‌افزار مخصوص پرینتر سه بعدی خود آن را اصلاح کنید. به این نرم‌افزارها اسلایسر یا Slicer می‌گویند. در این نرم‌افزارها می‌توانید ببینید که پرینتر مدل شما را چطور می‌بیند و کجای مدل شما اشکال دارد و مراحل پرینت چطور است و مشکلات را برطرف کنید. برای مثال ممکن است ضخامت بخشی از مدل شما کمتر از حدی باشد که پرینتر می‌تواند پرینت کند. برای مثال اکثر پرینترهای داخل بازار زیر۱۰۰ میکرون را نمی‌توانند پرینت کنند و ضخامت کمتر از این حد می‌تواند مشکل‌زا باشد.

در نهایت این نرم‌افزار، مدل سه بعدی شما را به زبان مخصوص دستگاه ترجمه می‌کند که این زبان به طور معمول G-code است و آن را برای شروع کار به دستگاه می‌فرستد. برای الان کافی است بدانید که این زبان اینطور کار می‌کند که برای مثال به دستگاه می‌گوید ۲۰ سانتی‌متر به جلو حرکت کن و مواد را تزریق کن، ۲۰ سانتی‌متر به چپ برو و یک لایه به بالا برو و … . البته طرز کار این زبان کمی پیچیده‌تر از این مثال است و ما برای ساده‌سازی این مثال را زدیم. در آینده با G-code  بیشتر آشنا می‌شویم و می‌بینیم که چطور این زبان، با اکثر تکنولوژی‌های ساخت مثل سی ان سی و برش لیزر و پرینت سه بعدی در ارتباط است.

ساخت مدل سه بعدی

دستگاه پرینت سه بعدی با توجه به دستوراتی که در G-code وجود دارد مدل مورد نظر شما را تولید می‌کند. نکته مهمی که باید به خاطر داشته باشیم این است که این تولید وابستگی زیادی به مهارت نیروی انسانی هم دارد. یعنی ممکن است شما بهترین مدل را طراحی کنید اما باز هم در بخش پرینت به مشکل بخورید. این همان قسمتی است که اکثر تبلیغات به شما نمی‌گویند و در واقع دوست دارند شما فکر کنید پرینترهای سه بعدی مثل پرینترهای کاغذی معمولی کار می‌کنند و تنها کافی است که شما مدل را به آن‌ها بدهید و باقی کار با آن‌ها است. اما حداقل در تاریخ نوشته شدن این مقاله به هیچ وجه اینطور نیست و مهارت نیروی انسانی بخش مهمی از کار است که در آینده از آن بیشتر می‌نویسیم.

در کنار همه این‌ها شما می‌توانید برای پرینت محصول خود از خدمات سایت‌هایی مثل ۳dfast که مشابه ایرانی سایت‌هایی مثل ۳dhubs هستند استفاده کنید. استفاده از این روش یک مزیت دارد که شما را از دردسرهای کار با پرینترهای سه بعدی خلاص می‌کند.

پس از پرینت

در نهایت محصول مورد نظر شما تولید شده و شما می‌توانید به راحتی از آن استفاده کنید. اما باز هم باید یک نکته کوچک را به شما بگوییم. از آنجایی که دقت این دستگاه‌ها اکثرا در حد چندصد میکرون است، لایه‌های مدل ساخته شده باچشم غیر مسلح دیده می‌شود و اگر برای شما دقت و زیبایی سطح مهم باشد باید سطح مدل را پردازش یا Finish کنید. برای این کار هم روش‌های مختلفی وجود دارد مثل استفاده از مواد شیمیایی برای یک دست کردن یا استفاده از سمباده و سوهان و روش‌های دیگر.

محصول پرینت شده یا به صورت مستقیم و با پردازش مورد استفاده قرار می‌گیرد یا از آن به عنوان مدلی برای ساخت قالب ریخته‌گری استفاده می‌شود.

چرا ما به پرینترهای سه بعدی نیاز داریم و این تکنولوژی چه تفاوتی با دیگر روش‌های ساخت دارد

بهتر است برای بررسی بهتر پرینترهای سه بعدی، آن‌ها را تنها به عنوان یک روش تولید از میان دیگر روش‌های تولید مانند ریخته‌گری، شکل دهی، ماشین‌کاری، پرس و … در نظر بگیریم. با این کار می‌توانیم نقاط قوت و ضعف پرینتر‌های سه بعدی را بهتر درک کنیم.

ابتدا به نقاط قوت این تکنولوژی می‌پردازیم :

سرعت بالای تولید

در پرینترهای سه بعدی بر خلاف روش‌هایی مثل ریخته‌گری نیازی به قالب سازی و تغییر کل فرآیند برای هر محصول جدید وجود ندارد و شما تنها با ساخت یک مدل سه بعدی می‌توانید کار تولید را شروع کنید.

دور ریز کم‌تر

پرینترهای سه بعدی به دلیل این که از صفر شروع می‌کنند و لایه به لایه تنها چیزهایی که نیاز است را قرار می‌دهند دور ریز بسیار کم‌تری نسبت به روش‌های دیگر مثل ماشین کاری دارند که از یک حجم بزرگ شروع می‌کنند تا به شکل مورد نظر برسند.

هزینه‌ کم‌تر

تمامی موارد بالا باعث می‌شود که هزینه تولید در مقیاس پایین نسبت به دیگر روش‌ها کم‌تر باشد.

امکان تولید اشکال پیچیده

در روش پرینت سه بعدی، امکان تولید محصولات و حجم‌های بسیار پیچیده‌ای وجود دارد که امکان ساخت آن‌ها با دیگر روش‌های تولید کمی دور از تصور است. برای مثال به شکل زیر نگاه کنید که توسط پرینتر‌های سه بعدی به راحتی قابل تولید است، اما با دیگر‌ روش‌های تولید بسیار سخت و یا غیر قابل تولید است.

اما نقاط ضعف این تکنولوژی کجاست؟

تولید شمار بالا

پرینت سه بعدی برای تولید در تعداد بالا به صرفه نیست و هزینه و زمان بسیار زیادی نسبت به روش‌های دیگر می‌گیرد.

تنوع مواد قابل تولید

به دلیل نوپا بودن این تکنولوژی، با وجود پیشرفت‌های بسیار زیاد، هنوز هم بسیاری از مواد وجود دارند که قابلیت تولید با پرینت سه بعدی را ندارند و این یک سد بزرگ بر سر راه این روش است. برای مثال اکثر آلیاژهای فلزی به دلیل نقطه ذوب بالا امکان تولید به روش پرینت سه بعدی را ندارند.

ابعاد محصولات

تولید محصولات با ابعاد بزرگ در اکثر موارد با پرینترهای سه بعدی امکان‌پذیر نیست و یا با محدودیت‌های فراوانی روبه‌رو است.

نیاز به مهارت بالا و سعی و خطا

در نگاه اول این مورد ضعف به شمار نمی‌رود و شامل حال تمام روش‌های تولید می‌شود. اما تبلیغات گسترده‌ای که روی این تکنولوژی صورت گرفته و آن را به عنوان یک روش تولید بسیار ساده و به اصطلاح پلاگ اند پلی نشان می‌دهد باعث افزایش سطح انتظار در افراد می‌شود. انتظاری که اغلب بعد از چندبار کار با این دستگاه‌ها برآورده نمی‌شود. شاید بتوان این مشکل را به شرکت‌های تولید کننده دستگاه‌های پرینت سه بعدی نسبت داد و نه به خود تکنولوژی.

البته می‌توان انتظار داشت که بخشی از مشکلاتی که نام بردیم با پیشرفت این تکنولوژی حل شود. اما این وضعیت امروز این تکنولوژی است.

با تمام این تفاسیر آیا پرینترهای سه بعدی انقلاب به پا خواهند کرد؟

به نظر ما تکنولوژی پرینت سه بعدی به خودی خود و به عنوان یک روش تولید تغییر آنچنانی ایجاد نخواهد کرد. اما اگر آن را در ارتباط با جنبش خلاق در نظر بگیریم و با توجه به این که فرآیند تولید را از انحصار کارخانه‌های معدود در آورده و روی میز میلیون‌ها فرد و گروه مستقل آورده، می‌توانیم انتظار یک تغییر بزرگ را داشته باشیم که در پست انقلاب پرینترهای سه بعدی به طور مفصل آن را بررسی کرده‌ایم.