به عنوان يك فناوري دوران ساز، پرينت سه بعدي نقشي حياتي در زمينه هاي مختلف ايفا مي كند، از هواپيما تا خودرو، و از جايگزين هاي اندام جراحي تا چاپگرهاي مواد غذايي. در همين حال، استفاده از فناوري چاپ سه بعدي نيز الهامات و خلاقيت بيشتري را براي طراحان لباس به ارمغان آورده است. در مقايسه با توليد لباس هاي سنتي، فناوري چاپ سه بعدي مي تواند با اسكن اعضاي بدن فرد قبل از چاپ، شخصي‌سازي شخصي سازي شده را فراهم كند.

اين قابليت شخصي سازي شخصي سازي شده فناوري چاپ با پرينتر سه بعدي توجه زيادي را در زمينه پوشاك به خود جلب كرده است. در واقع تحقيقات و كاربردهاي پرينت سه بعدي در پوشاك در داخل و خارج از كشور بسيار زياد است. به عنوان رهبران برندهاي پوشاك ورزشي، نايك، آندر آرمور، آديداس و ساير شركت‌ها، به عنوان مثال، با توليد محصولات خود از طريق فناوري چاپ سه بعدي و تأكيد بر سفارشي‌سازي شخصي، گرايش‌ها را در بازار كفش رهبري مي‌كنند. به عنوان مثال، نايك با استفاده از فناوري چاپ سه بعدي يك جفت كفش براي آليسون فليكس ورزشكار ملي آمريكا ساخت. اين فناوري چرخه توليد كفش را از سه ماه به چند ساعت كوتاه مي كند كه باعث مي شود ورزشكاران راحت كفش خود را تنظيم كنند. بنابراين ورزشكاران مي توانند به موقع مناسب ترين كفش ها را داشته باشند. متعاقبا، Under Armor  يك كفش ورزشي با چاپ سه بعدي به نام "Archi-TechFuturist" به بازار عرضه كرد. در مقايسه با كفش كتاني اصلي نايك با چاپ سه بعدي، تغييري در زيره پرينت سه بعدي ايجاد كرده است كه مي تواند بالشتك بهتر و پشتيباني پايدارتري را براي ورزشكاران فراهم كند. با اين حال، اين محصول به عنوان يك نسخه محدود، تاكنون به توليد انبوه نرسيده است. گروه آديداس يك كفش چاپ سه بعدي متناظر با نام "پمپ دونده سه بعدي" را روانه بازار كرد. در همين حال، تيم ريباك يك جفت كفش پرينت سه بعدي به نام "Reebok Liquid Speed" توليد كرد كه داراي اعداد منحصر به فرد و محدود به 300 جفت است. اخيراً، برندهاي كفش نوآور چيني SCRY Lab و Heliot Emil يك جفت كفش با پرينت سه بعدي طراحي كردند و آنها را در هفته بين‌المللي مد پاريس 2022 به نمايش گذاشتند. علاوه بر اين، برندهاي معروف كفش ورزشي گاه به گاه چيني Li Ning، Peak و Hongxing Erke نيز كفش‌هاي تحقيقاتي پرينت سه بعدي را عرضه كرده‌اند و به نتايج خاصي دست يافته‌اند. استفاده از پرينت سه بعدي در زمينه پوشاك توجه طراحان سطح بالا در دنياي مد را به خود جلب كرد و همچنين باعث ايجاد الهامات خلاقانه زيادي شد.

مواد زيادي وجود دارند كه مي توانند براي پرينتر سه بعدي استفاده شوند كه هر كدام خواص و كاربردهاي خاص خود را دارند. در اينجا برخي از رايج ترين مواد مورد استفاده در چاپ سه بعدي آورده شده است:

PLA (اسيد پلي لاكتيك): PLA يك پلاستيك زيست تخريب پذير گياهي است كه چاپ آن آسان است و نقطه ذوب پاييني دارد. اغلب براي نمونه هاي اوليه، اسباب بازي ها و اشياء تزئيني استفاده مي شود.

ABS (اكريلونيتريل بوتادين استايرن): ABS يك پلاستيك محكم و بادوام است كه معمولاً در صنايع خودروسازي و الكترونيك استفاده مي شود. نقطه ذوب بالاتري نسبت به PLA دارد و براي چاپ موفقيت آميز به بستر گرم نياز دارد.

PET (پلي اتيلن ترفتالات): PET يك پلاستيك سخت و سبك وزن است كه معمولا در بسته بندي مواد غذايي و نوشيدني استفاده مي شود. قابل بازيافت است و در برابر رطوبت و مواد شيميايي مقاوم است.

نايلون: نايلون يك ماده قوي و انعطاف پذير است كه اغلب براي قطعاتي كه به دوام و چقرمگي نياز دارند مانند چرخ دنده ها و لولاها استفاده مي شود. ممكن است چاپ با آن دشوار باشد و به دماهاي بالا نياز دارد.

TPU (پلي اورتان ترموپلاستيك): TPU ماده اي انعطاف پذير و لاستيكي مانند است كه اغلب براي قاب گوشي، بند ساعت و ساير محصولاتي كه به انعطاف پذيري و مقاومت در برابر ضربه نياز دارند استفاده مي شود.

فلز: در چاپ سه بعدي فلز از فلزات مختلفي از جمله فولاد ضد زنگ، تيتانيوم و آلومينيوم استفاده مي شود. اغلب براي كاربردهاي صنعتي و هوافضايي كه نياز به قطعات قوي و سبك وزن دارند استفاده مي شود.

اينها تنها چند مورد از بسياري از موادي است كه مي توان در پرينتر سه بعدي استفاده كرد. انتخاب ماده به كاربرد خاص و خواص مورد نياز براي شي چاپ شده بستگي دارد.

مطمئناً، در اينجا برخي از مواد پركاربردتر در پرينت سه بعدي آورده شده است:

پلي كربنات (PC): پلي كربنات ماده اي قوي و بادوام است كه در كاربردهايي مانند قطعات خودرو، كلاه ايمني و قطعات الكترونيكي استفاده مي شود. داراي مقاومت در برابر دماي بالا و مقاومت ضربه اي خوب است.

PVA (Polyvinyl Alcohol): PVA يك ماده محلول در آب است كه به عنوان يك ماده پشتيباني براي چاپ سه بعدي استفاده مي شود. اغلب همراه با PLA استفاده مي شود، زيرا در آب حل مي شود و به راحتي از شي چاپ شده جدا مي شود.

فيبر كربن: فيبر كربن يك ماده قوي و سبك وزن است كه اغلب در كاربردهاي با كارايي بالا مانند قطعات اتومبيل هاي مسابقه، هواپيماهاي بدون سرنشين و قطعات هوافضا استفاده مي شود. مي توان آن را با مواد ديگر مانند نايلون يا ABS تركيب كرد تا قطعات قوي تر و بادوامتري ايجاد كند.

چوب: رشته هاي چوبي از تركيبي از ذرات چوب و پليمرهاي اتصال ساخته مي شوند. آنها يك پوشش طبيعي چوب مانند ايجاد مي كنند و مي توانند مانند چوب واقعي سمباده و رنگ آميزي شوند. آنها اغلب براي اشياء تزئيني و مبلمان استفاده مي شوند.

رزين: رزين يك ماده مايع است كه براي استريوليتوگرافي (SLA) و پردازش نور ديجيتال (DLP) چاپ سه بعدي استفاده مي شود. در زير نور UV عمل مي كند و قطعات بسيار دقيق و دقيقي ايجاد مي كند. معمولاً براي مدل هاي دندانپزشكي، جواهرات و ساير اشياء در مقياس كوچك استفاده مي شود.

اينها تنها چند نمونه از مواد متعددي است كه مي توان در پرينتر سه بعدي استفاده كرد. انتخاب ماده به نيازهاي خاص شي چاپ شده مانند استحكام، انعطاف پذيري، دوام، مقاومت در برابر دما و خواص زيبايي شناسي بستگي دارد.

در اين نوع كاربرد اغلب از روش هاي ساده تر و ارزان تر مانند رزين يا اكستروژن استفاده مي شود. اين به اين دليل است كه هدف قطعات به دست آوردن يك سطح عالي يا خواص مكانيكي سخت نيست. هدف از مدل هاي چاپي در اين مورد افزايش شهرت و ديده شدن شركت است. به نوبه خود، اين ابزار مفيد يا تزئيني را در اختيار مصرف كنندگان قرار مي دهد كه مي توانند داشته باشند كه به طور مداوم برند مورد نظر را به آنها يادآوري مي كند. به همين دليل، شركت ها به فناوري هاي پيشرفته پرينت سه بعدي مانند فناوري هاي مبتني بر بستر پودر پليمري و فلز يا قالب گيري تزريقي متوسل نمي شوند، زيرا هزينه ها به ميزان قابل توجهي افزايش مي يابد.

در تبليغات تجاري، مي‌توانيم بسته‌بندي محصولات را از طريق توليد افزودني شامل شود. در بازاريابي، بسته بندي به چيزي كه خود محصول را احاطه كرده است، از برچسب گرفته تا داده هاي محصول اشاره دارد. علاوه بر اين، بسته بندي مي تواند يك هدف ارتباطي يا كاربردي داشته باشد. در مورد تبليغات، چاپ سه بعدي بسته بندي هدفي كاملاً زيبايي شناختي و ارتباطي دارد. اين هدف به لطف آزادي طراحي ارائه شده توسط توليد افزودني به دست مي آيد، حتي بيشتر زماني كه با طراحي مولد در فاز مفهومي مدل هاي نهايي تركيب شود. با اجازه دادن به ايجاد هندسه هاي پيچيده، براي طراحان و تبليغ كنندگان بسيار آسان تر است كه پيام خود را به روشي بهينه منتقل كنند.

يكي از اين نمونه هاي بسته بندي را مي توان در عطرهاي عرضه شده توسط Formula 1، مجموعه مهندسي F1 Fragrances يافت. ساختار بيروني آنها توسط رزين تكنوپليمر پرينت سه بعدي و با استفاده از مواد لازم ساخته شده است. راس لوگروو، طراح و روياپرداز عطر، توضيح مي دهد: «تفكر من در پشت اسكلت بيروني، از يك طرف، پايداري بود. من مي‌خواستم چيزي بسازم كه بطري عطر را در خود جاي دهد، كه مي‌توان آن را پس از استفاده جايگزين كرد و دوباره در اسكلت بيروني قرار داد، و از چاپ با پرينتر سه بعدي استفاده كرد كه بسيار كارآمد و بدون ضايعات است. فقط اشكال لازم توليد مي شود، درست مانند يك ماشين F1.

L’Oreal برند ديگري است كه در پذيرش توليد افزودني براي توسعه محصول عقب نمانده است. در واقع، اين شركت فرانسوي اولين  پرينتر سه بعدي FDM خود را در سال 1993 براي طراحي و ساخت بسته بندي خريداري كرد. امروزه اين فناوري ابزاري اساسي براي لورآل در استراتژي بازاريابي آن است. متيو فارستر، رئيس تبديل و بازيافت مواد در L'Oreal مي‌گويد: «ما نمونه‌هاي اوليه بسته‌بندي و مبلمان، و همچنين نمونه‌هاي اوليه مدل‌هاي نقطه‌فروش، ابزار كنترل كيفيت و قطعات يدكي خطوط بسته‌بندي را توليد مي‌كنيم. كارخانه ها." Anne Debauge، مدير ارتباطات L’Oreal، مي‌افزايد: «مزاياي توليد افزودني‌ها، هم براي سازمان داخلي ما و هم براي مشاركت كاركنان و توانايي ما براي ايجاد تجربيات جديد براي مصرف‌كنندگان، بسيار زياد است».

قطعات كاربردي در پرينتر سه بعدي

پرينت سه بعدي در طول زمان كاربردي تر و دقيق تر شده است و امكان ايجاد و به دست آوردن قطعات اختصاصي يا غيرقابل دسترسي را فراهم مي كند تا محصولي بتواند طبق برنامه توليد شود. علاوه بر اين، ماشين‌ها و دستگاه‌ها در طول زمان فرسوده مي‌شوند و ممكن است نياز به تعمير سريع داشته باشند، كه چاپ سه بعدي راه‌حلي كارآمد براي آن ايجاد مي‌كند.

ابزار

مانند قطعات كاربردي، ابزارها نيز با گذشت زمان فرسوده مي شوند و ممكن است غير قابل دسترس، منسوخ يا گران قيمت شوند. پرينت سه بعدي به ابزارها اجازه مي دهد تا به راحتي براي كاربردهاي متعدد با دوام و قابليت استفاده مجدد بالا توليد و جايگزين شوند.

مدل ها

در حالي كه پرينتر سه بعدي ممكن است نتواند جايگزين همه اشكال توليد شود، اما راه حلي ارزان براي توليد مدل هايي براي تجسم مفاهيم به صورت سه بعدي ارائه مي دهد. از تجسم محصولات مصرفي گرفته تا مدل هاي معماري، مدل هاي پزشكي و ابزارهاي آموزشي. از آنجايي كه هزينه هاي چاپ سه بعدي كاهش مي يابد و همچنان در دسترس تر مي شود، چاپ سه بعدي درهاي جديدي را براي برنامه هاي مدل سازي باز مي كند.

يك پرينتر سه بعدي چگونه كار مي كند؟

پرينترهاي سه بعدي چگونه كار مي كنند؟

چاپ سه بعدي بخشي از خانواده توليد مواد افزودني است و از روش هاي مشابه پرينتر سه بعدي هاي جوهر افشان سنتي استفاده مي كند - البته به صورت سه بعدي. توليد افزودني فرآيند ايجاد چيزي را در لايه ها، اضافه كردن مواد به طور مداوم تا تكميل طرح نهايي توصيف مي كند. اين اصطلاح اغلب به قالب گيري و چاپ سه بعدي اشاره دارد.

تركيبي از نرم افزارهاي پيشرفته، مواد پودر مانند و ابزارهاي دقيق براي ايجاد يك شي سه بعدي از ابتدا لازم است. در زير تعدادي از مراحل اصلي پرينترهاي سه بعدي براي زنده كردن ايده ها آورده شده است.

يك پرينتر سه بعدي چگونه كار مي كند؟

پرينترهاي سه بعدي با توليد مواد افزودني مرتبط هستند. پرينتر سه بعدي ها از طراحي به كمك كامپيوتر براي درك يك طرح استفاده مي كنند. هنگامي كه طرح آماده شد، ماده اي كه مي تواند از طريق يك نازل داغ يا ابزار دقيق پخش شود، لايه به لايه چاپ مي شود تا يك شي سه بعدي از ابتدا ايجاد شود.

نرم افزار مدلسازي سه بعدي

اولين مرحله هر فرآيند پرينت سه بعدي، مدل سازي سه بعدي است. براي به حداكثر رساندن دقت - و چون چاپگرهاي سه بعدي نمي توانند به طور جادويي حدس بزنند چه چيزي را مي خواهيد چاپ كنيد - همه اشيا بايد در يك نرم افزار مدل سازي سه بعدي طراحي شوند. برخي از طرح ها براي روش هاي توليد سنتي بيش از حد پيچيده و دقيق هستند. اينجاست كه نرم افزار CAD وارد مي شود.

مدل‌سازي به چاپگرها اجازه مي‌دهد تا محصول خود را تا ريزترين جزئيات سفارشي كنند. توانايي نرم‌افزار مدل‌سازي سه‌بعدي در اجازه دادن به طراحي‌هاي دقيق دليلي است كه چاپ سه بعدي به عنوان يك تغيير واقعي بازي در بسياري از صنايع مورد استقبال قرار مي‌گيرد. اين نرم‌افزار مدل‌سازي به‌ويژه براي صنعتي مهم است، مانند دندان‌پزشكي، جايي كه آزمايشگاه‌ها از نرم‌افزار سه‌بعدي براي طراحي رديف‌كننده‌هاي دندان استفاده مي‌كنند كه دقيقاً متناسب با فرد باشد. همچنين براي صنعت فضايي حياتي است، جايي كه آنها از نرم افزار براي طراحي برخي از پيچيده ترين بخش هاي يك موشك استفاده مي كنند.

  برش مدل

هنگامي كه يك مدل ايجاد شد، زمان "برش" آن است. از آنجايي كه چاپگرهاي سه بعدي نمي توانند مفهوم سه بعدي را مانند انسان ها تصور كنند، مهندسان بايد مدل را به لايه هايي تقسيم كنند تا چاپگر محصول نهايي را ايجاد كند.

نرم افزار Slicing از هر لايه يك مدل اسكن مي كند و به چاپگر مي گويد كه چگونه حركت كند تا آن لايه را دوباره ايجاد كند. برش دهنده ها همچنين به چاپگرهاي سه بعدي مي گويند كه كجا يك مدل را پر كنند. اين پر كردن به يك شي پرينت سه بعدي مشبك ها و ستون هاي داخلي مي دهد كه به شكل دهي و تقويت جسم كمك مي كند. هنگامي كه مدل برش داده شد، براي فرآيند چاپ واقعي به چاپگر سه بعدي فرستاده مي شود.

چند مهارت كليدي براي پرينتر سه بعدي صنعتي

با چنين نوآوري مخربي مانند پرينتر سه بعدي، رشد بخش بسيار سريع تر از ارائه آموزش براي نيروي كار اتفاق افتاده است. براي تبديل شدن به متخصصان ساخت افزودني (AM)، كارمندان بايد مهارت هاي خود را مجدداً كسب كنند يا در نقش هاي جديد مهارت پيدا كنند.

دانشي كه در طول زنجيره فرآيند توليد افزودني نياز داريد

پرينتر سه بعدي صنعتي پتانسيل بسيار زيادي را در توسعه برنامه هاي كاربردي جديد به شركت ها ارائه مي دهد. دانش مورد نياز از درك اوليه فناوري گرفته تا انتخاب قطعات براي توليد و همچنين طراحي و مهندسي تا مقياس بندي و اعتبارسنجي توليد را شامل مي شود.

ما در آكادمي ذهن هاي افزودني، وظيفه خود را بر اين گذاشته ايم كه افراد و سازمان ها را در سراسر جهان قادر كنيم از پتانسيل  پرينتر سه بعدي صنعتي براي توليد مسئولانه استفاده كنند.

1. درك فناوري هاي پرينتر سه بعدي

اول، كساني كه علاقه مند به توليد افزودني هستند، نياز به يك مرور كلي از مراحل زنجيره فرآيند و فناوري هاي مختلف دارند.

2. طراحي و شبيه سازي

طراحي يكي از مهم ترين بخش هاي زنجيره فرآيند توليد مواد افزودني است. بدون طراحي خوب، هر مرحله ديگر غيرقابل پيش بيني است. يك طراح تحصيل كرده و خلاق مي تواند كمك زيادي به كاهش مصرف پودر، كاهش زمان ساخت و كاهش هزينه كلي هر قطعه كند و آنها را به بخشي حياتي از تيم تبديل كند. طراحي قطعات پرينتر سه بعدي براي استفاده در دنياي واقعي مستلزم دانش عميق روش ها و دستورالعمل ها و امكانات و محدوديت هاي پرينتر سه بعدي، و نحوه به كارگيري اين دانش براي طراحي قطعات بادوام و در عين حال نوآورانه است.

3. مهندسي كاربرد

براي ايجاد يك برنامه كاربردي عالي، بايد به سيستم ها و نرم افزارها تسلط داشته باشيد. براي انتخاب پارامترهاي قطعه با كيفيت مناسب براي هر مورد، به اطلاعاتي در مورد پارامترهاي فرآيند مانند Up-Skin، Core، Down-skin، overlapping و contours نياز داريد.

غربالگري و انتخاب صحيح قطعه بسيار مهم است. شما به مجموعه مهارتي نياز داريد تا تصميم بگيريد كه كدام بخش از نظر اقتصادي و فني براي موفقيت و سودآوري AM مناسب تر است."

4. فرآيند و مواد

هر ماده خواص منحصر به فرد خود را دارد و در اين فرآيند رفتار متفاوتي خواهد داشت. بنابراين، براي درك مقادير و پيامدهاي آماده سازي داده ها، به آموزش ويرايشگر پارامترهاي خاص مواد نياز داريد. علاوه بر اين، بايد در تنظيمات نوردهي براي دريچه، كانتور و لبه عميق‌تر شويد.

در همان زمان، شما بايد ويژگي هاي مواد مختلف را مطالعه كنيد و تصميم بگيريد كه كدام ماده براي كدام كار بهترين است. مهم است كه بدانيد كدام مواد هنگام پردازش منقبض يا تاب مي‌شوند و با يادگيري در مورد كيفيت رايج‌ترين انواع مواد، درك عميق‌تري از مرحله آماده‌سازي داده‌ها و اهميت آن به دست خواهيد آورد.

مزايا و معايب پرينتر سه بعدي با پشتيباني

پشتيباني ها اساساً به عنوان پلت فرم هاي كوچك برآمده در زير قطعه ساخته شده عمل مي كنند. اينها ساختار اضافي را براي ساخت فراهم مي كنند. در برخي شرايط، بدون پشتيباني مناسب، يك قطعه به طور كامل تشكيل نمي شود. اين بيشتر در مورد بخش هاي آويزان يك قطعه يا جايي كه يك قطعه نياز به سوراخي دارد كه تا انتها از آن عبور مي كند، رايج است. هركدام از اين سناريوها فقط قبل از اينكه نتوانند خود را در طول فرآيند ساخت لنگر بياورند، پيشرفت خواهند كرد. استفاده از تكيه گاه ها امكان توليد قطعات با پايه يا شكاف هاي باريك را فراهم مي كند. به عنوان يك قاعده كلي، براي هر جنبه اي از ساخت كه زير 45 درجه از سكوي ساخت امتداد دارد، به پشتيباني نياز است - اين بدان معناست كه هر بخشي كه در يك زاويه حاد بالا مي‌آيد ممكن است نياز به تكيه‌گاه‌هايي داشته باشد كه در ساخت‌وساز قرار داده شود.

در حالي كه ساخت ساپورت‌ها در طول فرآيند AM براي ايجاد قطعات پيچيده‌تر و پيچيده‌تر مفيد است، اما چندين اشكال نيز دارد. اينها عمدتاً در رابطه با مواد، زمان چاپ و پس از پردازش است.

عقب نشيني شماره 1 - زمان چاپ

هر يك از ساپورت ها بايد به صورت تدريجي با هر لايه بيلد چاپ شوند، به همان ترتيبي كه خود قسمت لايه به لايه ايجاد مي شود. اين منجر به زمان هاي چاپ طولاني‌تر مي‌شود كه كارايي را كاهش مي‌دهد و انرژي بيشتري مصرف مي‌كند و هزينه ساخت ها را به روش هاي مختلفي تحت تأثير قرار مي‌دهد.

عقب نشيني شماره 2 - مصرف مواد

از آنجايي كه تكيه گاه ها مانند بقيه قسمت هاي ساخته شده ساخته مي شوند، به اين معني است كه براي ايجاد آنها از مواد اضافي استفاده مي شود. تكيه گاه ها در مرحله پس از پردازش از محصول نهايي حذف مي شوند و به عنوان مواد زائد دفع مي شوند كه بر زمان و هزينه ها تأثير مي گذارد.

عقب نشيني شماره 3 - پس از پردازش

اكثر قطعات پرينتر سه بعدي از مرحله پس پردازش مي گذرند كه مي تواند شامل چندين مرحله باشد، بسته به آنچه براي تكميل قطعه و مناسب ساختن آن براي استفاده لازم است. اين مي تواند شامل ماشينكاري و عمليات سطحي براي افزايش تحمل قطعه و كاهش زبري سطح، و عمليات حرارتي براي بهبود خواص مكانيكي و حذف تنش هاي حرارتي ايجاد شده در طول فرآيند ساخت باشد. براي حذف پودر اضافي اغلب به مرحله تميز كردن نهايي نياز است. ساختمان‌هايي با تكيه‌گاه‌هاي بزرگ‌تر و بيشتر در مقايسه با كاهش تعداد يا اندازه تكيه‌گاه‌ها به فرآيند تكميل طولاني‌تر و فشرده‌تر نياز دارد. اين فرآيند زمان بر نه تنها به صورت دستي نيازمند است، بلكه هزينه اضافي نيز دارد. زمان كار متخصص و ابزارهاي مورد نياز به نتيجه نهايي براي توليد محصول مي‌افزايد.

همچنين مواردي وجود دارد كه برخي از پشتيباني ها غيرقابل دسترسي هستند و بنابراين نمي توان آنها را حذف كرد. در حالي كه اينها ممكن است مانع از عملكرد قطعه نشوند، وزن اضافه مي كنند و به طور بالقوه بر عملكرد كلي قطعه تأثير مي گذارند. در مورد مهندسي دقيق، توانايي چاپ بدون آن پشتيباني مي تواند مزاياي قابل توجهي براي استفاده در آينده از قطعه داشته باشد.

بهترين مواد هيبريدي براي جايگزيني رشته هاي كلاسيك براي پرينتر سه بعدي شما

فرآيند پرينت سه بعدي با اكستروژن كه به عنوان رسوب مواد مذاب نيز شناخته مي شود، يكي از محبوب ترين و متداول ترين روش ها در بازار توليد مواد افزودني است. اين به دليل توانايي آن در ارائه طيف گسترده اي از سازگاري مواد است. يك پرينتر سه بعدي FDM/FFF قادر است قطعاتي را از مواد مختلف از جمله پلاستيك، سيليكون، فلز و حتي خمير غذايي ايجاد كند. فيلامنت ها اغلب توسط كاربران مورد استفاده قرار مي گيرند، با طيف گسترده اي از انتخاب ها. در حالي كه بيشتر اين رشته‌ها از ترموپلاستيك‌هايي مانند ABS، PLA، پلي كربنات يا مواد با كارايي بالا استفاده مي‌كنند، لازم به ذكر است كه رشته‌هاي هيبريدي نيز در دسترس هستند. اين رشته ها مي توانند نتايج متفاوتي از نظر رندرينگ، تكميل، رسانايي، مقاومت و غيره ارائه دهند. آنها از مخلوطي از مواد مانند مارك، تركيبي از مارك و پلي كربنات، تفاله قهوه، چوب، پودر الماس يا مواد بازيافتي تشكيل شده اند. امروز از شما دعوت مي كنيم تا تعدادي از اين رشته هاي پرينتر سه بعدي را كشف كنيد.

1 - رشته اي بر پايه قهوه

شركت سازنده 3Dfuel با استفاده از آنها براي ايجاد رشته جديد  پرينتر سه بعدي با رنگي متمايز، راه منحصر به فردي براي بازيافت تفاله هاي قهوه ارائه كرده است. اين رشته كه Wound Up نام دارد، بخشي از برند c3composites است و از تركيب تفاله هاي قهوه با PLA معمولي ايجاد مي شود. در نتيجه، داراي خواص چاپي قابل مقايسه با رشته هاي استاندارد PLA است. اين رشته نوآورانه به سازندگان اجازه مي دهد تا از عشق خود به قهوه براي تامين انرژي پروژه هاي چاپ سه بعدي خود استفاده كنند.

2 - يك رشته PLA رسانا

ProtoPasta، يك شركت توليد كننده مواد براي چاپ سه بعدي مستقر در ونكوور، يك رشته منحصر به فرد ايجاد كرده است. اين رشته از كامپوزيت پلاستيك PLA تشكيل شده است كه رساناي الكتريكي است و حاوي ذرات كربن است. اين آن را براي استفاده در مدارهاي ولتاژ پايين و دستگاه هاي لمسي ايده آل مي كند. علاوه بر اين، اين ماده را مي توان با PLA معمولي در يك پرينتر سه بعدي كه داراي قابليت اكستروژن دوگانه است، تركيب كرد. به گفته سازنده، اين ماده مي‌تواند يك برد الكترونيكي ولتاژ پايين و رساناهاي چاپي براي مقاومت‌هاي تا 1K را به راحتي اجرا كند.

3 – رشته هاي ماسه سنگي

اين رشته پرينتر سه بعدي از ماسه سنگ، يك ماده ساختماني رايج ساخته شده است. حاوي تركيبي از PLA و سنگ پودري، معمولاً گچ است كه ظاهر و بافتي شبيه سنگ به آن مي‌دهد. LayBrick يك برند معروف توليد كننده اين نوع فيلامنت است. ظاهر نهايي شي چاپ شده بسته به تنظيمات پرينتر سه بعدي مي تواند متفاوت باشد و در نتيجه سطحي صاف يا ناهموار ايجاد شود.

4 - رشته پرينتر سه بعدي هيبريدي ساخته شده از كنف

كنف، كه از انواع گياه شاهدانه به دست مي‌آيد، به دليل ارتباط آن با اين گياه، همچنان يك ماده بحث برانگيز باقي مي‌ماند. با اين حال، استفاده گسترده اي در صنعت چاپ سه بعدي پيدا كرده است. اين رشته از ذرات ريز كنف مخلوط شده با پايه پليمري PLA تشكيل شده است. اين ماده به دليل خواص طبيعي خود داراي چندين مزيت است. سازندگان مختلفي وارد اين طاقچه شده‌اند كه يكي از برجسته‌ترين آنها 3Dfuel است كه با C2renew همكاري كرد تا فيلامنت در هم آميخته خود را كه شامل پركننده‌هاي زيستي است، عرضه كند و بافت منحصربه‌فردي را ارائه دهد. اين رشته همچنين يك پلاستيك زيست تخريب پذير است كه مي تواند پس از استفاده بازيافت يا كمپوست شود.

همه آنچه بايد درباره HIPS براي پرينتر سه بعدي بدانيد

پرينتر سه بعدي با HIPS

اگر از HIPS به عنوان يك ساختار پشتيباني استفاده مي كنيد، بايد يك پرينتر سه بعدي با دو اكسترودر داشته باشيد كه مي تواند به دماي بين 230 تا 245 درجه برسد. علاوه بر اين، شما بايد يك تخت گرمايشي داشته باشيد كه دماي آن بين 90 تا 110 درجه باشد، زيرا HIPS تمايل به تغيير شكل دارد. همچنين استفاده از پرينتر سه بعدي با فضاي نصب قابل قفل براي مقابله با تغيير شكل توصيه مي شود. شما بايد از دستگاه تنفسي خود محافظت كنيد و از تهويه مناسب اطمينان حاصل كنيد، زيرا چاپ با HIPS مي تواند بخارهاي سمي مانند استايرن ايجاد كند.

پس از فرآيند چاپ در  پرينتر سه بعدي، قبل از شروع به برداشتن ساختارهاي نگهدارنده، بايد صبر كنيد تا قسمت چاپ شده كاملاً خنك شود. بر خلاف ساختارهاي پشتيباني PVA يا BVOH، HIPS بايد با مواد شيميايي حذف شود. بنابراين، شما بايد آن را فقط به عنوان يك ساختار پشتيباني براي موادي مانند ABS استفاده كنيد، زيرا برخي از مواد ديگر ممكن است به اسيد ليمونيك شيميايي حساس باشند و در نتيجه ممكن است قطعه آسيب ببيند. قبل از برداشتن سازه هاي نگهدارنده با مواد شيميايي، توصيه مي شود ابتدا قطعات بزرگ را به دلايل هزينه اي با دست جدا كنيد، زيرا يك ليتر مواد شيميايي تقريباً 30 يورو قيمت دارد. هنگام برخورد با مايعات از اين نوع، بايد از چشم ها، مجاري تنفسي و دست هاي خود محافظت كنيد تا تحريك نشوند.

برنامه هاي كاربردي

پلاستيك HIPS كه به دليل خواص قابل توجه خود شناخته شده است، در كاربردهاي مختلف كاربرد گسترده اي پيدا مي كند. يكي از كاربردهاي رايج بسته بندي محصول است كه وزن كم، مقاومت در برابر رطوبت و سهولت قالب گيري در اشكال مختلف آن را به يك انتخاب محبوب تبديل كرده است. اغلب در بسته بندي اقلام مصرفي مانند اسباب بازي، لوازم الكترونيكي و لوازم آرايشي استفاده مي شود. HIPS همچنين به دليل ثبات ابعادي خوب در ايجاد علائم و نمايشگرها به خوبي عمل مي كند و به آن اجازه مي دهد حتي در شرايط تغيير دما و رطوبت شكل خود را حفظ كند.

در صنعت خودروسازي از HIPS براي ساخت قطعات داخلي مانند اجزاي پانل ابزار استفاده مي شود كه از مقاومت قوي در برابر ضربه و سهولت ساخت بهره مي برد. طبيعت سبك، مقاومت در برابر ضربه و قالب‌گيري در اشكال و رنگ‌هاي مختلف، آن را به ماده‌اي ايده‌آل براي توليد اسباب بازي ها و محصولات كودكان تبديل كرده است. علاوه بر اين، HIPS به دليل ثبات ابعادي استثنايي و مقاومت در برابر رطوبت، به طور گسترده به عنوان پوششي براي تجهيزات الكتريكي و الكترونيكي استفاده مي شود. رشته پزشكي نيز از HIPS سود مي برد، زيرا به دليل مقاومت بالا در برابر ضربه، وزن كم و سهولت پردازش در ساخت انواع دستگاه هاي پزشكي از جمله اسپلينت هاي ارتوپدي استفاده مي شود. در نهايت، HIPS به دليل قالب‌ پذيري و مقاومت قوي در برابر رطوبت، در كاربردهاي بسته‌بندي مواد غذايي، به ويژه در توليد ظروف تاشوي استفاده مي‌شود.

توليد كنندگان و قيمت

وقتي نوبت به قيمت گذاري مي شود، پلاستيك HIPS يك راه حل مقرون به صرفه در مقايسه با ساير مواد ارائه مي دهد. يك قرقره فيلامنتي HIPS نسبتاً ارزان است و مي توان آن را با قيمت هاي بين 17 تا 35 دلار خريداري كرد. سازندگان معتبري مانند iGo3D، Zortrax، 3Dmensionals و MatterHackers وجود دارند كه فيلامنت هاي HIPS را براي خريد ارائه مي دهند. با اين حال، مهم است كه عوامل خاصي را قبل از خريد در نظر بگيريد. توصيه مي شود كه مواد تشكيل دهنده رشته هاي HIPS را به دقت بررسي كنيد، زيرا ممكن است برخي از آنها حاوي افزودني هايي باشند كه فرآيند چاپ را در پرينتر سه بعدي تسهيل مي كند، اما حذف آنها پس از چاپ را نيز دشوار مي كند.

علاوه بر قيمت گذاري فيلامنت، هنگام انتخاب سازنده يا تامين كننده براي HIPS، ارزيابي جنبه هاي فراتر از هزينه به تنهايي بسيار مهم است. عواملي مانند كيفيت، قابليت اطمينان، ثبات محصول، پشتيباني مشتري و زمان بندي تحويل بايد در نظر گرفته شوند. تحقيق كامل، مقايسه پيشنهادات، و خواندن نظرات يا نظرات مشتريان مي تواند به تصميم گيري آگاهانه كمك كند. همچنين ارزش كاوش در تامين‌كنندگان يا توزيع‌كنندگان محلي را دارد، زيرا ممكن است قيمت‌هاي رقابتي و تداركات مناسب براي تهيه رشته‌هاي HIPS ارائه دهند. درگير شدن در بحث با متخصصان صنعت يا جستجوي توصيه‌هايي از انجمن‌هاي تجاري مربوطه مي‌تواند بينش ارزشمندي در مورد توليدكنندگان، تامين‌كنندگان معتبر و روند قيمت‌گذاري در بازار HIPS ارائه دهد.

برنامه هاي كاربردي توليد dditive بر اساس بخش

هنگامي كه پيشرفت هاي توليد افزودني آغاز شد، هيچ كس فكر نمي كرد كه اين فناوري بتواند صنعت را به اندازه اي كه دارد متحول كند. در حالي كه دليل اصلي ايجاد آن تسريع در نمونه سازي سريع بود. در طول سال‌ها، خود را فراتر از اين توسعه داده است و مزاياي زيادي براي بخش‌هاي مختلف از جمله كاهش مصرف مواد، كاهش هزينه‌ها و تسريع توليد به ارمغان آورده است.

با توجه به منحني گارتنر 2017، پرينتر سه بعدي اكنون يك فناوري كاملاً جا افتاده در صنعت توليد براي توسعه نمونه اوليه است. با اين پايه، چاپ سه بعدي مي تواند خود را حتي بيشتر توسعه دهد، زيرا صنايع مختلف شروع به پياده سازي اين فناوري در شركت هاي خود مي كنند. همانطور كه انقلاب در بخش پزشكي، هنر و خودرو ادامه دارد، نمي توان گفت كه فردا چه چيزي براي آينده پرينت سه بعدي به همراه خواهد داشت!

پزشكي

از دهه 1990، Bioprinting يكي از اصلي‌ترين محصولات در توليد مواد افزودني بوده است كه مستقيماً در زمينه پزشكي كاربرد دارد. از زمان اولين موفقيت در سال 1999 با پرينت سه بعدي كبد انسان، شركت هاي زيادي هستند كه پيشگامان اين فناوري شده اند، مانند Organovo، خالق اولين چاپگر زيستي تجاري، NovoGen MMX، و همچنين دانشگاه هاي مختلف، و شركت هايي كه مدل هاي ماشيني دارند تا با اين روند جديد روبرو شوند. امروزه، اين فناوري به رشد و نوآوري خود ادامه داده و به بخش قوي و پر جنب و جوش دنياي پرينت سه بعدي تبديل شده است كه انتظار مي رود تا سال 2022 تا 36 درصد رشد كند.

علاوه بر پرينتر سه بعدي زيستي، يكي ديگر از بخش هاي بزرگ توليد مواد افزودني در سلامت، پروتز است. به لطف قابليت سفارشي‌سازي كه پرينت سه بعدي ارائه مي‌كند، تأثيري كه بر اين صنعت گذاشته است خارق‌العاده بوده است. توانايي حمل آسان پرينترهاي سه بعدي، آن را به ابزاري كليدي در مناطق درگيري براي كمك به افرادي كه دست و پاي خود را از دست داده‌اند، تبديل كرده است و MakerBot يكي از رهبران اين حوزه از مراقبت‌هاي بهداشتي است. علاوه بر اين، روند رو به رشدي در بيمارستان‌هاي سراسر جهان مشاهده مي‌شود كه در حال حاضر از پرينترهاي سه بعدي در امكانات خود استفاده مي‌كنند تا به نيازهاي بيماران خود كمك كنند، مانند توليد پروتزهاي افزودني و همچنين روي آوردن به چاپ سه بعدي براي ايجاد اندام‌هاي پرينت سه بعدي. براي تمرين قبل از عمل بر روي بيماران

حمل و نقل

توليد افزودني مي‌تواند به خوبي در راه تغيير روش حركت ما باشد، زيرا به سرعت شروع به متحول كردن بخش‌هاي مختلف حمل‌ونقل كرده است. از هوانوردي و هوافضا گرفته تا خودرو و دريانوردي؛ اين بخش ها به دنبال صرف زمان و هزينه كمتر هستند و دوستي در اين فناوري پيدا كرده اند. در بخش‌هايي مانند هوافضا، كه در آن 2.2 پوند مواد مي‌تواند بيش از 150000 دلار هزينه داشته باشد، اين فناوري راه جديدي براي ارائه نتايج ارزان‌تر و بهتر نسبت به فناوري‌هاي توليد معمولي ارائه مي‌كند.

دقيقاً به همين دليل است كه توليد مواد افزودني به فناوري براي صنايع حمل‌ونقل در سراسر جهان تبديل شده است كه به دنبال ايجاد تجهيزات سبك‌تر، قوي‌تر و مقاوم‌تر هستند كه بتواند نيازهاي شركت‌ها را برآورده كند. دموكراتيزه ساختن افزودني قطعات مختلف همچنين پيشرفت هاي تكنولوژيكي و عملي عظيمي را در بخش هاي خودرو و حمل و نقل به ارمغان مي آورد. نمونه‌هايي از اين را مي‌توان در شركت‌هاي بزرگ مانند مرسدس بنز و همچنين در پروژه‌هاي آب تا خشكي مشاهده كرد. در حالي كه توليد مواد افزودني هنوز تنها در خط مقدم خود قرار دارد، اين فناوري آينده اي باورنكردني اميدواركننده را براي صنايع حمل و نقل ارائه مي دهد.

3DN: 3DM برداشت منحصر به فردي از پرينتر سه بعدي SLS دارد. ممكن است در مورد تكنولوژي به ما بگوييد؟

قبل از ورود به راه حل خاص ما، مهم است كه به اين سوال پاسخ دهيم، چرا SLS؟ حتي SLS غيربهينه نيز فناوري است كه بيشترين اميد را از نظر توليد صنعتي واقعي با پرينتر سه بعدي نشان مي دهد. اين به لطف ماهيت آن است كه در آن مي توانيد بسياري از قطعات با كيفيت را به طور همزمان ايجاد كنيد و همچنين سفارشي كنيد. با اين حال، هنوز هم چالش هاي خاص خود را دارد كه ما قصد داريم با راه حل خود آنها را برطرف كنيم.

اين به طور مشخص در ليزرها شروع مي شود. ما ليزرهاي QCL خودمان را داريم كه توسعه داده ايم و مهمترين نكته منحصر به فرد اين ليزرها اين است كه براي ذوب پلاستيك بهينه طراحي، برنامه ريزي و توليد شده اند. ما نه تنها يك ليزر CO2 يا فيبر را از قفسه بيرون مي آوريم و نه فقط تنظيماتي را انجام مي دهيم در حالي كه محدوده مواد ممكن را محدود مي كنيم. در عوض، ليزرهاي ما با تجزيه و تحليل مواد مورد نظر و سپس تنظيم ليزرها براي ذوب مواد در طول موج مورد نياز كار مي كنند.

براي درك اينكه چگونه كار مي كند، ابتدا از شما مي خواهم كه آناليز FTIR (طيف سنجي فروسرخ تبديل فوريه) را در نظر بگيريد. اينها اغلب در تعدادي از حوزه هاي علمي مختلف استفاده مي شوند، به عنوان مثال براي بررسي كيفيت محصولات غذايي يا يافتن مواد ممنوعه يا مواد منفجره. و اساساً نشان مي دهد كه چه طول موج هايي با مواد مورد نظر به خوبي برهم كنش خواهند داشت. اين جايي است كه بنيانگذار ما شروع به ايجاد فناوري پرينتر سه بعدي خود كرد.

هر ماده اي داراي طول موج خاصي يا چند طول موج است كه براي ذوب شدن كارآمدتر است. با نگاه كردن به يك FTIR مي توانيد مستقيماً آن را ببينيد زيرا اوج هايي وجود دارد و هدف اين است كه تا حد امكان به اين قله نزديك شويد تا ماده به روش مورد نظر واكنش نشان دهد. اما اگر از ليزر CO2 استفاده مي كنيد، هميشه 10.6 ميكرون هستند و اگر مواد به اندازه كافي جذب شوند ذوب مي شوند يا نه، اما بهينه نيست. روش ديگر، شما مي توانيد با ليزر با قدرت بالاتر استفاده كنيد، اما پس از آن بايد هزينه آن را به روش هاي ديگري پرداخت كنيد. بنابراين، هرگز واقعاً نقطه اي وجود ندارد كه خود ليزر براي هر ماده بهينه شده باشد. و اين همان جايي است كه ما وارد مي شويم و مي بينيم كه چگونه مواد مختلف به طول موج هاي مختلف واكنش نشان مي دهند.

پس از درك، شروع به ساخت تراشه مي كنيم كه بسيار كوچك است، فقط نيم ميلي متر عرض و 5 ميلي متر طول دارد و نوري بين 2 تا 3 وات منتشر مي كند كه براي ليزري با اين اندازه بسيار قوي است. سپس، اين تراشه را روي دستگاه خنك‌كننده قرار مي‌دهيد تا اولين عنصر اپتيك را بسازيد و سپس براي ايجاد ماژول ليزر، آن را بسازيد. در نهايت، ما چهار مورد از آن‌ها را مي‌گيريم، به طور بالقوه بيشتر، و براي افزايش قدرت و قابليت‌ها تركيب مي‌شوند. در اين هد پرتو، تمام ليزرها با هم تركيب شده و به يك پرتو متمركز مي شوند و اين باعث ايجاد لكه روي پودر مي شود.