پرینتر سه بعدی و انواع مختلف از آن ها
پرینتر سه بعدی یکی از روش های ساخت و تولید است که از لحاظ نحوه ساخت قطعه می توان آن را ترکیبی از روش تزریق پلاستیک و CNC در نظر گرفت.
با توجه به اینکه ساخت قطعه در cnc به صورت کاهشی می باشد در قطعات با پیچیدگی زیاد دچار مشکل خواهد شد و علاوه بر اینکه در پروسه تولید به روش cnc احتمال نیاز به تعویض مدام ابزار تراش وجود دارد که این کار در زمان و هزینه ساخت تاثیر خواهد گذاشت.
پرینترهای سه بعدی برای برطرف کردن مشکلات cnc بوجود آمده اند. ولی به دلیل کارآیی بسیاری که داشته اند در سال های اخیر به خصوص از سال 2011 به بعد مورد استقبال بسیاری از صنایع دیگر شده اند.
به طور مثال در حال حاضر پرینتر هایی خاص منظوره جهت تولید شکلات ، غذا ، قطعات پزشکی مورد استفاده در داخل بدن انسان ، پرینترهای مخصوص ساخت خانه و .... تولید شده اند.
روش کار پرینتر سه بعدی به صورت لایه به لایه و افزایشی است. بدین صورت که متریال ( فیلامنت ) به صورت لایه به لایه و به مقدار مشخص که در اکثر روش ها به اندازه هایی در مقیاس میکرون می باشد ( 5 تا 400 میکرون بسته به نوع دستگاه و تکنولوژی پرینت ) بر روی هم قرار داده می شوند و با شکل گیری هر لایه ، لایه بعدی بر روی آن قرار می گیرد و تا شکل گیری آخرین لایه این مکانیزم ادامه می یابد و چون تحت تاثیر دما لایه ها بر روی هم قرار می گیرد یک جوش قوی بین قطعات ایجاد می شود و سبب شده قطعه کار ساخته شده استحکام لازم را داشته باشد.
یکی از مهمترین پارامترها در پرینتر سه بعدی نرم افزار آن می باشد که برش های لازم برای پرینت و دستورات حرکتی دستگاه به وسیله آن انجام داده می شود.
روش کار نرم افزار تقریبا مشابه CNC می باشد که وظیفه اصلی آن ایجاد برش های لازم برای ساخت در فایل قطعه مورد نظر می باشد.
نرم افزار های پرینتر سه بعدی متنوع می باشند که برخی از آن ها مختص دستگاهی خاص طراحی شده اند و برخی دیگر جنبه عمومی دارند و با همه پرینتر ها سازگاری دارند.
یکی از معروف ترین نرم افزارها cura هست که در تنظیمات آن می توانید نوع دستگاه خود را مشخص کنید و تنظیمات متناسب با دستگاه در آن نمایان می شود و شما به راختی می توانید جهت پرینت از آن استفاده کنید.
در این نرم افزار شما ابتدا ضخامت لایه های پرینت را مشخص می کنید و به طبع آن سرعت پرینت ، چگالی مواد ( جهت تعیین میزان استحکام قطعه ) سرعت فن و ... را تعیین می کنید و از آن g.code می گیرید.
( g.code ها رابط بین پرینتر و نرم افزار هستند به گونه ای که تنظیمات پرینت سه بعدی را به صورت دستوری برای پرینتر فراهم می کنند یا به عبارت دیگر زبان پرینتر ها و cnc ها هستند)
با این حال با وجود cnc های چند محوره برخی موارد سوال پیش می آید که قطعه مورد نیاز را با پرینتر سه بعدی بسازیم یا با cnc ؟
به علت تفاوت قیمت بیش از اندازه پرینتر های سه بعدی با دستگاه های cnc اکثر مهندسینی که قصد دارند دستگاه تهیه کنند ترجیح می دهند پرینتر سه بعدی تهیه کنند ولی در مواردی که قصد دارند.
قطعه را از طریق خدمات تولید کنند متناسب با نوع متریال در برخی موارد هزینه خدمات cnc ارزانتر و در برخی موارد خدمات پرینت سه بعدی ارزان تر می باشد.
انواع پرینتر سه بعدی
همانطور که در بالا اشاره شد پرینتر های سه بعدی روش های متفاوتی دارند و هر متناسب با اینکه چه نوع متریالی را می توانند پرینت بگیرند تقسیم بندی میشوند.
وجه شباهت تمام پرینتر های سه بعدی ساخت به صورت لایه به لایه و افزایشی است و شکل فرمانپذیری ساخت بر اساس g.code می باشد و تفاوت آن ها در تکنولوژی به کار رفته در ساختشان متناسب با متریال قابل پرینت می باشد.
در زیر مهمترین پرینتر های سه بعدی که در ایران هم مورد استفاده قرار می گیرند را بررسی می کنیم.
پرینتر سه بعدی FDM
معروف ترین پرینتر سه بعدی در ایران و احتمالا در کل دنیا پرینتر سه بعدی با تکنولوژی FDM می باشد که مواد قابل پرینت این تکنولوژی از پرینت سه بعدی پلیمرها هستند.
پلیمر به زبان ساده آن دسته از پلاستیک هایی هستند که می توانند در اثر گرما تغییر شکل بدهند و دوباره بعد از سرد شدن خاصیت خود را حفظ کنند.
با این تعریف کاملا مشخص هست که تنها دلیل استفاده از پلیمر ها و یا عدم استفاده از سایر پلاستیک ها در پرینتر سه بعدی همین خاصیت شکل پذیری پلیمر ها بوده ( البته با توجه به شرایط پرینت سه بعدی ،تمام پلیمر ها هم برای پرینت تعریف نشده اند و فقط برای تعداد محدودی از پلیمرها شرایط پرینت محیا شده است.)
برای اینکه پلیمرها قابل پرینت باشند آن ها را به صورت رشته سیم دور یک قرقره (اسپول) در بسته های متفاوت وزنی ( یک کیلیویی ،دو کیلویی و ...) آماده میکنند که به این شکل از مواد مصرفی فیلامنت می گویند.
شکل کار پرینتر سه بعدی FDM به این صورت است که فیلامنت ها درون محفظه مخصوص پرینتر سه بعدی که کار ذوب کردن مواد را دارد قرار می گیرد( اکسترودر) و با دستور پرینت مواد از اکسترودر بر روی میز تزریق می شود.
وقتی لایه اول را طبق دستوری که قبلا در نرم افزار آماده شده را ساخت ، به اندازه یک لایه ارتفاع می گیرد تا آماده ساخت لایه دوم شود. لایه دوم نیز مانند لایه اول طبق دستور نرم افزار بر روی لایه اول می سازد و دوباره به اندازه یک لایه ارتفاع می گیرد و این کار تا آخرین لایه برای ساخت قطعه کامل ادامه پیدا می کند .
پرینتر سه بعدی SLA
این مدل از پرینتر سه بعدی مختص قطعات کوچک و دقیق هستند مانند قطعات ریخنه گری طلا و جواهر و یا قطعات کوچک در مهندسی مانند چرخدنده های کوچک و حساس و سایر قطعات در ابعاد کوچک.
روش کار این پرینتر سه بعدی به این صورت است که میز کار بر روی مخزن رزین (متریال پرینت) قرار دارد و لیزر بر روی سطح اول کار می تابد و نقاطی که نرم افزار دستور داده را فوکوس کرده و باعث خشک شدن آن نقاط می شود.
سپس میز کار به اندازه یک لایه بالا می آید و این بار لیزر مجدد بر روی سطح فوکوس کرده و لایه دوم را نیز شکل می دهد. و به این ترتیب تا لایه پایانی ساخت قطعه کار ادامه پیدا می کند.
لایه های پرینت سه بعدی در این روش بسیار کم و در حد میکرون می باشد و همین مساله باعث شده که هم قطعات بسیار دقیقی بتوانیم بسازیم و هم اینکه زمان ساخت این روش یک مقدار طولانی تر شود.
پرینتر سه بعدی DLP
این تکنولوژی از پرینتر سه بعدی دقیقا شبیه به روش SLA می باشد با این تفاوت که جای استفاده از لیزر از نور UV استفاده می شود که همین امر سبب شده هزینه دستگاه و منبع نور پایین تر شود.
پرینتر سه بعدی SLS
این تکنولوژی از پرینتر سه بعدی معمولا برای ساخت قطعات فلزی استفاده می شود.
به صورتی که یک منبع از پودر فلز در کنار میز پرینتر سه بعدی قرار دارد و یک غلطک پودر فلز را به میزان یک لایه بر روی سطح میز حرکت میدهد به طوری که کل سطح میز را در بر می گیرد.
سپس اشعه لیزر فقط به نقاطی که نرم افزار دستور داده فوکوس کرده و خسک می کند یعد از خشک شدن لایه اول میز کار به اندازه یک لایه پایین می آیند و مجدد غلطک پودر فلز را در سرتاسر میز می کشاند و لیزر این بار بر روی لایه دوم طبق دستور نرم افزار فوکوس می کند و لایه دوم بر روی لایه اول شکل می گیرد. و همین مراحل تا پایان شکل دهی قطعه ادامه پیدا می کند.
با توچه به اینکه در هر لایه کل سطح میز از پودر فلز پر شده و بعد از فوکوس لیزر بر روی سطح کار، جای خروج اضافات پودر فلز نیست، در پایان کار قطعه پرینت شده داخل حجمی از پودر محبوس می شود که باید از آن خارج شود.
تفاوت این روش از پرینتر سه بعدی با سایر روش های پرینت سه بعدی دیگر در این است که دور تا دور قطعه کار در حین پرینت توسط پودر فلز گرفته شده لذا در این روش هر چقدر که قطعه کار پیچیده باشد را می توان با بالاترین کیفیت ساخت.
روش های بسیار زیادی برای پرینتر سه بعدی وجود دارد و همانطوری که قبلا هم گفته شده هر کدام مختص یک مواد مصرفی هستند.
مانند پرینتر سه بعدی ساخت خانه که با متریال سیمان کار می کند، یا پرینتر سه بعدی شکلات که برای ساخت شکلات با طرح دلخواه ساخته می شود، و حتی پرینتر سه بعدی ساخت پیتزا که در رستوران ها خود مشتری متریال غذای خود را انتخاب کرده و پیتزای خود را میسازد.
این که از چه موادی قراره استفاده بشه شکل تکنولوژی پرینت تغییر می کند ولی سه تکنولوژی بالا قدیمی ترین و در عین حال مهمترین روش های پرینتر سه بعدی هستند .