مبانی چاپ سه‌بعدی: پاسخ به سوالات شما

پرینترهای سه‌بعدی به اندازه‌ای مقرون‌به‌صرفه هستند که تقریباً هر کسی می‌تواند یکی از آنها را خریداری کند، اما آیا شما باید یکی بخرید؟ قبل از اینکه به این حوزه وارد شوید، باید چند نکته مهم را در نظر بگیرید؛ از جمله مواد مصرفی، کاربردهای ممکن، نرم‌افزارها و بسیاری موارد دیگر.

آن‌ها شبیه چاپگرهای قدیمی دیزی ویل که پدربزرگتان استفاده می‌کرد یا چاپگرهای ماتریسی که مادرتان داشت نیستند. حتی به چاپگرهای اسناد یا عکس‌های امروزی که فقط می‌توانند در دو بعد کار کنند، شباهتی ندارند. همان‌طور که از نام آن‌ها پیداست، چاپگرهای سه‌بعدی می‌توانند اشیای سه‌بعدی را از مواد مختلف بسازند. این فناوری به‌سرعت از حوزه تخصصی فراتر رفته و اکنون در فروشگاه‌هایی مانند استیپلز، بست بای، و هوم دیپو در دسترس است. همچنین می‌توانید چاپگرهای سه‌بعدی و لوازم جانبی آن‌ها را از سایت‌هایی مانند آمازون و سایر فروشگاه‌های آنلاین تهیه کنید.

چاپگرهای سه‌بعدی: فناوری‌ای فراتر از چاپگرهای قدیمی

چاپگرهای سه‌بعدی تفاوت‌های چشمگیری با چاپگرهای کلاسیک قدیمی دارند و حتی با چاپگرهای مدرن اسناد و عکس، که فقط در دو بعد چاپ می‌کنند، قابل مقایسه نیستند. همان‌طور که از نامشان پیداست، این دستگاه‌ها می‌توانند اشیاء سه‌بعدی را با استفاده از مواد مختلف بسازند.

امروزه چاپگرهای سه‌بعدی به یک محصول جریان اصلی تبدیل شده‌اند. همچنین، می‌توانید آنها را به همراه لوازم جانبی‌شان از فروشگاه‌های آنلاین تهیه کنید. این دستگاه‌ها که در گذشته بیشتر در کارگاه‌ها، استودیوهای طراحی، مدارس و مراکز عمومی استفاده می‌شدند، حالا به گاراژها، اتاق‌های سرگرمی، و حتی روی میزهای آشپزخانه راه یافته‌اند، شاید حتی به خانه‌ی شما!

اگر اخیراً یکی از این دستگاه‌ها را خریداری کرده‌اید یا قصد خرید دارید، مطالعه‌ی یک راهنمای جامع می‌تواند به شما کمک کند تا با قابلیت‌ها و عملکرد این ماشین‌های قدرتمند و مقرون‌به‌صرفه بیشتر آشنا شوید.

پرینت سه‌بعدی چیست؟

در ساده‌ترین تعریف، پرینت سه‌بعدی یک فرآیند تولید است که در آن مواد به صورت لایه‌به‌لایه روی هم قرار می‌گیرند تا یک جسم سه‌بعدی تشکیل شود. (این فرآیند به عنوان یک روش افزایشی شناخته می‌شود، زیرا جسم از پایه ساخته می‌شود، در مقایسه با روش‌های کاهشی که در آن مواد برش داده شده، سوراخ می‌شوند، تراشیده یا ماشین‌کاری می‌شوند.) اگرچه چاپگرهای سه‌بعدی از مواد مختلفی مانند پلاستیک یا فلز و تکنیک‌های گوناگون استفاده می‌کنند، وجه اشتراک آن‌ها توانایی تبدیل فایل‌های دیجیتالی حاوی داده‌های سه‌بعدی چه از طریق برنامه طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) یا ساخت به کمک کامپیوتر (CAM) ایجاد شده باشند یا از یک اسکنر سه‌ بعدی به اشیاء فیزیکی است.

چاپ سه‌بعدی چگونه کار می‌کند؟

مشابه چاپگرهای سنتی، چاپگرهای سه‌بعدی نیز از فناوری‌های متنوعی استفاده می‌کنند. شناخته‌شده‌ترین روش، مدل‌سازی رسوب ذوب‌شده (FDM) است که به آن ساخت رشته‌ای ذوب‌شده (FFF) نیز گفته می‌شود. در این روش، یک فیلامنت که از جنس آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)، پلی‌لاکتیک اسید (PLA) یا دیگر ترموپلاستیک‌ها است، ذوب شده و از طریق یک نازل اکستروژن گرم به صورت لایه‌لایه قرار داده می‌شود. اولین چاپگرهای سه‌بعدی که در دهه 1990 توسط شرکت Stratasys با کمک IBM به بازار عرضه شدند، از روش FDM استفاده می‌کردند (که اصطلاحی ثبت‌شده توسط Stratasys است). این روش در بیشتر چاپگرهای سه‌بعدی که برای مصرف‌کنندگان، علاقه‌مندان و مدارس طراحی شده‌اند نیز به کار می‌رود.

مدل‌سازی چندجتی یک سیستم چاپ سه‌بعدی شبیه به چاپگرهای جوهرافشان است که یک ماده چسب‌مانند رنگی را روی لایه‌های متوالی از پودر، در محل شکل‌گیری شیء، اسپری می‌کند. این روش یکی از سریع‌ترین روش‌هاست و از معدود روش‌هایی است که امکان چاپ چندرنگ را فراهم می‌کند.

می‌توان یک چاپگر جوهرافشان استاندارد را برای چاپ با موادی غیر از جوهر اصلاح کرد. افراد خلاق و مبتکر، هدهای چاپ (عمدتاً هدهای پیزوالکتریک) را ساخته یا تغییر داده‌اند تا با مواد مختلف کار کنند و در  برخی موارد حتی هدهای چاپ را با استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی دیگر تولید کرده‌اند! شرکت‌هایی مانند MicroFab Technologies هدهای چاپ سه‌بعدی (و همچنین سیستم‌های چاپ کامل) ارائه می‌دهند.

در روش تف جوشی با لیزر انتخابی (SLS) از یک لیزر پرقدرت برای ذوب و اتصال ذرات پلاستیک، فلز، سرامیک یا شیشه استفاده می‌شود. در پایان فرایند، مواد باقیمانده بازیافت می‌شوند. در روش ذوب با پرتو الکترونی (EBM)، همان‌طور که از نامش پیداست، از پرتو الکترونی برای ذوب کردن پودر فلز به صورت لایه‌لایه استفاده می‌شود. تیتانیوم معمولاً در EBM برای ساخت ایمپلنت‌های پزشکی و همچنین قطعات هواپیما به کار می‌رود.

بسته به تکنیک، چاپگرهای سه‌بعدی می‌توانند از مواد مختلفی استفاده کنند که شامل فلزات (استیل ضدزنگ، لحیم، آلومینیوم و تیتانیوم )، پلاستیک‌ها و پلیمرها (از جمله ترکیباتی که پلاستیک‌ها را با فلزات، چوب و مواد دیگر ترکیب می‌کنند)، سرامیک‌ها، گچ، شیشه و حتی مواد غذایی مانند پنیر، خامه و شکلات!

چاپگر سه‌بعدی رزینی چیست؟

یکی دیگر از فناوری‌های مورد استفاده در چاپ سه‌بعدی، استریولیتوگرافی (SLA) است که در آن ماده چاپ رزین است. در این روش، یک لیزر UV به داخل یک مخزن حاوی رزین فوتوپلیمر حساس به فرابنفش تابانده می‌شود و شکل جسمی که قرار است ساخته شود را روی سطح آن دنبال می‌کند. پلیمر در هر نقطه‌ای که پرتو لیزر به آن برخورد کند، جامد می‌شود و پرتو به صورت لایه‌به‌لایه جسم را طبق دستورالعمل فایل CAD یا CAM که استفاده می‌کند، “چاپ” می‌کند.

چاپ سه‌بعدی با پروژکتور نور دیجیتال (DLP) نیز از روشی مشابه استفاده می‌کند. در این روش، یک پلیمر مایع در معرض نور یک پروژکتور پردازش نور دیجیتال قرار می‌گیرد. این نور پلیمر را به صورت لایه‌به‌لایه سخت می‌کند تا جسم ساخته شود و پلیمر مایع باقی‌مانده تخلیه می‌شود.

خدمات پرینت سه بعدی با رزین

چه کسی چاپ سه‌بعدی را اختراع کرد؟

اولین چاپگر سه‌بعدی که از تکنیک استریولیتوگرافی استفاده می‌کرد، در اواسط دهه 1980 توسط چاک هال (Charles W. Hull) اختراع شد. استریولیتوگرافی به طور سنتی یک فناوری تجاری گران‌قیمت بوده است و بسیاری از دستگاه‌ها در این روش ده‌ها هزار دلار قیمت داشته‌اند. اما در سال‌های اخیر چاپگرهای حرفه‌ای رومیزی SLA به بازار آمده‌اند که معمولاً چند هزار دلار قیمت دارند، و همچنین سیستم‌های مصرفی که قیمت آن‌ها از چند صد دلار شروع می‌شود.

مزایای چاپ سه‌بعدی چیست؟

با چاپ سه‌بعدی، طراحان می‌توانند ایده‌های خود را به سرعت به مدل‌ها یا نمونه‌های اولیه سه‌بعدی تبدیل کنند (که به آن “نمونه‌سازی سریع” نیز گفته می‌شود) و تغییرات طراحی را به سرعت اعمال کنند. این فناوری به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد محصولات را به صورت سفارشی و در صورت نیاز تولید کنند، نه در حجم‌های بزرگ، که این امر مدیریت موجودی را بهبود داده و نیاز به فضای انبار را کاهش می‌دهد. افراد در مکان‌های دورافتاده می‌توانند اشیایی را که دسترسی به آن‌ها دشوار است، تولید کنند. همچنین چاپ سه‌بعدی امکان تولید اشیاء پیچیده با ساختارهای داخلی را فراهم می‌کند که با روش‌های سنتی مانند قالب‌گیری تزریقی امکان‌پذیر نیست.

از نظر عملی، پرینت سه‌بعدی می‌تواند در مقایسه با روش‌های کاهشی هزینه و مواد اولیه را صرفه‌جویی کند، زیرا مواد خام بسیار کمی هدر می‌رود. همچنین ماهیت تولید را تغییر داده است، زیرا به مصرف‌کنندگان اجازه می‌دهد فایل‌هایی برای چاپ حتی اشیاء سه‌بعدی پیچیده مانند دستگاه‌های الکترونیکی را در خانه‌های خود دانلود و چاپ کنند.

چاپگرهای سه‌بعدی چه چیزهایی می‌توانند بسازند؟

طراحان از چاپگرهای سه‌بعدی برای ایجاد سریع مدل‌ها و نمونه‌های اولیه محصولات استفاده می‌کنند، اما این فناوری به طور فزاینده‌ای برای ساخت محصولات نهایی نیز به کار می‌رود. از جمله مواردی که با چاپگرهای سه‌بعدی ساخته می‌شوند می‌توان به طراحی کفش، مبلمان، قالب‌های مومی برای ساخت جواهرات، ابزارها، سه‌پایه‌ها، اشیاء تزیینی و هدایا، و اسباب‌بازی‌ها اشاره کرد. هنرمندان می‌توانند مجسمه بسازند و معماران مدل پروژه‌های خود را تولید کنند. باستان‌شناسان از چاپگرهای سه‌بعدی برای بازسازی مدل آثار شکننده، از جمله برخی از عتیقه‌جاتی که توسط داعش در سوریه تخریب شدند، استفاده می‌کنند. به همین ترتیب، دیرینه‌شناسان و دانشجویان آن‌ها می‌توانند اسکلت دایناسورها و دیگر فسیل‌ها را بازتولید کنند.

همچنین می‌توانید از یک چاپگر سه‌بعدی برای ساخت اشیاء روزمره خانگی مانند گیره‌های کیف یا سازمان‌دهنده‌های میز استفاده کنید.

پزشکان و تکنسین‌های پزشکی می‌توانند از چاپ سه‌بعدی برای ساخت پروتزها، سمعک‌ها، دندان‌های مصنوعی و پیوندهای استخوانی استفاده کنند. همچنین می‌توانند مدل‌هایی از اندام‌ها، تومورها و سایر ساختارهای داخلی بدن را از اسکن‌های سی‌تی بازتولید کنند تا برای جراحی آماده شوند. علاوه بر این، چاپگرهای سه‌بعدی که می‌توانند لایه‌هایی از سلول‌ها را برای ایجاد اندام‌های مصنوعی (مانند کلیه‌ها و رگ‌های خونی) ایجاد کنند، در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارند. حتی در حوزه پزشکی قانونی نیز چاپ سه‌بعدی کاربرد دارد، مانند بازتولید گلوله‌ای که در بدن قربانی قرار دارد.

الکترونیک چاپی مجموعه‌ای از روش‌های چاپ است که امکان چاپ دستگاه‌های الکترونیکی یا مدارها را روی مواد انعطاف‌پذیر مانند برچسب‌ها، پارچه‌ها و مقوا، با استفاده از جوهرهای الکترونیکی یا نوری، فراهم می‌کند. این فناوری امکان تولید کم‌هزینه دستگاه‌های با عملکرد پایین را ارائه می‌دهد. الکترونیک چاپی را می‌توان با چاپ سه‌بعدی ترکیب کرد و مدارها یا دستگاه‌های لایه‌لایه را چاپ کرد. یکی از نتایج طبیعی این ترکیب قدرتمند این است که روزی ممکن است بتوانید به جای خرید وسایل الکترونیکی، آن‌ها را از طرح‌های سه‌بعدی چاپ کنید.

در رابطه با چاپ سه‌بعدی در تهیه غذا، در سال 2006، محققان دانشگاه کرنل چاپگر سه‌بعدی متن‌باز Fab@Home را توسعه دادند که از آن برای چاپ غذا، عمدتاً از مواد اولیه‌ای مانند شکلات، پنیر و خمیر کلوچه استفاده کردند. مواد دیگری که می‌توانند با چاپ سه‌بعدی تولید شوند شامل پاستا، رویه کیک و حتی گوشت هستند. تعداد کمی از رستوران‌ها در حال آزمایش نمونه‌های اولیه چاپگر غذا هستند.

کجا می‌توانم یک چاپگر سه‌بعدی تهیه کنم؟

بیشتر تولیدکنندگان چاپگرهای سه‌بعدی محصولات خود را به طور مستقیم از طریق اینترنت می‌فروشند. بسیاری از فروشگاه‌های آنلاین، از جمله شرکت‌های آنلاین صرفاً مانند آمازون و دیگر فروشگاه‌هایی که شعب فیزیکی دارند، این محصولات را عرضه می‌کنند.

چه نرم‌افزاری برای چاپ سه‌بعدی نیاز دارم؟

تقریباً تمام چاپگرهای سه‌بعدی فایل‌ها را در قالب STL (که از استریولیتوگرافی گرفته شده) و همچنین فایل‌های OBJ می‌پذیرند. این نوع فایل‌ها می‌توانند توسط تقریباً هر نرم‌افزار CAD تولید شوند، از بسته‌های تجاری گران‌قیمت مانند AutoCAD گرفته تا محصولات رایگان یا متن‌باز مانند Google SketchUp و Blender.

اکثر چاپگرهای سه‌بعدی مصرفی همراه با نرم‌افزار چاپ ارائه می‌شوند. این نرم‌افزار یا روی یک فلش USB یا کارت SD ارائه می‌شود یا برای دانلود در دسترس است و شامل هر چیزی است که برای شروع چاپ نیاز دارید. اگرچه برخی شرکت‌ها نرم‌افزار اختصاصی خود را دارند، بسیاری از تولیدکنندگان از نسخه‌های متنوع نرم‌افزار Cura استفاده می‌کنند.

خدمات پرینت سه بعدی پروجت

کجا می‌توان فایل‌های پرینت سه‌بعدی پیدا کرد؟

برای کسانی که تمایلی به ساخت فایل‌های سه‌بعدی خود ندارند، پایگاه‌های داده اشیاء سه‌بعدی فایل‌های متعددی را ارائه می‌دهند که می‌توانند دانلود و چاپ شوند.

مشهورترین سایت Thingiverse از MakerBot است که بیش از 2,000,000 فایل رایگان ایجاد شده توسط کاربران را ارائه می‌دهد. سایت‌های دیگری که فایل‌های سه‌بعدی رایگان دارند شامل MakerWorld، NIH 3D (که در مدل‌های زیست‌پزشکی و علمی تخصص دارد)، Instructables از Autodesk و NASA است که صفحه‌ای اختصاصی برای مدل‌های قابل چاپ سفینه‌های فضایی و دیگر شگفتی‌های کیهانی دارد. Smithsonian نیز فایل‌هایی برای اشیاء مختلف بر اساس اقلام موجود در مجموعه‌های موزه‌های خود ارائه می‌دهد. بسیاری دیگر از سایت‌ها ترکیبی از فایل‌های رایگان و قابل فروش را عرضه می‌کنند. Yeggi یک موتور جستجو است که سایت‌های مختلف مدل چاپ سه‌بعدی را برای فایل‌هایی که شما درخواست می‌کنید جستجو می‌کند.

در سرزمین دی تی اس شما می توانید به مجموعه ای از فایل های دو بعدی و سه بعدی جواهرات دسترسی داشته باشید.

آینده چاپ سه‌بعدی چه خواهد بود؟

چندین نوع چاپگر سه‌بعدی برای خانه‌ها و کسب‌وکارهای کوچک به راحتی در دسترس هستند و این چاپگرها در حال تبدیل شدن به وسیله‌ای رایج در خانه‌ها هستند که می‌توان آن‌ها را در کارگاه‌ها، استودیوها، دفاتر خانگی و حتی در آشپزخانه پیدا کرد. در بیشتر موارد، اقلام ساخته شده با چاپگرهای سه‌بعدی دارای ساختار داخلی یکنواخت بوده‌اند، اما حالا می‌توان خلق‌های پیچیده‌تری با ترکیب چندین ماده و کامپوزیت‌ها، همچنین الکترونیک‌های قابل چاپ ایجاد کرد. با چاپگرهای سه‌بعدی امروز، اگر درب باتری کنترل تلویزیون خود را گم کنید، ممکن است بتوانید یک درب جدید چاپ کنید. با چاپگرهای سه‌بعدی فردا (که کی می‌داند؟)، اگر کنترل تلویزیون خود را گم کنید، شاید بتوانید یک کنترل جدید به طور کامل چاپ کنید.

در چند سال گذشته، شاهد انفجاری در تنوع و کاربردهای چاپگرهای سه‌بعدی بوده‌ایم. این موضوع مشابه وضعیت رایانه‌های شخصی در حوالی سال 1980 است. اگرچه به راحتی می‌توان برخی از حوزه‌هایی را که چاپ سه‌بعدی به آن‌ها گسترش خواهد یافت پیش‌بینی کرد، برخی دیگر فراتر از توانایی پیش‌بینی ما هستند، همان‌طور که در سال 1980 هیچ‌کس نمی‌توانست تصور کند که رایانه شخصی به چه شکلی خواهد درآمد.

برخی از حوزه‌های امیدوارکننده شامل تحقیق در فضا است، جایی که چاپ سه‌بعدی در حال کسب جایگاه است. NASA، SpaceX، Blue Origin، آژانس فضایی اروپا (ESA)، آژانس اکتشافات فضایی ژاپن (JAXA) و دیگر شرکت‌های فعال در زمینه اکتشافات فضایی از چاپ سه‌بعدی برای ساخت ابزارها، مدل‌ها، نمونه‌های اولیه و حتی قطعات موشکی استفاده کرده‌اند. قطعات سبک، مقاوم و حرارت‌دیده که اغلب از آلیاژهای آلومینیومی ساخته شده‌اند، در نازل‌های موتور و دیگر قسمت‌ها استفاده می‌شوند. پنج پای فرودگر SLIM ماه از آلومینیوم چاپ سه‌بعدی با ساختار شبکه‌ای ساخته شده و به گونه‌ای طراحی شده‌اند که هنگام فرود جمع شوند، ضربه را جذب کرده و فضاپیما را بر روی پهلو بچرخانند.