پرینترهای سه بعدی براساس نوع تکنولوژی به کار رفته در آن ها برای تولید قطعه به انواع مختلفی تقسیم می شوند. با توجه به پیشرفت روزافزون و سریع این تکنولوژی، فرآیندهای تولیدی جدیدی در حال اضافه شدن می باشند که منجر به خدمات پرینتر ۳ بعدی جدیدی می شوند. در این مقاله می خواهیم انواع روش های پرینت سه بعدی را به طور کامل توضیح دهیم.

انواع پرینت سه بعدی و نحوه کار پرینترهای سه بعدی

برخی از مهمترین روش های تکنولوژی پرینت سه بعدی عبارتند از:

  • Setereo Lithography Aparatus (SLA)
  • Digital Light Processing (DLP)
  • Fused deposition modeling (FDM)
  • Selective Laser Sintering (SLS)
  • Selective laser melting (SLM)
  • Electronic Beam Melting (EBM)
  • Laminated object manufacturing (LOM)

پرینت سه بعدی SLA

پرینت سه بعدی -روش SLA

روش SLA  قدیمی ترین روش ساخت افزایشی می باشد که همچنان در اجرای پروژه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. ایده و کاربرد این روش شگفت انگیز است. این روش توسط چارلز هال یکس از بنیانگذاران سیستم های سه بعدی در سال ۱۹۸۶ اختراع شد. روند پرینت شامل تبدیل پلاستیک مایع به شی سه بعدی توسط دستگاه پرینت سه بعدی SLA می باشد.این فایل حاوی اطلاعاتی درباره نمایش ابعاد جسم است که باید به یک فرمت قابل درک برای دستگاه چاپ تبدیل شود. STL قالب استانداردی است که برای تمامی روش های چاپ سه بعدی مورد استفاده قرار می گیرد. فایل STL بایداطلاعات لازم برای پرینت هر لایه را دارا باشد. پرینت SLA با تزریق پلاستیک مایع و سرد شدن آن سبب تشکیل قطعه می شود. اگرچه قطعاتی که به این روش تولید می شوند سطح صاف و یکنواختی دارند اما این کیفیت بسیار بستگی به ماشین SLA مورد استفاده دارد. فرآیند پرینت شامل چند مرحله می باشد. نخستین مرحله طراحی سه بعدی مدل در نرم افزار و تبدیل آن به فایل STL است که شامل اطلاعات هر لایه می باشد. پس از تشکیل هر لایه و سخت شدن آن، دستگاه پرینتر به اندازه ضخامت لایه در مخزن پایین رفته و اشعه لیزر لایه بعدی را تشکیل می دهد. پس از اتمام پرینت لایه ها، شی با یک حلال شسته شده و در فر ماورابنفش به منظور پایان کار قرار می گیرد. مدت زمان لازم برای پرینت به اندازه دستگاه پرینتر سه بعدی بستگی دارد. پرینت قطعات کوچک بین ۶ تا ۸ ساعت و پرینت قطعات بزرگتر تا چند روز ممکن است ادامه پیدا کند. روش SLA به علت کوتاه بودن زمان پرینت و هزینه پایین تولید به طور گسترده در نمونه سازی استفاده می شود. با این حال از این روش کمتر برای تولید نهایی استفاده می شود. با اینکه روش SLA قدیمی ترین روش تولید پرینت سه بعدی می باشد همچنان مورد استفاده بسیاری از کمپانی ها برای نمونه سازی است. این تکنولوژی کمتر برای مصارف خانگی استفاده می شود.

پرینت سه بعدی DLP

نمودار پردازش نور دیجیتال

روش DLP یکی دیگر از انواع روش های پرینت سه بعدی می باشد که بسیار مشابه روش SLA بوده و در سال ۱۹۸۷ توسط لاری هورنبک ساخته و در تولید پروژکتور بسیار محبوب شد. در این تکنولوژی از میکروآینه های دیجیتال که بر روی تراشه نیمه هادی قرار می گیرند، استفاده شده است.

DLP نیز همانند SLA با فوتوپلیمرها کار می کند. در واقع تفاوت این دو روش منبع نور آنهاست. در DLP از منابع متداولتر نور مانند چراغهای قوس دار استفاده می شود. ماده اولیه مورد استفاده در DLP رزین پلاستیک مایع می باشد که در مخزن شفاف رزین قرار می گیرد. رزین بر اثر قرار گرفتن مقابل نور زیاد به سرعت در چند ثانیه سخت می شود. پس از اتمام هر لایه، حرکت کرده و لایه بعدی تشکیل می شود. نتیجه ساخت به این روش تولید قطعاتی با سختی و و ضوح بالا است. برتری این روش بر روش SLA کاهش ماده مورد استفاده و در نتیجه آن هزینه پایین تر و ضایعات کمتر می باشد. کاربرد این روش در پروژکتورهای فیلم، تلفن های همراه و … است.

 

پرینت سه بعدی FDM

پرینت سه بعدی - روش FDM

تکنولوژی FDM نخستین بار توسط اسکات کرومپ در دهه ۱۹۸۰ توسعه و اجرا شد. سایر شرکت های چاپ سه بعدی فناوری های مشابهی تحت نام های مختلف معرفی کرده اند. شرکت MakerBot که امروزه یکی از شناخته شده ترین کمپانی ها می باشد، فناوری تقریبا یکسان به نام FFF تولید می کند. با کمک FDM شما می توانید نه تنها نمونه های کاربردی، بلکه مدل های مفهومی و محصولات نهایی را نیز چاپ کنید. نکته خوب در مورد این روش این است که تمام قسمت های چاپ شده با FDM از کیفیت مقاومت بالای مکانیکی، حرارتی و شیمیایی برخوردار بوده که برای مهندسین مکانیک و تولید بسیار مفید است. FDM تنها تکنولوژی چاپ سه بعدی است که قطعات با ترموپلاستیکهای تولید می کند. در این روش قطعه از پایین ترین لایه با تزریق فیلامنت ترموپلاستیک به صورت لایه لایه تولید می شود. کل فرآیند کمی شبیه به استریولیتوگرافی است.

پرینت سه بعدی FDM

در ابتدا نرم افزار اسلایسر مدل CAD را به تعدادی لایه ها تقسیم می کند که اطلاعات پرینت هر لایه را شامل می شود. پرینتر فیلامنت تموپلاستیک را تا رسیدن به دمای ذوب آن حرارت می دهد و به وسیله نازل بر روی صفحه کار تزریق می کند. هنگامی که هر لایه در تماس با لایه زیرین خود قرار می گیرد سرد و سخت می شود. پس از اتمام هر لایه، صفحه کار به منظور شروع تزریق لایه بعدی پایین می رود. زمان چاپ بستگی به اندازه و پیچیدگی یک قطعه دارد. اجسام کوچک می توانند نسبتا سریع تکمیل شوند، در حالی که قطعات بزرگتر یا پیچیده تر نیاز به زمان بیشتری دارند. در مقایسه با استریولیتوگرافی این روش کندتراست. هنگامی که چاپ تکمیل می شود ساختار پشتیبانی می تواند به راحتی با قرار دادن شی در حلال آب و مواد شوینده یا کندن ساختار با دست حذف شود. فناوری FDM امروزه در صنایع مختلف مانند شرکت های خودرو سازی مانند هیوندا و BMW و یا شرکت های مواد غذایی مانند Nestle و Dial استفاده می شود. FDM برای توسعه محصول جدید، مدلسازی مفهومی، نمونه سازی و حتی در توسعه تولید استفاده می شود. با وسیله این روش چاپ سه بعدی امکان ساخت اشیاء با هندسه های پیچیده فراهم شد. این قطعات مقاومت حرارتی و مکانیکی بالایی دارند.
در ویدیو زیر فیلم آشنایی با تکنولوژی پرینت سه بعدی FDM را می توانید مشاهده کنید.

پرینت سه بعدی SLS

پرینت سه بعدی - روش SLS

در این روش از لیزر به عنوان منبع انرژی برای تولید قطعه سه بعدی استفاده می شود. این تکنولوژی توسط کارل دکارد یکی از دانشجویان دانشگاه تگزاس و پروفسورش جو بیمن در دهه ۱۹۸۰ ساخته شد. SLS بسیار مشابه SLA بوده با این تفاوت که در این روش از پودر به جای رزین مایع استفاده می شود.

برخلاف سایر روش های تولید افزایشی مانند SLA و FDM، SLS به ساختارهای پشتیبانی نیازی ندارد زیرا در تمام مدت پرینت قطعه توسط پودرهای رسوب نشده احاطه شده است.

پرینت سه بعدی SLS

همانند سایر روشهای گفته شده، در این روش نیز عملیات پرینت با طراحی سه بعدی قطعه با کامپیوتر و تولید فایل STL آن آغاز می شود. مواد اولیه ممکن است هر چیزی همانند نایلن ها، سرامیکها، شیشه و یا فلزاتی چون آلومینیوم، فولاد و نقره باشد. با توجه به امکان استفاده گستره وسیعی از مواد به عنوان ماده اولیه در این روش، SLS در پرینت سه بعدی محصولات سفارشی بسیار مشهور است.این روش به علت گران بودن بیشتر برای سازندگان مورد استفاده قرار می گیرد و کمتر برای مصارف خانگی دیده می شود. علت این گرانی استفاده از لیزرهای توان بالا در ساخت این پرینترها می باشد. با این حال برخی به دنبال تولید دستگاه های  SLS کم هزینه می باشند. به طور مثال آندرس باستین اطلاعاتی درمورد پرینتر SLS که با کربن و موم کار می کند به اشتراک گذاشته است.

در فیلم زیر می توانید با تکنولوژی پرینت سه بعدی SLS آشنا شوید.

پرینت سه بعدی SLM

در این تکنیک نیز از فایل CAD طراحی شده استفاده می شود. منبع انرژی یک پرتو لیزر توان بالا است که سبب ذوب پودر فلزی می شود. در بسیاری از منابع SLM به عنوان زیرمجموعه ای از SLS محسوب می شود. اما این تصور غلط است زیرا در SLM مواد فلزی به طور کامل درون قطعه جامد سه بعدی ذوب می شوند. تاریخچه SLM با پروژه تحقیقاتی آلمانی توسط گروهی از موسسه  Fraunhofer  در سال ۱۹۹۵ آغاز شد.

پرینت سه بعدی - روش SLM

پس از انتخاب فایل STL فرایند پرینت آغاز می شود. پودر فلز به صورت یکنواخت بر روی صفحه پخش می شود، سپس هر لایه دو بعدی تحت اشعه لیزر انرژی بالا قرار گرفته، کاملا ذوب  شده و یک لایه جامد را تشکیل می دهد. پس از اتمام لایه، این فرآیند برای تشکیل لایه بعدی تکرار می شود. فلزات مورد استفاده در SLM شامل فولاد ضد زنگ، تیتانیوم، کروم کبالت و آلومینیوم می باشند.

این روش به طور گسترده ای در تولید قطعات با هندسه های پیچیده و ساختار با دیوارهای نازک و حفره ها و یا کانال های پنهان استفاده می شود. بسیاری از پروژه های پیشگام SLM، تولید قطعات سبک وزن در صنعت هوافضا بوده است. SLM همچنین برای پروژه هایی که با مشکلاتی چون شکلدهی یا سختی دسترسی فیزیکی به سطوح ماشینکاری روبرو هستند استفاده می شود. کاربرد این روش بیشتر در صنعت هوافضا و ارتوپدی می باشد.

پرینت سه بعدی EBM

پرینت سه بعدی EBM

EBM نوع دیگری از ساخت افزایشی برای قطعات فلزی است که در ابتدای قرن حاظر توسط Arcam AB ساخته شد. در این روش نیز همانند SLM ماده اولیه به صورت پودر می باشد. تفاوت اصلی این دو روش در این است که SLM از پرتو لیزر قدرتمند به عنوان منبع انرژی استفاده می کند، این در حالی است که EBM از یک پرتو الکترون استفاده می کند. ماده مورد استفاده در EBM، پودر فلزی است که در اثر تابش پرتو الکترونی که توسط کامپیوتر کنترل می شود، ذوب شده و لایه به لایه تا تشکیل نهایی قطعه ادامه می یابد. بر خلاف SLS، در EBM پودر فلزی به طور کامل ذوب می شود. این روند معمولا در دماهای بالا تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد انجام می شود. در مقایسه با SLM این روش نسبتا کند و گران است. دسترسی محدود به مواد از دیگر معایب این روش است. در حال حاضر مواد مورد استفاده این روش، تیتانیوم تجاری، Inconel 718 و Inconel 625 است. کاربرد EBM عمدتا در ایمپلنت های پزشکی و صنعت هوافضا می باشد.

پرینت سه بعدی LOM

LOM یکی از سریعترین روش های نمونه سازی است که توسط شرکت کالیفرنیایی Helisys توسعه داده شد. در طول فرآیند LOM، لایه های کاغذ چسبناک، ورقه های پلاستیکی یا فلزی با استفاده از گرما و فشار ذوب شده سپس تحت اثر لیزر کنترل شده توسط کامپیوتر به شکل دلخواه در می آیند. فرایند LOM شامل چند مرحله می شود. در ابتدا، فایل CAD به فرمت STL تبدیل می شود.

پرینت سه بعدی- روش LOM

چاپگر LOM از ورقه های پوشش داده شده با چسب استفاده می کند که در طول صفحه کار و غلطک گرم قرار داده شده است. غلطک گرم با عبور از روی ورقه چسب آن را ذوب می کند. سپس لیزر اندازه های دلخواه از قطعه را ترسیم می کند. پس از اتمام لایه ها، صفحه کار به اندازه یک شانزدهم اینچ به سمت پایین حرکت می کند. ورقه ی جدیدی از مواد در طول بستر کشیده شده و توسط غلتک داغی به آن می چسبد. این روند بارها و بارها تکرار می شود تا زمانی که قطعه به طور کامل پرینت شود. پس از جدا شدن مواد اضافی می توان قطعه را سمباده کشید یا رنگ آمیزی کرد. اگر در طول چاپ از مواد کاغذی استفاده شود، قطعه مشخصاتی مانند چوب پیدا می کند که باید در مقابل رطوبت محافظت شود. در این صورت رنگ کردن قطعه می تواند ایده مناسبی باشد. با اینکه  LOM پر طرفدارترین شیوه ی چاپ نمی باشد اما یکی از مقرون به صرفه ترین و سریع ترین روش ها است. هزینه چاپ به دلیل ارزان بودن مواد خام، پایین است. با استفاده از روش  LOM امکان پرینت قطعات نسبتاَ بزرگ می باشد. در حال حاضر Cubic Technologies، جانشین شرکت Helisys، سازنده ی اصلی چاپگرهای LOM می باشد. این روزها شرکت های زیادی نیستند که از تکنولوژی LOM استفاده کنند اما خالی از لطف نیست که به شرکت ایرلندی Mcor Technologies Ltd، فروشنده چاپگرهای سه بعدی LOM اشاره ای کنیم. دستگاه های این کمپانی به طور گسترده ای توسط هنرمندان، معماران و توسعه دهندگان محصولات به منظور ساخت پروژه های قابل اجرا با کاغذ های نامه معمولی مورد استفاده قرار می گیرد.

چاپگرهایی که توسط کمپانی Cubic Technologies برای مصارف خانگی به فروش می رسد در مقایسه با محصولات شرکت هایی چون Makerbot Replicator و یا ۳D System’s Cube، تا حدودی گران تر هستند. با این حال چاپگرهای شرکت Mcor Technologies ممکن است در آینده نزدیک مورد محبوبیت قرار گیرند چرا که این کمپانی همکاری اش را با شرکت تامین کننده لوازم اداری Staples آغاز کرده است. آن ها خدمات چاپ محصولاتی از قبیل قاب موبایل، خودکار، جواهرات و بسیاری قطعات کاربردی دیگر را ارائه می کنند. همچنین امکان سفارشات اختصاصی که بر اساس طراحی خود مشتری باشد را نیز فراهم کرده اند.

برای اینکه بدانید برای سفارش یک پروژه پرینت سه بعدی چه گام هایی را باید بردارید و آشنایی با نکات مهم برای سفارش حتما مقاله سفارش پرینت سه بعدی را مطالعه کنید.

در صورت تمایل میتوانید فایل PDF این مقاله را در قسمت زیر دانلود و با ذکر منبع مورد استفاده قرار دهید.

pdf

پرینت سه بعدی pdf

 

تهیه و تنظیم از: پرینتر سه بعدی آیدیزاین

پرینت سه بعدی و روشهای آن | پرینتر سه بعدی چگونه کار می کند ؟
Summary
Review Date
Reviewed Item
پرینت سه بعدی و روشهای آن | پرینتر سه بعدی چگونه کار می کند ؟
Author Rating
41star1star1star1stargray

مطالب مرتبط

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *