پرینت و پرینترهای سه بعدی چیست؟

پرینت سه بعدی، که گاهی اوقات با نام “ساخت افزودنی” نیز شناخته می شود، تکنولوژی ساخت اشیاء سه بعدی از یک مدل دیجیتالی است. این کار با استفاده از مواد مختلفی مانند پلاستیک، مایعات یا پودرها تحت کنترل کامپیوتر انجام می شود. مواد لایه به لایه روی هم قرار گرفته و در نهایت شیء مورد نظر را تشکیل می دهند. 

پرینت سه بعدی یکی از آن اصطلاحاتی است که اغلب با داستان‌های علمی‌تخیلی یا موسسات پیشرفته مانند ناسا در ارتباط است. اما این تکنولوژی در حال حاضر یک واقعیت برای بسیاری از مردم است، با صدها کاربر جدید که هر ساله سفر سه بعدی خود را آغاز می‌کنند. ​

این مطلب مروری بر فن‌آوری‌های پرینت سه بعدی، از جمله انواع مختلف فرآیندهای موجود، مواد و برخی از کاربردهای فعلی و بالقوه ارائه خواهد داد. ​این مقاله به شما در مورد تکنولوژی های پرینت سه بعدی در انواع مختلف، مواد قابل استفاده و برخی از کاربردهای فعلی و بالقوه آن اطلاعاتی ارائه می دهد. همچنین، نحوه شروع کار با پرینت سه بعدی را نیز مورد بحث قرار خواهیم داد، خواه شما یک فرد حرفه ای، یک سرگرمی‌باز یا کسی باشید که فقط کنجکاو هستید. اما بیایید از ابتدا شروع کنیم. 

پرینت سه بعدی چیست؟ ​

پرینت سه بعدی نوعی فرآیند تولید است که در آن یک ماشین یک شی سه بعدی را با ایجاد لایه‌های متوالی از مواد ایجاد می‌کند. این فرآیند همچنین به عنوان تولید افزایشی (‏AM)‏ شناخته می‌شود؛ زیرا در تضاد با روش‌های تولید سنتی مانند تولید ریزکششی (‏ماشینکاری) ‏یا تولید سازنده (‏ریخته‌گری یا قالب‌گیری) ‏است که معمولا شامل برش یا شکل‌دهی مصالح برای ایجاد محصول نهایی است. ​

در حالی که تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی مختلفی وجود دارد، بسیاری از جنبه‌های پرینت سه بعدی آن را در مقایسه با دیگر تکنیک‌های ساخت سنتی خاص می‌سازند. ​

به عنوان مثال، تولید افزایشی می‌تواند اشکال و بخش‌هایی را تولید کند که ایجاد آن‌ها با استفاده از دیگر روش‌های ساخت دشوار یا حتی غیر ممکن است، در حالی که سطح بی‌سابقه‌ای از انعطاف‌پذیری را برای سیستم‌های تولید فراهم می‌کند. ​

پرینت سه بعدی، در مقایسه با روش‌های سنتی، روشی جدید برای تولید قطعات است.

اما صبر کنید! ما مزایای بیشتری از پرینت سه بعدی را در این مطلب بررسی خواهیم کرد. اول، بیایید نگاهی دقیق‌تر به فرآیندهای پرینت سه بعدی خانگی، که به عنوان پرینت سه بعدی رومیزی نیز شناخته می‌شوند، بیندازیم. ​

پرینتر سه بعدی رومیزی

​​​​​​​​

اصطلاح “پرینت سه بعدی رومیزی” به استفاده از پرینترهای سه بعدی شخصی و نسبتا ارزان اشاره دارد که می‌توانند در خانه یا در یک دفتر به اشتراک گذاشته شده مورد استفاده قرار گیرند. این ماشین‌ها معمولا کوچک‌تر و پیچیده‌تر از پرینترهای صنعتی سه بعدی هستند که به طور خاص برای نمونه‌سازی و تولید در مقیاس کوچک طراحی شده‌اند. ​

پرینت رومیزی سه بعدی توسط پروژه RepRap امکان‌پذیر شد، که در سال ۲۰۰۵ توسط دکتر Adrian Bowyer برای ایجاد یک پروژه جدید آغاز شد. دستگاه هزینه‌ کمی داشت و می‌توانست خودش را بسازد و پرینت سه بعدی را برای همه قابل‌دسترس کند. ​

پروژه رپرپ به یک جامعه تبدیل شده و از نظر دسترسی دموکراتیک به ماشین‌های پرینت سه بعدی رومیزی، به ویژه ماشین‌های فیلامنت مبتنی بر فن‌آوری مدل‌سازی رسوب آمیخته (‏FDM) ‏بسیار موفق بوده‌است. ​

امروزه، پرینترهای سه بعدی رومیزی معمولا FDM یا ماشین‌های مبتنی بر رزین SLA هستند و با کاهش هزینه‌های آن‌ها، میزان اطلاعات آنلاین افزایش می‌یابد و تکنولوژی‌های کلی بهبود می‌یابند. ​

پرینت سه بعدی رومیزی شامل ماشین‌های نسبتا کوچک و ارزان است

​​​​​​​

پرینت سه بعدی در مقابل تولید افزایشی

اصطلاح “ساخت افزایشی” معمولاً به فرآیندهای صنعتی‌تر پرینت سه بعدی اشاره دارد  بنابراین، در حالی که “پرینت سه بعدی” بیشتر برای اشاره به ماشین‌آلات و فرآیندهای غیر صنعتی استفاده می‌شود، مانند پرینترهای اداری کوچک براساس فیلامنت و مواد رزین، منظور از “تولید افزایشی” چیست؟

هر دو اصطلاح به یک فرآیند کلی یک‌سان برای ایجاد یک شی فیزیکی با اضافه کردن لایه‌های ماده اشاره دارند، اما به طور مرسوم برای انواع مختلف فرآیندها مورد استفاده قرار می‌گیرند. ​

تولید ترکیبی یک اصطلاح گسترده‌تر است که انواع مختلفی از فن‌آوری‌ها را در بر می‌گیرد که برای ساخت اشیا با افزودن مواد به کار می‌روند. فن‌آوری‌های مختلف تحت این اصطلاح فراگیر، توسط استانداردهای ISO / ASTM تعریف شده‌اند، که شامل فن‌آوری‌هایی مانند ترکیب بستر پودر (powder bed fusion) و بایندر جت (binder jetting) هستند. ​

با به دست آوردن یک ایده روشن‌تر از آنچه که به آن اشاره می‌کنیم، بیایید روشن کنیم که یک فرآیند پرینت سه بعدی معمولی چگونه کار می‌کند. ​

AM (مخفف additive manufacturing ) معمولا به فرآیندهای پرینت سه بعدی صنعتی اشاره می‌کند

نحوه کار پرینت سه بعدی از طراحی تا تولید محصول نهایی

صرف‌نظر از فن‌آوری خاص، فرآیندهای پرینت سه بعدی معمولا یک جریان کار کلی را دنبال می‌کنند که شامل این مراحل است:

۱. طراحی دیجیتال

اولین گام در فرآیند پرینت سه بعدی، ایجاد یک مدل دیجیتال از شی از طریق مدل‌سازی سه بعدی یا نرم‌افزار طراحی با کمک کامپیوتر (‏CAD) ‏است. مدل سه بعدی را می توان از یک شی موجود با استفاده از تکنیک‌های اسکن سه بعدی طراحی یا کپی کرد، یا می توان آن را از یک سایت مدل دانلود کرد. مورد دوم به احتمال زیاد به استفاده غیر تجاری محدود خواهد شد. ​

۲. آماده‌سازی فایل دیجیتال

پس از تکمیل مدل دیجیتال، فایل برای پرینت سه بعدی براساس ماشین و فن‌آوری خاص آماده می‌شود. مدل سه بعدی به چند لایه نازک تقسیم می‌شود، در یک فرآیند معروف به برش سه بعدی، و یک کد ماشین (G-code)‏برای آموزش پرینتر سه بعدی در مورد چگونگی ایجاد شی تولید می‌شود. ​

۳. ساخت

سپس فایل دیجیتال آماده‌شده به یک پرینتر سه بعدی فرستاده می‌شود، که کد را تفسیر می‌کند و شی را با اضافه کردن لایه به لایه ایجاد می‌کند. ​

۴. پس پردازش

شی پرینت‌شده سپس از پس پردازش عبور می‌کند، که می‌تواند شامل مراحل پایانی مانند تمیز کردن، عمل‌آوری، نقاشی، یا حذف ساختارهای اضافی ایجاد شده برای پشتیبانی از ساخت باشد. نوع خاص پس پردازش و الزامات مجاور به فن‌آوری خاص و مواد (‏های)‏ مورد استفاده بستگی دارد. ​

 

از طراحی تا محصول نهایی

مواد قابل استفاده در پرینت سه بعدی

فناوری‌های ساخت افزایشی با طیف گسترده‌ای از مواد از جمله فولاد، تیتانیوم، پلاستیک و سرامیک کار می‌کنند، اما پرینت سه بعدی رومیزی طیف محدودتری از مواد را در اختیار دارد.

مواد پرینت FDM سه بعدی انواع مختلفی از ترموپلاستیک‌ها هستند که معمولاً به صورت قرقره‌های رشته‌ای ارائه می‌شوند و به سیستم اکستروژن پرینتر سه بعدی تغذیه می‌شوند. ​

محبوب‌ترین مواد مورد استفاده در پرینت سه بعدی FDM شامل موارد زیر هستند:

• PLA: یک پلیمر طبیعی ساخته شده از محصولات نشاسته‌ای مانند ذرت و نیشکر، که پرینت سه بعدی با آن بسیار آسان است.

• ABS: یک پلاستیک محکم و بادوام که توسط صنعت به‌طور کلی استفاده می‌شود و به دلیل ساخت آجرهای لگو قابل توجه است.

• PETG: یک نوع پلاستیک PET که به دلیل استحکام و مقاومت حرارتی شناخته شده است.

رشته‌های کم‌تر محبوب FDM شامل پلاستیک‌های سنتی مانند نایلون، TPU، پلی‌کربنات (‏PC)‏، و دیگر تخصص و مواد خارجی مانند الیاف کربن، چوب و حتی فلزات هستند. ​

از سوی دیگر، پرینترهای رزینی سه بعدی از یک ماده رزین مایع استفاده می‌کنند که به وسیله نور UV برای ایجاد لایه‌های متوالی از شی، پخت می‌شود. در حالی که این تکنولوژی عمدتا به دلیل وضوح بالا و جزئیات بخش‌های آن شناخته شده‌است، همچنین طیف خوبی از مواد را برای کاربردهای مختلف ارائه می‌دهد. ​

رزین‌های استاندارد به اصطلاح رایج‌ترین ماده برای پرینت سه بعدی رزینی باقی می‌مانند، و صرف‌نظر از تکنولوژی ساخت آن‌ها، اغلب یکسان هستند (‏LCD، DLP، SLA)‏. همچنین رزین‌های تخصصی مانند رزین‌های انعطاف‌پذیر، سخت و حتی قابل ریخته‌گری برای ایجاد قالب برای فرآیندهای ریخته‌گری وجود دارند. ​

پرینت FDM سه بعدی از فیلامنت به عنوان ماده خام استفاده می‌کند

کاربردهای پرینت سه بعدی

کاربردهای فعلی برای پرینت سه بعدی بسیار هستند، از جمله ایجاد قطعات یدکی و نمونه‌سازی سریع و… با بیشتر و بیشتر شدن دسترسی پرینترهای دسکتاپ سه بعدی، هم افراد و هم کسب و کارهای کوچک شروع به ترکیب این ماشین‌ها در روال روزانه خود کردند. امروزه، طیف گسترده‌ای از کاربردها برای پرینت سه بعدی رومیزی وجود دارد، اما در اینجا هم برای حرفه‌ای‌ها و هم برای سرگرمی‌ها برجسته هستند:

• ایجاد قطعات یدکی: پرینت سه بعدی می‌تواند برای تولید سریع و راحت قطعات یدکی سفارشی برای انواع دستگاه‌ها و ماشین‌آلات مورد استفاده قرار گیرد. 

• ساخت نمونه‌های اولیه: پرینت سه بعدی به طور گسترده برای ساخت نمونه‌های اولیه سریع و مقرون به صرفه از محصولات و قطعات جدید استفاده می‌شود. این امر به مهندسان و طراحان اجازه می‌دهد تا به سرعت ایده‌های خود را آزمایش کنند و قبل از تولید نهایی، تغییرات لازم را انجام دهند. 

• تولید شخصی‌سازی‌شده: پرینت سه بعدی این امکان را به افراد می‌دهد تا اشیاء و لوازم جانبی سفارشی با توجه به نیازهای و سلیقه‌های خاص خود تولید کنند. این می‌تواند شامل هر چیزی از جواهرات و دکوراسیون گرفته تا لوازم جانبی گوشی و لباس باشد. 

• آموزش و سرگرمی: پرینت سه بعدی همچنین می‌تواند یک ابزار آموزشی ارزشمند برای دانش‌آموزان و بزرگسالان باشد. این روش می‌تواند برای توضیح مفاهیم علمی، ایجاد مدل‌های فیزیکی از اشیاء سه بعدی و حتی ساخت اسباب‌بازی‌های سفارشی مورد استفاده قرار گیرد. 

این تنها چند نمونه از کاربردهای بی‌شمار پرینت سه بعدی رومیزی است. همانطور که فناوری همچنان پیشرفت می‌کند و مقرون به صرفه‌تر می‌شود، مطمئناً شاهد ظهور کاربردهای جدید و خلاقانه برای این فناوری شگفت‌انگیز خواهیم بود. 

1.کاربردهای حرفه‌ای

• نمونه‌سازی: یکی از مزایای اصلی پرینت سه بعدی، توانایی ایجاد سریع و ارزان ماکت ها و نمونه‌های اولیه کاربردی، سرعت بخشیدن به فرآیندهای توسعه محصول و کاهش هزینه‌های مربوطه است. ​
• معماری: معماران و طراحان داخلی می‌توانند به راحتی مدل‌های سه بعدی از ساختمان‌ها و فضاهای داخلی را پرینت کنند تا به آن‌ها کمک کنند که دید خود را به مشتریان منتقل کنند. پرینت سه بعدی امکان ایجاد مدل‌های معماری را سریع‌تر و ارزان‌تر از روش‌های سنتی فراهم می‌کند. ​
• جواهرات و مد: پرینت سه بعدی به طراحان جواهرات و مد این امکان را می‌دهد تا قطعات منحصر به فرد و پیچیده‌ای خلق کنند که ساخت آن‌ها با استفاده از روش‌های تولید سنتی، غیر ممکن یا مقرون‌به‌صرفه باشد. پرینت سه بعدی همچنین امکان تولید دسته‌ای کوچک از این قطعات طراحی را فراهم می‌کند. ​
• آموزش: پرینت سه بعدی در حال حاضر به طور گسترده به عنوان یک ابزار آموزشی در کلاس درس و دانشگاه، و نه تنها برای یادگیری STEM استفاده می‌شود. به عنوان مثال، مصنوعات باستانی می‌توانند برای کلاس‌های تاریخ و نقشه‌های توپوگرافی برای مطالعات جغرافیایی به صورت پرینت سه بعدی ساخته شوند. ​

 

 

2.کاربردهای شخصی و سرگرمی

• دکوراسیون منزل: دکوراسیون منحصر به فرد خانه می‌تواند به راحتی با پرینت سه
  بعدی مانند گلدان، گیاهان، مجسمه و تزیینات دیوار ایجاد شود. تعداد بی پایانی از مدل‌های آماده پرینت سه بعدی برای دکوراسیون در منابع آنلاین مانند thingiverse.com به صورت رایگان موجود است. ​
• قطعات یدکی: با کمی دانش مدل‌سازی سه بعدی، کاربران خانگی می‌توانند قطعات جایگزین سه بعدی را برای وسایل شکسته مانند لوازم آشپزخانه، اسباب‌بازی، کابینت و لوازم الکترونیکی طراحی کنند. قطعات جایگیزین همچنین می‌توانند برای قطعات بازی‌های بورد از دست رفته ساخته شوند
• باز‌ی‌های تخته‌ای  یا بوردگیم: پرینترهای سه بعدی خانگی ، به خصوص پرینترهای مبتنی بر رزین، می‌توانند قطعات زیبایی برای بازی‌های رومیزی، مانند miniatures و جزیره شناور (terrain tiles) ایجاد کنند. این یک برنامه بسیار محبوب برای پرینت سه بعدی رومیزی است و دلیل اینکه چرا بسیاری از افراد در وهله اول به سرگرمی می‌رسند. ​
• پروژه‌های DIY: آخرین اما قطعا نه کم اهمیت‌ترین، پرینت سه بعدی می‌تواند برای انواع زیادی از پروژه‌های DIY استفاده شود، به خصوص با الکترونیک مانند میکروکنترلرها و کامپیوترهای تک بورد. بهترین بخش این است که تجربه زیادی مورد نیاز نیست زیرا بسیاری از پروژه‌های به اشتراک گذاشته شده آنلاین دستورالعمل‌های دقیقی را برای تمام سطوح کاربر ارائه می‌دهند. ​

البته کاربردهای دیگری نیز برای پرینترهای سه بعدی صنعتی، به ویژه در صنایع پزشکی، هوافضا، خودروسازی و ساختمانی وجود دارد. ​

کاربردهای هابیت شامل موارد دکور خانگی مانند گیاهان است

 

مزایا و معایب پرینت سه بعدی

در مقایسه با تکنیک‌های تولیدی قدیمی مانند ماشینکاری سنتی و قالب‌گیری تزریقی، پرینت سه بعدی یک تکنولوژی معاصر است. این امر هم امکانات هیجان‌انگیز جدید و هم چالش‌های بسیاری را برای صنعت تولید ایجاد می‌کند. ​

مزایای پرینت سه بعدی

1.آزادی هندسی: فن‌آوری افزودنی لایه به لایه پرینت سه بعدی می‌تواند هندسه‌های بسیار پیچیده و ساختارهای داخلی را تولید کند که یا غیر ممکن هستند و یا هزینه زیادی برای ایجاد با روش‌های تولید سنتی دارند. ​

2.امکان سفارشی‌سازی: پرینت سه بعدی امکان سفارشی‌سازی محصولات صنعتی را بدون هیچ هزینه اضافی فراهم می‌کند، زیرا فایل مدل دیجیتال را میتوان به آسانی اصلاح کرد و نیازی به ابزارهای خاص ساخت مانند قالب و قطعات نیست. ​

3. امکان تولید با حجم کم: بر خلاف فرآیندهای تولیدی سنتی، هزینه واحد قطعات پرینت‌شده سه بعدی بدون توجه به تعداد قطعات تولید شده ثابت است. این امر تولید دسته‌های کوچکی از قطعات را از نظر اقتصادی قابل دوام می‌سازد، همچنین برای ساخت در تعداد کم می توانید از شرکت های ارائه خدمات پرینت سه بعدی نیز استفاده بفرمایید . ​

4. قابلیت نمونه‌سازی سریع: پرینت سه بعدی امکان تولید سریع و ارزان نمونه‌های اولیه فیزیکی را برای تست و اعتبارسنجی محصولات قبل از افزایش تولید فراهم می‌کند. این امر به شدت زمان توسعه محصول را کاهش می‌دهد و به طراحان و مهندسان اجازه می‌دهد تا محصولات بهتری را به طور کلی ایجاد کنند. ​

5.انعطاف‌پذیری در تولید: ماهیت دیجیتال تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی و الزامات تجهیز یک محیط تولید انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند. تولید افزودنی همچنین با طیف گسترده‌ای از مواد، از جمله پلاستیک، فلزات، سرامیک و حتی مواد خوراکی و بیولوژیکی امکان پذیر است. ​

پرینت سه بعدی سطحی از آزادی هندسی را ارائه می‌دهد که با هیچ فرآیند دیگری مطابقت ندارد.

معایب پرینت سه بعدی

1.سرعت تولید پایین‌تر: پرینت سه بعدی معمولا کندتر از روش‌های تولید سنتی برای تولید حجم بالایی از محصولات است. ​

2.هزینه‌های بالاتر: از زمان نوشتن، ماشین‌های پرینت سه بعدی و فرآیندها می‌توانند گران‌تر از روش‌های سنتی برای بخش‌های خاص باشند، به خصوص هنگام استفاده از مواد گران‌قیمت. ​

3. نیاز به پس پردازش: قطعات پرینت‌شده سه بعدی اغلب نیاز به مراحل نهایی اضافی، مانند سنباده زنی، پرداخت، یا نقاشی، برای دستیابی به یک سطح صاف و تحمل تولید دارند. ​

4.کنترل کیفیت: این یک کار بسیار چالش برانگیز برای قطعات پرینت‌شده سه بعدی، به خصوص برای قطعات بزرگ‌تر یا پیچیده‌تر باقی می‌ماند. ​

5.مقیاس پذیری محدود: پرینت سه بعدی به طور کلی محدود به تولید در مقیاس کوچک است، به طوری که تولید در مقیاس بزرگ‌تر نیاز به چندین ماشین و افزایش قابل‌توجه در هزینه‌ها دارد. این امر باعث می‌شود که روش‌های تولید سنتی هنوز هم برای اجرای تولید بزرگ‌تر مقرون‌به‌صرفه‌تر باشند. ​

قطعات پرینت سه بعدی تقریبا همیشه به نوعی مراحل پس پردازش و اتمام نیاز دارند.​

فناوری‌های پرینت سه بعدی

در حال حاضر هفت نوع اصلی و بیش از 20 زیر نوع فناوری پرینت سه بعدی استفاده می‌شود. در این بخش از مقاله با انواع رایج فناوری‌های پرینت سه بعدی مانند پرینت سه بعدی FDM، SLA، LCD، DLP، SLS، SLM، EBM، material jetting، DOD، binder jetting، MJF و انواع دیگر تولید افزودنی بیشتر آشنا خواهیم شد. 

اگر شما تازه وارد دنیای شگفت انگیز پرینت سه بعدی هستید، اجازه دهید اولین کسی باشیم که به شما خوش آمد می‌گوییم. شما آن را سرگرم کننده، مفید، الهام بخش و سودآور خواهید یافت. 

چالشی که بسیاری از تازه واردان به پرینت سه بعدی با آن روبرو هستند، تشخیص بین انواع مختلف فرآیندهای پرینت سه بعدی است. کسانی که با آن آشنا نیستند، پرینت سه بعدی را به عنوان رشته‌های پلاستیکی که از یک نازل داغ خارج می‌شوند و به شکلی انباشته می شوند تصور می‌کنند، اما اینطور نیست! 

در واقع، پرینت سه بعدی، که همچنین به تولید افزودنی معروف است، یک اصطلاح جامع است که چندین فرآیند پرینت سه بعدی بسیار متمایز را با دستگاه‌ها و مواد کاملاً متفاوت پوشش می‌دهد. 

فقط با نگاه به برخی از مواردی که امروزه با پرینت سه بعدی تولید می‌شوند، از نگهدارنده‌های مداد گرفته تا موتورهای موشک، فکر کنید و متوجه خواهید شد که این فناوری‌ها از دنیایی متفاوت هستند اما عناصر مشترکی دارند. به عنوان مثال، تمام فرآیندهای پرینت سه بعدی با یک مدل دیجیتال آغاز می‌شوند زیرا این فناوری ذاتاً دیجیتال است. قطعات یا محصولات ابتدا به عنوان فایل‌های الکترونیکی طراحی شده با نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) یا از منابع قطعات دیجیتال بدست می‌آیند. سپس فایل طراحی از طریق نرم افزار آماده سازی ساخت خاص عبور می‌کند که آن را به برش‌ها یا لایه‌هایی برای پرینت سه بعدی تقسیم می‌کند. این نرم افزار که اغلب منحصر به نوع پرینت سه بعدی و حتی برند پرینتر سه بعدی است، مدل را به صورت لایه لایه تقسیم بندی می‌کند و دستورالعمل‌های مسیر را برای پرینتر سه بعدی ایجاد می‌کند. 

در این راهنمای ساده، شما تفاوت بین فناوری‌های پرینت سه بعدی و اینکه هر کدام معمولاً برای چه مواردی استفاده می‌شوند را یاد خواهید گرفت. 

هفت نوع اصلی فناوری‌های پرینت سه بعدی

چرا میگوییم پرینت سه بعدی 7 نوع اصلی دارد؟ 

انواع تولید افزودنی را می توان بر اساس آنچه تولید می کنند یا از چه نوع موادی استفاده می کنند تقسیم کرد، اما برای اعمال ساختار به فناوری در سراسر جهان، سازمان بین المللی استاندارد (ISO) آنها را به هفت نوع عمومی تقسیم کرد: 

1. اکستروژن مواد 
2. پلیمریزاسیون مخزن 
3. ذوب پودر 
4. پاشش مواد 
5. پاشش باند 
6. تولید انرژی هدایت شده 
7. تخته لایه بندی 

در ادامه با هر یک از موارد بالا و زیر مجموعه‌هایشان بیشتر آشنا خواهیم شد.

1.ذوب و اکستروژن مواد 

پرینت سه بعدی اکستروژن مواد دقیقاً همان چیزی است که به نظر می‌رسد: مواد از طریق یک نازل اکسترود می‌شود. معمولاً ، مواد یک فیلامنت پلاستیکی هستند که از طریق یک نازل گرم شده که آن را در حین فرآیند تقریباً ذوب می‌کند ، فشار داده می‌شود. پرینتر مواد را روی یک صفحه ساخت مطابق مسیر تعیین شده توسط نرم افزار آماده سازی ساخت قرار می‌دهد. سپس فیلامنت خنک می‌شود و سفت می‌شود تا یک جسم جامد تشکیل دهد. این متداول ترین شکل پرینت سه بعدی است. 

در نگاه اول ممکن است ساده به نظر برسد ، اما با توجه به اینکه تقریباً هیچ محدودیتی برای موادی که می‌توانید اکسترود کنید وجود ندارد ، از جمله پلاستیک ها ، خمیرهای فلزی ، بتن ، بیوژل‌ها و طیف گسترده ای از غذاها ، این یک دسته بسیار گسترده است. پرینترهای سه بعدی از این نوع می‌توانند از حدود 100 دلار تا هفت رقمی باشند. 

جدول مشخصه‌های فناوری پرینت سه بعدی اکستروژن مواد

مواد قابل استفاده	پلاستیک‌ها ، فلزات ، غذاها ، بتن و بسیاری مواد دیگر
دقت ابعادی	± 0.5٪ (حد پایین ± 0.5 میلی متر)
کاربردهای رایج	ساخت نمونه‌های اولیه ، پوشش‌های الکتریکی ، آزمایش‌های شکل و تناسب ، جیگ‌ها و ابزارها ، الگوهای ریخته گری سرمایه گذاری ، خانه‌ها و غیره
نقاط قوت	ارزانترین روش پرینت سه بعدی ، قابل استفاده برای طیف گسترده ای از مواد
نقاط ضعف	اغلب خواص مواد پایین تر (استحکام ، دوام و غیره) و به طور کلی دقیق نیست.

انواع فناوری‌های زیرگروه‌ پرینت سه بعدی اکستروژن مواد:

1. مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM)
2. پرینت سه بعدی ساختمانی
3. پرینت سه بعدی میکرو 
4. پرینت سه بعدی زیستی 
5. مدل سازی گرانوله ذوب شده (FGM) 

• مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) 

دنیای پرینترهای سه بعدی FDM یک بازار چند میلیارد دلاری با هزاران دستگاه است، از مدل‌های اولیه برای کودکان تا نسخه‌های پیشرفته برای تولیدکنندگان. ممکن است گاهی اوقات پرینترهای FDM را به عنوان ساخت رشته ذوب شده (FFF) بشنوید که برجسته می‌کند که دستگاه از مواد پلیمری در قالب فیلامنت استفاده می‌کند.

همچنین مدل سازی گرانوله ذوب شده (FGM) وجود دارد که نوعی FDM است که از رشته استفاده نمی‌کند بلکه از ذرات پلیمری استفاده می‌کند که داخل اکسترودر ذوب می شوند. این گرانول‌ها یا ذرات اغلب ارزانتر از فیلامنت هستند اما بیشتر در پرینت سه بعدی حرفه ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. 

پرینت سه بعدی FDM ، مانند تمام فناوری‌های پرینت سه بعدی ، با یک مدل دیجیتال شروع می‌شود که سپس به دستورالعمل‌هایی برای پرینتر سه بعدی ترجمه می‌شود. در پرینت سه بعدی FDM ، یک فیلامنت (یا چند مورد در یک زمان) روی یک قرقره در پرینتر سه بعدی بارگیری می‌شود و از طریق یک نازل پرینتر در سر اکستروژن تغذیه می‌شود. نازل پرینتر یا نازل‌ها برای رسیدن به دمای مورد نظر گرم می‌شوند و باعث نرم شدن فیلامنت می‌شوند تا لایه‌های متوالی برای ایجاد یک قطعه جامد به هم متصل شوند. هنگامی که ذرات پلاستیک به جای فیلامنت استفاده می‌شود، این ذرات از یک دریچه به اکسترودر منتقل می‌شوند و سپس مانند فیلامنت ذوب می‌شوند و بقیه فرآیند یکسان است. 

در حالی که پرینتر سر اکستروژن را در مختصات مشخص شده در صفحه XY حرکت می‌دهد، شروع به قرار دادن لایه اول می‌کند. سپس سر اکستروژن به ارتفاع سطح بعدی (صفحه Z) بالا می‌رود و این فرآیند پرینت مقاطع عرضی، لایه به لایه تا زمانی که شی کاملاً شکل بگیرد، تکرار می‌شود. 

بسته به هندسه شی، گاهی اوقات لازم است ساپورت اضافه شود تا مدل را هنگام پرینت نگه دارد ، به عنوان مثال ، اگر یک مدل دارای قسمتهای خمیده شدید باشد. این پایه‌ها پس از پرینت برداشته می‌شوند. برخی از مواد ساختارهای پشتیبانی را می‌توان در آب یا محلول دیگری حل کرد. 

پرینت سه بعدی FDM عمدتاً یک فناوری پلاستیک است ، اما همانطور که در بالا ذکر شد تقریباً هر چیزی می‌تواند ذوب و اکسترود شود ، از جمله سرامیک‌ها، شکلات، مواد سفالگری مانند خاک رس و شیشه. پرینت سه بعدی FDM فلز به سرعت در حال پیشرفت است. ماده این ماده فیلامنت پلاستیکی است که با بیش از 80٪ پودر فلزی پر شده است، که نیاز به چندین مرحله پردازش پس از آن دارد. 

• پرینت سه بعدی زیستی 

پرینت سه بعدی زیستی، فرایند تولید افزودنی است که در آن مواد آلی یا بیولوژیکی، مانند سلول‌های زنده و مواد مغذی ، ترکیب می‌شوند تا ساختارهای سه بعدی شبیه بافت طبیعی ایجاد کنند. به عبارت دیگر ، پرینت زیستی نوعی پرینت سه بعدی است که می‌تواند بالقوه از بافت استخوان و رگ‌های خونی تا بافت‌های زنده تولید کند. این تکنولوژی برای تحقیقات و کاربردهای پزشکی مختلف استفاده می‌شود ، از جمله مهندسی بافت ، آزمایش و توسعه دارو ، و در درمان های نوآورانه پزشکی بازساختی. 

تعریف واقعی پرینت سه بعدی زیستی هنوز در حال تکامل است. در اصل ، پرینت سه بعدی زیستی به روش FDM مشابه کار می‌کند و در خانواده اکستروژن مواد قرار دارد، اگرچه اکستروژن تنها روش پرینت زیستی نیست. 

پرینت سه بعدی زیستی از مواد تخلیه شده از سوزن برای ایجاد لایه ها استفاده می‌کند. این مواد ، به نام بیوینک‌‌ها ، عمدتاً از ماده زنده تشکیل شده اند ، مانند سلول‌هایی در یک ماده حامل – مانند کلاژن ، ژلاتین ، هیالورونان ، ابریشم ، آلژینات یا نانوسلولز – که به عنوان یک داربست مولکولی برای رشد ساختار و مواد مغذی عمل می‌کنند. 

2.پلیمریزاسیون مخزن 

پلیمریزاسیون مخزن (که همچنین به عنوان پرینت سه بعدی رزین شناخته می‌شود) یک خانواده از فرایندهای پرینت سه بعدی است که از یک منبع نور برای سفت کردن (یا سخت شدن) رزین فتوپلیمر در یک وان استفاده می‌کند. به عبارت دیگر ، نور به طور دقیق به یک نقطه یا ناحیه خاص از پلاستیک مایع هدایت می‌شود تا آن را سخت کند. پس از سخت شدن لایه اول، صفحه ساخت به میزان کمی (معمولاً بین 0.01 تا 0.05 میلی متر) به بالا یا پایین (بسته به پرینتر) حرکت می کند و لایه بعدی سخت می‌شود و به قبلی متصل می‌شود. این فرایند لایه به لایه تکرار می‌شود تا قطعه سه بعدی شکل بگیرد. 

پس از اتمام فرآیند پرینت سه بعدی ، شیء برای برداشتن رزین مایع باقیمانده پاک می‌شود و پس از آن (در نور خورشید یا محفظه UV) برای بهبود خواص مکانیکی قطعه سخت می‌شود. 

جدول مشخصه‌های فناوری پرینت سه بعدی پلیمریزاسیون مخزن یا پرینت سه بعدی رزینی

مواد قابل استفاده	رزین های فوتوپلیمر (قابل قالب گیری ، شفاف ، صنعتی ، سازگار با زیست ، پر شده با فلز و..)
دقت ابعادی	± 0.5٪ (حد پایین ± 0.15 میلی متر یا 5 نانومتر با µSLA)
کاربردهای رایج	ساخت نمونه‌های اولیه و قطعات نهایی مانند قالب تزریق پلاستیک ، ریخته گری جواهرات ، کاربردهای دندانپزشکی ، محصولات مصرفی
نقاط قوت	سطح صاف ، جزئیات ویژگی های خوب

سه شکل رایج پلیمریزاسیون مخزن یا پرینت سه بعدی رزینی عبارتند از:

• استریولیتوگرافی (SLA)
• پردازش نور دیجیتال (DLP) و
• نمایشگر کریستال مایع (LCD) که به عنوان استریولیتوگرافی ماسکی (MSLA) شناخته می‌شود.

تفاوت اساسی بین این نوع فناوری پرینت سه بعدی منبع نور و نحوه استفاده از آن برای سخت کردن رزین است. 

• پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA) 

پرینت سه بعدی SLA به عنوان اولین فناوری پرینت سه بعدی جهان شناخته می‌شود. استریولیتوگرافی توسط Chuck Hull در سال 1986 اختراع شد که برای این فناوری ثبت اختراع کرده و شرکت 3D Systems را برای تجاری سازی آن تأسیس کرد. امروزه این فناوری برای علاقه مندان و حرفه‌ای‌ها از طیف گسترده ای از سازندگان پرینتر سه بعدی در دسترس است. 

یک پرینتر SLA از آینه‌هایی به نام گالوانومتر یا گالوانوها استفاده می‌کند که یکی در محور X و دیگری در محور Y قرار دارد. این گالوانوها به سرعت یک پرتو لیزر (یا دو عدد) را در سراسر وان رزین قرار می‌دهند، به طور انتخابی یک مقطع از شی را در داخل این منطقه ساخت پرینت می‌کنند و آن را لایه به لایه می‌سازند. 

همانطور که هر لایه در مکان‌های مناسب پرینت می‌شود، سپس به سمت بالا حرکت می‌کند (تقریباً نامحسوس) تا لایه رزین پرینت شده را بیرون بکشد و فضایی برای یک لایه مایع دیگر ایجاد کند که سپس توسط لیزر پرینت می‌شود. 

اکثر پرینترهای سه بعدی SLA از یک لیزر حالت جامد برای پخت قطعات استفاده می کنند. یکی از معایب این نسخه از پلیمریزاسیون مخزن این است که یک لیزر نقطه ای ممکن است نسبت به روش بعدی ما (DLP) که با فلاش نور یک لایه کامل را پرینت می‌کند، زمان بیشتری برای ساخت مقطع یک شیء نیاز داشته باشد. با این حال، لیزرها می‌توانند نور قوی تر تولید کنند که برای برخی از رزین‌های مهندسی ضروری است.  

• پرینت سه بعدی پردازش نور دیجیتال (DLP)

پرینت سه بعدی DLP از یک پرژکتور نور دیجیتال (به جای لیزر) استفاده می‌کند تا یک تصویر واحد از هر لایه را به طور همزمان (یا چندین فلاش برای قطعات بزرگتر) روی یک لایه یا رزین بیاندازد. 

چاپ سه بعدی DLP (بیشتر از SLA) برای تولید قطعات بزرگتر یا حجم بیشتری از قطعات در یک دسته استفاده می‌شود زیرا هر فلاش لایه دقیقاً همان زمان را صرف می‌کند صرف نظر از اینکه چند قطعه در ساخت وجود دارد، که باعث می‌شود عموماً سریعتر از روش لیزر در SLA باشد. 

از آنجا که پرژکتور یک صفحه نمایش دیجیتال است، تصویر هر لایه از پیکسل‌های مربع تشکیل شده است، که منجر به لایه ای از بلوک‌های مستطیلی کوچک به نام وکسل‌ها می‌شود. نور از طریق صفحه نمایش LED (دیود ساطع کننده نور) یا منبع نور UV (لامپ) روی رزین پرتاب می‌شود که توسط یک دستگاه میکرو آینه دیجیتال (DMD) به سطح ساخت هدایت می‌شود. 

DMD بین نور و رزین قرار دارد و از آرایه ای از میکرو آینه‌ها تشکیل شده است که کنترل می‌کنند که نور کجا تابیده می شود و الگوی نور را روی سطح ساخت ایجاد می‌کند. این امکان ایجاد نقاط نور مختلف (و پلیمریزاسیون) رزین در مکان‌های مختلف در یک لایه را فراهم می‌کند. 

پروژکتورهای DLP مدرن معمولاً هزاران LED میکرومتر اندازه به عنوان منابع نور دارند. وضعیت آنها روشن و خاموش به طور جداگانه کنترل می‌شود و منجر به افزایش وضوح XY میگردد. 

همه پرینترهای سه بعدی DLP یکسان نیستند و تفاوت زیادی در قدرت منبع نور ، لنزهایی که از آن عبور می‌کند ، کیفیت DMD و انبوهی از سایر قطعات و اجزای تشکیل دهنده یک دستگاه با قیمت 300 دلار در مقایسه با یک دستگاه بیش از 200،000 دلار وجود دارد. 

برخی از پرینترهای سه بعدی DLP دارای منبع نور در بالای پرینتر هستند که به جای نور بالا ، به سمت پایین روی یک وان رزین می درخشد. این پرینترهای “بالا به پایین” یک تصویر از یک لایه را از بالا می‌اندازند، به طور همزمان یک لایه را سفت می‌کنند ، سپس لایه سفت شده را دوباره به وان پایین می‌آورند. هر بار که صفحه ساخت پایین می رود ، recoater ، که بالای وان نصب شده است، به عقب و جلو روی رزین حرکت می‌کند تا لایه جدید را تراز کند. 

سازندگان می‌گویند این روش باعث تولید خروجی قطعه پایدارتری برای پرینت‌های بزرگتر می‌شود زیرا فرایند پرینت در برابر گرانش کار نمی‌کند. وقتی از پایین پرینت می‌کنید ، محدودیتی در میزان وزنی وجود دارد که می‌تواند به صورت عمودی از یک صفحه ساخت آویزان شود. وان رزین همچنین در حین پرینت از پرینت پشتیبانی می‌کند و نیاز به ساپورت گذاری را کاهش می‌دهد. 

• پرینت سه بعدی نمایشگر کریستال مایع (LCD) 

نمایشگر کریستال مایع (LCD) ، همچنین به عنوان استریولیتوگرافی ماسکی (MSLA) نیز شناخته می شود ، بسیار شبیه به DLP فوق است ، به جز اینکه به جای دستگاه میکرو آینه دیجیتال (DMD) از صفحه نمایش LCD استفاده می کند که تأثیر قابل توجهی بر قیمت پرینتر سه بعدی دارد. 

مانند DLP ، ماسک نوری LCD به صورت دیجیتال نمایش داده می شود و از پیکسل های مربع تشکیل شده است. اندازه پیکسل ماسک نوری LCD دانه بندی پرینت را تعریف می کند. بنابراین ، دقت XY ثابت است و به نحوه زوم یا مقیاس بندی لنز بستگی ندارد ، مانند مورد DLP. 

تفاوت دیگر بین چاپگرهای مبتنی بر DLP و فناوری LCD این است که latter از آرایه ای از صدها فرستنده فردی به جای یک منبع نور فرستنده نقطه ای مانند دیود لیزری یا لامپ DLP استفاده می کند. 

امروزه ، فناوری پرینت سه بعدی رزین LCD از دستگاه های مصرف کننده به ماشین های صنعتی در حال حرکت است (منبع: Elegoo ، Photocentric ، Nexa3D) 

مانند DLP ، LCD می تواند در شرایط خاصی نسبت به SLA سرعت پرینت سریعتری را حاصل کند. این به این دلیل است که یک لایه کامل به طور همزمان در معرض قرار می گیرد و نه اینکه با نقطه لیزری سطح مقطع را ترسیم کنید. 

به دلیل هزینه پایین واحدهای LCD ، این فناوری به فناوری مورد علاقه برای بخش پرینتر رزین دسکتاپ بودجه تبدیل شده است ، اما این بدان معنا نیست که استفاده حرفه ای از آن نمی شود. برخی از سازندگان پرینتر سه بعدی صنعتی با نتایج چشمگیر مرزهای فناوری را در حال گسترش هستند. 

• پخت لیزری انتخابی (SLS) 

پخت لیزری انتخابی (SLS) با استفاده از لیزر از پودر پلاستیکی اشیا ایجاد می‌کند. ابتدا یک محفظه پودر پلیمر تا دمای کمی پایین تر از نقطه ذوب پلیمر گرم می‌شود. سپس یک تیغه یا پاک کننده بازیابی یک لایه بسیار نازک از ماده پودر شده – معمولاً 0.1 میلی متر ضخامت – را روی یک بستر ساخت می‌گذارد. سپس یک لیزر (CO2 یا فیبر) شروع به اسکن سطح طبق طرح موجود در مدل دیجیتال می‌کند. لیزر به طور انتخابی پودر را سینتر می کند و یک برش از جسم را جامد می‌کند. 

هنگامی که کل برش اسکن شد، بستر ساخت یک ضخامت لایه به سمت پایین حرکت می‌کند. تیغه بازیابی یک لایه جدید پودر را روی لایه اسکن شده اخیر می‌گذارد و لیزر برش بعدی جسم را روی برشهای جامد قبلی سینتر می‌کند. 

این مراحل تا زمانی که تمام اجسام ساخته شوند تکرار می‌شوند. پودر که سینتر نشده است در جای خود باقی می‌ماند تا از اجسام پشتیبانی کند، که نیاز به ساپورت را کاهش می‌دهد یا از بین می‌برد. پس از خارج کردن قطعه از وان پودر و تمیز کردن، هیچ مرحله پس از پردازش دیگری لازم نیست. قطعه را می‌توان جلا داد، روکش کرد یا رنگ کرد. 

یکی از پیشرفت‌های اخیر در مواد SLS یک فلز با روکش پلیمر جدید است که SLS 3D چاپگرها را قادر می‌سازد قطعات فلزی تولید کنند. این فناوری Cold Metal Fusion نامیده می‌شود. 

در میان چاپگرهای سه بعدی SLS ده‌ها عامل تمایز وجود دارد که نه تنها اندازه آنها بلکه قدرت و تعداد لیزرها، اندازه نقطه لیزر، زمان و نحوه گرم شدن بستر و نحوه توزیع پودر را نیز شامل می‌شود. 

رایج ترین ماده در پرینت سه بعدی SLS نایلون (PA6 ، PA12) است ، اما قطعات می‌توانند با استفاده از TPU و سایر مواد انعطاف پذیر نیز پرینت شوند. 

3.پرینت سه بعدی بایندر جت (Binder Jetting) 

پرینت سه بعدی بایندر جت (Binder Jetting) یک فرآیند پرینت سه بعدی است که در آن یک عامل چسبندگی مایع به طور انتخابی مناطقی از یک لایه پودر را متصل میکند. این فناوری از یک ماده پودر (فلز ، پلاستیک ، سرامیک ، چوب ، شکر و غیره) و یک ماده مایع از نازل‌های جوهر افشان استفاده می‌کند. 

چه فلز ، پلاستیک ، ماسه یا یک ماده پودر دیگر باشد ، فرآیند پرینت سه بعدی بایندر جت (Binder Jetting) اساساً یکسان است. ابتدا یک تیغه یا غلتک بازیابی یک لایه نازک پودر را روی بستر ساخت می‌گستراند. سپس یک هد پرینت با نازل‌های جوهر افشان روی بستر حرکت می کند و به طور انتخابی قطرات یک عامل چسبندگی یا ذوب کننده را برای اتصال ذرات پودر به یکدیگر قرار می‌دهد. هنگامی که لایه کامل شد ، بستر ساخت به سمت پایین حرکت می‌کند و تیغه یا غلتک سطح را مجدداً پوشش می‌دهد. سپس فرآیند تکرار می‌شود تا زمانی که کل قطعه کامل شود. قطعات در یک بستر از ماده پودر محصور شده اند و باید حفر شوند. پودر اضافی جمع آوری می‌شود و می‌تواند دوباره استفاده شود. 

از این مرحله به بعد ، به جز ماسه که معمولاً آماده استفاده به عنوان هسته یا قالب مستقیماً از پرینتر است ، به پس پردازش نیاز است. هنگامی که پودر فلز یا سرامیکی باشد ، یک فرآیند پس از پردازش شامل گرما ، چسبنده را ذوب می‌کند و فقط فلز باقی می‌ماند. پس پردازش قطعات پلاستیکی می‌تواند شامل مرحله پخت باشد و اغلب شامل یک پوشش برای بهبود کیفیت سطح است. همچنین می‌توانید قطعات بایندر جت (Binder Jetting) پلیمر را صیقل دهید ، رنگ آمیزی کنید و ماسه بزنید. 

برای مدت طولانی ، پرینت سه بعدی بایندر جت (Binder Jetting) به عنوان یک “فناوری سرد” در نظر گرفته می‌شد زیرا برخلاف استفاده از لیزرها یا اشعه‌های الکترونی روی فلز یا پلیمر پودر شده ، در فرآیند تا پس از پردازش گرما وجود ندارد. با این حال ، ممکن است این مسئله تغییر کند وقتی در مورد بایندر جت (Binder Jetting) پلیمر صحبت می‌کنیم. 

تعداد فزاینده ای از چاپگرها از یک پلیمر پودر شده و یک مایع از نازل‌های جوهر افشان استفاده می‌کنند ، اما آنها یک عنصر حرارتی دارند که برای ذوب یا ذوب ذرات پلیمر کار می‌کند. قطعه حاصل بسیار محکم تر از قطعه ساخته شده با پودر ساده است که فقط با هم چسبانده شده است ، بنابراین جای تعجب نیست که شرکت‌هایی مانند HP ، Stratasys و Voxeljet ترجیح دهند فرآیندهای بایندر جت (Binder Jetting) پلیمر مایع و حرارتی خود را جدا کنند. با این حال ، اگر گسترده ترین دیدگاه بایندر جت (Binder Jetting) را به عنوان یک فناوری پودر و مایع در نظر بگیرید ، پس فناوری اختصاصی که در زیر پوشش می‌دهیم در اینجا قرار دارد. 

پرینت سه بعدی بایندر جت (Binder Jetting) سریع است و نرخ تولید بالایی دارد ، بنابراین می‌تواند حجم زیادی از قطعات را به طور مقرون به صرفه تر از سایر روشهای AM تولید کند. بایندر جت (Binder Jetting) فلزی که با طیف گسترده ای از فلزات استفاده می‌شود ، برای محصولات مصرفی نهایی ، ابزارها و قطعات یدکی با حجم بالا محبوب است. بایندر جت (Binder Jetting) پلیمر سرد گزینه‌های مواد محدودی دارد و قطعاتی با خواص ساختاری پایین تولید می‌کند ، اما انواع با حرارت معمولاً از نایلون و TPU استفاده می‌کنند. 

زیرگروه‌های فناوری پرینت سه بعدی binder jetting:

• بایندر جت (Binder Jetting) فلز
• بایندر جت (Binder Jetting) پلیمر
•  بایندر جت (Binder Jetting) ماسه 
• چند جت فاز
• پخت سریع
• جذب انتخابی ذوب 

جدول مشخصه‌های فناوری پرینت سه بعدی بایندرجت(Binder Jetting)

مواد قابل استفاده	ماسه ، پلیمرها ، فلزات ، سرامیک ها و غیره
دقت ابعادی	± 0.2 میلی متر (فلز) یا ± 0.3 میلی متر (ماسه)
کاربردهای رایج	قطعات فلزی کاربردی ، مدل‌های تمام رنگی ، قالب‌های شن و ماسه
نقاط قوت	هزینه کم ، حجم ساخت بزرگ ، قطعات فلزی کاربردی ، رنگ دهی عالی ، سرعت پرینت سریع ، انعطاف پذیری طراحی بدون پشتیبانی
نقاط ضعف	این یک فرآیند چند مرحله ای برای فلزات است و قطعات پلیمری ساخته شده با فرآیند سرد از نظر مکانیکی محکم نیستند

4.پرینت سه بعدی با پودر بستر لیزری (LPBF) 

از میان تمام فناوری‌های پرینت سه بعدی ، این فناوری بیشترین مترادف دارد. به طور رسمی به عنوان پرینت سه بعدی با پودر بستر لیزری (LPBF) نامیده می‌شود ، این روش پرینت سه بعدی فلزی همچنین به طور گسترده ای به عنوان ذوب لیزری مستقیم فلز (DMLS) و ذوب انتخابی لیزری (SLM) شناخته می‌شود. 

در سال‌های اولیه توسعه این فناوری ، سازندگان ماشین آلات نام های خود را برای همان فرآیند ایجاد کردند که تا به امروز حفظ شده اند. اشتباه نکنید ؛ این سه اصطلاح به همان فرآیند اشاره می‌کنند، حتی اگر برخی از جزئیات مکانیکی متفاوت باشند. 

به عنوان یک زیرمجموعه از ذوب پودر بستر ، LPBF شامل یک بستر پودر فلزی و یک لیزر پرقدرت یا چند لیزر (تا 12) است. چاپگرهای سه بعدی LPBF از لیزرها برای ذوب شدن انتخابی پودر فلز به صورت لایه‌ای بر اساس مولکولی استفاده می‌کنند تا زمانی که مدل کامل شود. LPBF روشی بسیار دقیق و دقیق پرینت سه بعدی است و معمولاً برای ایجاد قطعات فلزی پیچیده برای کاربردهای هوافضا ، پزشکی و صنعتی استفاده می‌شود. 

مانند SLS ، چاپگرهای سه بعدی LPBF با یک مدل دیجیتال تقسیم شده به برش‌ها شروع می‌کنند. پرینتر پودر را در محفظه ساخت بارگیری می‌کند و یک تیغه بازیابی (مانند یک پاک کن شیشه جلو) یا غلتک آن را به یک لایه نازک روی صفحه ساخت می‌کشد. لیزر لایه را روی پودر ترسیم می‌کند. سپس بستر ساخت به سمت پایین حرکت می‌کند و یک لایه پودر دیگر اعمال می شود و به اولین لایه متصل می‌شود تا زمانی که کل شیء ساخته شود. محفظه ساخت بسته ، مهر و موم شده و در بسیاری از موارد با گاز بی اثر مانند مخلوط‌های نیتروژن یا آرگون پر می‌شود که از اکسیداسیون فلز در طی ذوب جلوگیری می‌کند و به حذف ضایعات از فرایند ذوب کمک می‌کند. 

پودر بسته شده روی صفحه پرینت در طول فرایند پرینت از مدل پشتیبانی می‌کند ، اما از پشتیبانی های اضافی نیز استفاده می‌شود. پودر فلزی استفاده نشده را می‌توان برای پرینت بعدی دوباره استفاده کرد. 

پس از پرینت ، قطعات از بستر پودر خارج می‌شوند، تمیز می‌شوند و اغلب تحت یک عملیات ثانویه حرارتی قرار می‌گیرند تا تنش‌ها از بین بروند. پودر باقیمانده بازیافت می‌شود و دوباره استفاده می‌شود. 

عوامل تمایزدهنده بین چاپگرهای سه بعدی LPBF شامل نوع، قدرت و تعداد لیزرها است. یک پرینتر LPBF کوچک و جمع و جور ممکن است دارای یک لیزر 30 وات باشد، در حالی که نسخه صنعتی ممکن است دارای 12 لیزر 1000 وات باشد. 

پرینترهای سه بعدی LPBF از آلیاژهای مهندسی رایج مانند فولادهای ضد زنگ ، سوپرآلیاژهای نیکل و آلیاژهای تیتانیوم استفاده می‌کنند. در دسترس بودن ده‌ها فلز برای فرآیند LPBF وجود دارد.

چند نکته درباره چگونگی شروع کار با پرینترهای سه بعدی

شروع کار با پرینت سه بعدی در ابتدا می‌تواند گیج‌کننده باشد، اما با تمرین کافی، هر کسی می‌تواند این کار را انجام دهد. در ادامه چگونگی آغاز کار پرینت سه بعدی قدم به قدم به طور مختصر برایتان توضیح داده شده است:

1. انتخاب یک پرینتر 3 بعدی

گام اول انتخاب یک پرینتر سه بعدی است. پرینترهای FDM رایج‌ترین نوع پرینترهای رومیزی سه بعدی هستند و برای مبتدیان مناسب هستند. انواع مختلفی از ماشین‌ها برای هر بودجه و تولیدکنندگان فیلامنت فراوان موجود است. ​

از سوی دیگر، پرینترهای سه بعدی ریزن، به دلیل مراحل پس پردازش، مانند تمیز کردن پرینت در محلول‌های الکل و پس پردازش، می‌توانند از نظر عملیات کمی پیچیده باشند. با این حال، آن‌ها از نظر جزئیات قطعه و پایان سطح بسیار ارزشمند هستند. ​

صرف‌نظر از تکنولوژی پرینت سه بعدی، همیشه ایده خوبی است که مطمئن شوید که پرینتر سه بعدی بعدی شما محبوب است و یک پایه کاربری سرمایه‌گذاری شده دارد که شما را از طریق سفر پرینت سه بعدی شما پشتیبانی خواهد کرد. ​

2. یادگیری نحوه استفاده از پرینتر سه بعدی، نرم افزارهای پرینت سه بعدی و آشنایی با مواد پرینت سه بعدی

هنگامی که یک پرینتر سه بعدی را انتخاب کردید، باید نحوه استفاده از آن را یاد بگیرید. این شامل راه‌اندازی دستگاه، بارگیری و تخلیه مواد، و انجام تعمیر و نگهداری اولیه و عیب‌یابی است. ​

همچنین باید نحوه استفاده از نرم‌افزار پرینت سه بعدی را یاد بگیرید، از همه مهم‌تر، برنامه سه بعدی  slicer. در حالی که بسیاری از ماشین‌ها با نرم‌افزار برش اختصاصی کار می‌کنند، اکثر پرینترهای سه بعدی دسکتاپ با پرینترهای شخص ثالث آزاد متن باز سازگار هستند که معمولا عملکرد و کارایی بیشتری دارند. ​

همچنین باید از ویژگی‌های هر ماده پرینت سه بعدی آگاه باشید. قطعا ایده خوبی برای شروع با مواد ساده‌تر مانند PLA برای FDM و رزین‌های استاندارد برای پرینترهای سه بعدی رزین است. ​

3. دریافت مدل‌های سه بعدی

شما می‌توانید مدل‌های خود را طراحی کنید و یا به دنبال مدل‌های از پیش ساخته‌شده در مخازن آنلاین بگردید

هنگامی که به دستگاه خود تسلط پیدا کردید، گام بعدی پیدا کردن یا طراحی مدل برای پرینت سه بعدی است. ​ساده‌ترین راه برای شروع پیدا کردن فایل‌های آماده پرینت در سایت های آنلاین است. در اینترنت مدل‌های زیادی وجود دارند، از مدل‌های رایگان گرفته تا مدل‌های پرمیوم، و اگر خوب بگردید احتمالا یک مدل در جایی وجود دارد که برای نیازهای شما مناسب است.

با این حال، همیشه اینطور نیست، و گاهی اوقات ممکن است لازم باشد خودتان مدل‌ها را ایجاد کنید. روش‌های مختلفی برای ایجاد یک مدل سه بعدی وجود دارد، اما آن‌ها معمولا شامل نوعی نرم‌افزار طراحی مانند طراحی به کمک کامپیوتر (‏CAD)‏و برنامه‌های مدل‌سازی سه بعدی هستند. ​

طراحی فایل‌های خودتان به تلاش بیشتری نیاز دارد تا دانلود ساده فایل‌های از پیش ایجاد شده، به خصوص اگر هیچ تجربه قبلی در این زمینه ندارید. با این حال، قطعا در دراز مدت ارزشش را خواهد داشت، و نرم‌افزارهای مدل‌سازی سه بعدی بسیار مبتدی با آموزش‌های عالی وجود دارند. ​

4. تمرین کافی

همه اینها ممکن است در ابتدا کمی طاقت‌فرسا به نظر برسند، اما اطمینان حاصل کنید که آن قدرها هم پیچیده نیست. در اینجا زمان و تمرین بهترین دوستان شما هستند، همراه با آموزش‌های مناسب، راهنمای عیب‌یابی، نکات کالیبراسیون، و حمایت جامعه. ​

با کمی صبر و استقامت، می‌توانید بدون وقفه به یک متخصص پرینت سه بعدی تبدیل شوید! ​

چه چیزهایی می‌توانند مانع گسترش استفاده کاربران از پرینت سه بعدی شوند؟

چندین استدلال بر علیه استفاده گسترده از پرینت سه بعدی خانگی وجود دارد. پرینترهای عملیاتی سه بعدی هنوز هم به دانش فنی نیاز دارند که مصرف کنندگان معمولی به سادگی نمی‌خواهند خودشان را با آن آزار دهند. ​

همین امر برای مدل‌سازی سه بعدی و نرم‌افزار CAD نیز صادق است که در آن منحنی یادگیری حتی ممکن است تندتر باشد. در حالی که کاربران همیشه قادر به دانلود طرح‌های از پیش ایجاد شده و ایجاد تغییرات سریع و آسان برای آن‌ها خواهند بود، آن‌ها همیشه به آنچه که به صورت آنلاین در دسترس است متصل خواهند بود. ​

محدودیت بزرگ دیگر پرینترهای سه بعدی در دسترس بودن مواد است. اگرچه طیف وسیعی از مواد به طور مداوم در حال رشد هستند، اما اغلب به پلاستیک محدود می‌شوند. به همین ترتیب، پرینت سه بعدی چند رنگ و چند موادی در حالی که امروزه بر روی تعداد انگشت شماری از ماشین‌ها امکان پذیر است – به اندازه کافی گسترده نیست. ​

 

در زمینه صنعتی نیز تولید افزایشی در حال حاضر بر بسیاری از چالش‌های مرتبط با فن‌آوری جدید و نوآورانه بودن غلبه کرده‌است. تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی صنعتی مختلف در حال حاضر بخش جدایی ناپذیری از سیستم‌های تولید و عملیات هستند، با نمونه‌های قابل‌توجهی مانند تولید قطعات هواپیما و اعضای مصنوعی سفارشی و ایمپلنت ها. ​

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌هایی که تولید افزایشی با آن مواجه است در زمینه تولید انبوه است. پرینت سه بعدی در حال حاضر برای تولید با حجم کم مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما با بلوغ فن‌آوری، باید به یک گزینه مناسب برای تولید در مقیاس تبدیل شود. این امر می‌تواند منجر به شرکت‌های بیشتری شود که از تکنولوژی‌های تولید جمعی برای بهبود عملکرد محصولات موجود مانند قطعات خودرو استفاده می‌کنند. ​

زمینه مواد نیز به سرعت در حال تکامل است و مواد جدید در حال توسعه هستند و مواد موجود برای تولید خواص مواد جدید ترکیب می‌شوند. استفاده از مواد نوآورانه قطعا امکانات جدیدی را برای پرینت سه بعدی صنعتی فراهم خواهد کرد. ​

آینده امیدوارکننده پرینت سه بعدی

یک قایق کاملا سه بعدی پرینت‌شده واقعی تولید شده توسط دانشگاه مین

پرینت سه بعدی همیشه امیدوار کننده و پر سر و صدا بوده‌؛ با بلوغ فن‌آوری، این فن‌آوری در دسترس تر، همه‌کاره‌تر و کارآمدتر می‌شود. ​با اینکه رویای بزرگ داشتن یک کارخانه شخصی در منزل هنوز هم بسیار دور است، اما انکار وجود ندارد که مالکیت یک ماشین تولید بسیار جذاب است. به همان روشی که کامپیوترهای شخصی و گوشی‌های هوشمند میلیاردها نفر را توانمند کرده‌اند، پرینترهای سه بعدی نیز ممکن است همین کار را برای تولید انجام دهند. ​

بسیاری از علاقه مندان به پرینت سه بعدی می‌گویند که پرینترهای سه بعدی به زودی بخش جدایی ناپذیری از هر خانوار خواهند بود و تعادل بین تولیدکنندگان و مصرف کنندگان را تغییر خواهند داد. دیگران می‌گویند که این تکنولوژی هنوز وجود ندارد و ارزش واقعی آن منحصرا در حوزه صنعتی است اما همواره تکنولوژی‌ها، کاربردها و مواد جدید در راه هستند!

پرینت سه بعدی این قابلیت را دارد که نحوه طراحی و ساخت محصولات را به طور کامل تغییر دهد، و آینده بسیار روشن به نظر می‌رسد. به قدری که همه ما ممکن است به زودی به یک عینک آفتابی پرینت‌شده سه بعدی نیاز داشته باشیم! ​