آشنایی با کاربردهای پرینت سه بعدی در صنایع مختلف

پرینت سه بعدی چیست؟ نحوه کار و برنامه های کاربردی 

چاپ سه بعدی از بدو پیدایش، رویکرد ما به ساخت و طراحی را متحول کرده است. این فناوری نوظهور که برای اولین بار در دهه 1980 ظهور کرد، در طول دهه ها به طور قابل توجهی بالغ شده است و کاربردهایی را در صنایع رو به رشدی پیدا کرده است. بیایید پتانسیل تحول آفرین چاپ سه بعدی را بررسی کنیم، سیر تکامل آن، کاربردهای فعلی و چشم اندازهای وسوسه انگیز برای آینده را ترسیم کنیم.

پرینت سه بعدی چیست؟

چاپ سه بعدی، که همچنین به عنوان ساخت افزایشی شناخته می‌شود، فرآیندی است که در آن از یک فایل دیجیتال برای ایجاد یک شیء سه بعدی جامد استفاده می‌شود. در فرآیند چاپ سه بعدی، لایه‌های متوالی از مواد توسط «چاپگر سه بعدی» تا زمان تکمیل ساخت شیء، روی هم قرار داده می‌شوند.

اشیاء چاپ شده سه بعدی از طریق یک فرآیند افزایشی ساخته می‌شوند، به این صورت که چاپگر لایه به لایه مواد را روی هم قرار می‌دهد تا شیء مورد نظر «چاپ» شود. هر لایه را می‌توان به عنوان یک برش عرضی نازک از شیء چاپ شده در نظر گرفت. با چاپ سه بعدی، کاربران می‌توانند اشکال پیچیده را بدون نیاز به مصرف مواد به اندازه روش‌های تولید سنتی، تولید کنند.

سبک کار چاپ سه بعدی، برعکس «تراش‌کاری» است، جایی که مواد با استفاده از تجهیزاتی مانند فرز، بریده یا خالی می‌شوند. برعکس، ساخت افزایشی برای ایجاد اشیاء فیزیکی به قالب یا بلوک مواد نیاز ندارد. در عوض، لایه‌های مواد را روی هم قرار داده و آن‌ها را به هم می‌چسباند. چاپ سه بعدی امکان ساخت سریع محصول، هزینه کم برای زیرساخت اولیه ثابت، و توانایی ایجاد هندسه‌های پیچیده با استفاده از انواع مختلف مواد را فراهم می‌کند، چیزی که راه‌حل‌های تولید سنتی ممکن است نتوانند به طور کارآمد انجام دهند.

کاربردهای پرینت سه بعدی

با چاپگرهای سه بعدی، ماشین هایی که قطعات پیچیده و ظریف را لایه به لایه می سازند، به نظر می رسد هر چیزی قابل ساخت است، مشروط به تخیل طراح و قابلیت مواد چاپی. چاپ سه بعدی در مقایسه با روش های سنتی تولید مانند ماشین کاری CNC یا قالب گیری تزریقی، به مهارت و تخصص کمتری و آماده سازی اولیه کمتری برای ساخت قطعات نیاز دارد. از قطعات هوافضای پیشرفته و ایمپلنت های پزشکی گرفته تا ابزار و تجهیزات و دکوراسیون منزل، کاربردهای چاپ سه بعدی به طور آشکار بی پایان است. این ادامه 10 کاربرد از چاپ سه بعدی را بررسی می کند..

پروتز

چاپ سه بعدی نحوه ساخت پروتز را متحول کرده است. با بهبود فرآیندها و تکنیک های چاپ سه بعدی، ساخت پروتزهای سفارشی و اختصاصی ساده تر و کارآمدتر می شود. پروتزها را می توان به سرعت در نرم افزار طراحی به کمک رایانه (CAD) مدل سازی کرد و با چاپ سه بعدی ساخت. در صورت یافتن هر گونه خطا یا نقصی در پروتز چاپ شده سه بعدی، به راحتی می توان آن را در نرم افزار CAD اصلاح کرد و دوباره چاپ کرد. در نتیجه، چاپ سه بعدی پروتز می تواند منجر به نتایج بهتر، راحتی و رضایت بیشتر بیمار شود.

قطعات جایگزین

کاربرد دیگر چاپ سه بعدی، امکان ساخت آسان قطعات جایگزین است. این می تواند برای مصرف کنندگان بسیار مفید باشد زیرا هم نیاز به سفر برای خرید قطعات و هم زمان انتظار طولانی برای به دست آوردن آنها را کاهش می دهد. چاپ سه بعدی مصرف کنندگان و مشتریان را قادر می سازد تا از خریدهای خود حداکثر بهره را ببرند و زمان بیشتری را صرف امور مهمتر کنند.

ایمپلنت

چاپ سه بعدی ایمپلنت امکان ساخت محصولات تخصصی تر برای بیماران را فراهم می کند. زمانی که قطعات با هندسه های پیچیده به سرعت ساخته شوند، نتایج بهتری برای بیماران حاصل می شود. مواردی مانند ایمپلنت های دندانی، دریچه های قلب، جایگزین های زانو و ایمپلنت های فک و صورت، همگی نمونه هایی از ایمپلنت هایی هستند که می توانند با چاپ سه بعدی ساخته شوند. به زودی، کل اندام ها نیز می توانند با چاپ سه بعدی ساخته شوند که می تواند نتایج را برای بیماران در انتظار پیوند به طور چشمگیری بهبود بخشد.  

داروسازی

چاپ سه بعدی می تواند داروهایی با اشکال و اندازه های مختلف ایجاد کند و می تواند برای توزیع فضایی مواد فعال و غیرفعال در بدن استفاده شود. این داروها را قادر می‌سازد که با پرینت سه‌بعدی پروفایل‌های تحویل ویژه‌ای داشته باشند که می‌توانند با نیازهای خاص بیماران تنظیم شوند. در حالی که تنها یک دارو، Spritam®، لوتیراستام تولید شده توسط Aprecia Pharmaceuticals به صورت سه بعدی پرینت شده است، چاپ سه بعدی ممکن است در آینده امکان ساخت داروهای اضافی بر اساس تقاضا و محلی را فراهم کند.

سازه های اضطراری

بلایای طبیعی مانند توفان، آتش سوزی های گسترده و گردباد می تواند بسیاری از افراد را برای مدت طولانی بی خانمان کند. چاپ سه بعدی می تواند با ساخت خانه، بیمارستان و سایر سازه ها بسیار سریعتر از زمان ساخت این سازه ها با روش های سنتی، به کاهش مشکلات خانواده های آسیب دیده کمک کند.

هوافضا و سفرهای فضایی

همانطور که بشریت به دنبال گسترش حضور خود در فضا است، چاپ سه بعدی را می توان برای ساخت بر اساس تقاضا ابزار، تجهیزات و کل سازه ها در فضا و محیط های فرازمینی استفاده کرد. در همین حال، در زمین، چاپ سه بعدی را می توان برای تولید قطعات هوافضای پیشرفته مانند بدنه هواپیما، محفظه های اویونیک و موارد دیگر استفاده کرد. به طور کلی، چاپ سه بعدی می تواند به مقرون به صرفه تر شدن سفرهای فضایی کمک کند و در نتیجه به ایجاد حضور پایدار انسان در فضا کمک کند.

پوشاک سفارشی

صنعت مد به خاطر حجم بالای دورریز لباس‌های استفاده‌نشده، شهرت بدی پیدا کرده است. چاپ سه بعدی می‌تواند با امکان تولید لباس‌های سفارشی به کاهش بخشی از این ضایعات کمک کند. با این امکان که به مصرف‌کنندگان اجازه می‌دهد لباس‌هایی را متناسب با سایز و سلیقه‌ی خاص خود و به صورت لحظه‌ای چاپ کنند، می‌توانند بدون ایجاد ضایعات اضافی، لباس‌های دلخواهشان را تهیه کنند.

محصولات شخصی اندازه‌گیری‌شده

بسیاری از وسایلی که هر روز با آن‌ها سر و کار داریم، با در نظر گرفتن سایز و فرم بدنی متوسط افراد طراحی می‌شوند. وسایلی مانند در، صندلی، لباس، صفحه‌کلید و میز برای استفاده‌ی افرادی با اندام متوسط در یک ناحیه‌ی خاص طراحی شده‌اند. این موضوع برای بسیاری از افرادی که خارج از این محدوده‌ی “اندام متوسط” قرار می‌گیرند، مشکل‌ساز است و می‌تواند منجر به ناراحتی و حتی ناتوانی شود. چاپ سه بعدی امکان ساخت محصولات شخصی اندازه‌گیری‌شده را فراهم می‌کند که ارگونومی، راحتی و ایمنی را برای همه افراد بهبود می‌بخشد.

مواد آموزشی

چاپ سه بعدی می‌تواند برای فراهم کردن اشیاء ملموس برای یادگیری دانش‌آموزان مورد استفاده قرار گیرد. وسایلی مانند نقشه‌های توپوگرافی یا نمونه‌های زیستی را می‌توان با چاپ سه بعدی تولید کرد تا یادگیری را تقویت کند. در نتیجه، چاپ سه بعدی می‌تواند به عنوان کاتالیزوری برای خلاقیت، یادگیری بهتر و ایجاد همکاری عمل کند.

غذا

از چاپ سه بعدی می‌توان برای چاپ غذا نیز استفاده کرد. امروزه از سلول‌های بنیادی برای تولید گوشت و سبزیجات کشت‌شده در آزمایشگاه استفاده می‌شود. در آینده، چاپ سه بعدی می‌تواند برای تولید انبوه میوه، سبزیجات و گوشت به کار رود که به تغذیه‌ی جهانی کمک می‌کند و در عین حال، میزان زمین اختصاص‌یافته به دامداری و کشاورزی را کاهش می‌دهد.

انواع فناوری چاپ سه بعدی که وجود دارد چیست؟

انواع مختلفی از فناوری های چاپ سه بعدی وجود دارد. برخی از این فناوری ها از فوتوپلیمرهای حساس به UV، برخی از پودرهای فلز یا پلاستیک و برخی دیگر از اکستروژن پلاستیک مذاب استفاده می کنند. انواع مختلف فناوری های چاپ سه بعدی در زیر لیست شده اند:

• مدل سازی رسوب ذوب (FDM): FDM یک فناوری چاپ سه بعدی است که در آن یک رشته پلاستیکی مذاب توسط نازل گرم شده برای ساخت قطعات اکسترود می شود.

• تف جوشی لیزری انتخابی (SLS): SLS نوعی چاپ سه بعدی است که از لیزر قدرتمندی برای ذوب و اتصال پودرهای پلیمری برای ساخت قطعات استفاده می کند.

• تف جوشی لیزری مستقیم فلز (DMLS): DMLS نوعی چاپ سه بعدی مشابه SLS است که به جای پودرهای پلیمری از پودرهای فلزی استفاده می کند.

• استریولیتوگرافی (SLA): SLA یک فناوری چاپ سه بعدی است که از یک لامپ UV (فرابنفش) برای ساخت لایه های متوالی از فوتوپلیمرهای قابل سفت شدن با UV به قطعات نهایی استفاده می کند.

• پردازش نور دیجیتال (DLP): DLP یک فناوری چاپ سه بعدی مشابه SLA است که از نور UV و مجموعه ای از آینه ها برای خشک کردن فوتوپلیمرها و ساخت قطعات استفاده می کند.

• ذوب پرتو الکترونی (EBM): EBM یک فرآیند چاپ سه بعدی مشابه SLS و DMLS است، اما از یک پرتو الکترون به جای لیزر برای ذوب و اتصال پودرهایی که قطعات را تشکیل می دهند استفاده می کند.

• پلی جت: پلی جت نوعی چاپ سه بعدی شبیه SLA و DLP است، اما با یک لامپ UV به طور همزمان فوتوپلیمرها را رسوب و خشک می کند.

سوالات متداول درباره پرینت سه بعدی

1. پرینت سه بعدی چقدر گران است؟

قیمت چاپگرهای سه بعدی و مواد آنها به طور قابل توجهی متفاوت است. چاپگرهای سه بعدی خانگی می توانند به قیمت چند صد دلار باشند، در حالی که چاپگرهای سه بعدی صنعتی می توانند به صدها هزار دلار یا بیشتر قیمت داشته باشند. هزینه مواد نیز بسته به نوع ماده و پیچیدگی مدل چاپ شده متفاوت خواهد بود.

2. چه نوع موادی را می توان با پرینت سه بعدی چاپ کرد؟

مواد مختلفی وجود دارد که می توان با پرینت سه بعدی چاپ کرد، از جمله پلاستیک، رزین، فلز و مواد غذایی. نوع ماده ای که استفاده می شود به کاربرد مورد نظر بستگی دارد.

3. پرینت سه بعدی چقدر طول می کشد؟

زمان چاپ یک مدل سه بعدی به اندازه و پیچیدگی مدل، نوع چاپگر سه بعدی و تنظیمات چاپ بستگی دارد. مدل های ساده می توانند در چند دقیقه چاپ شوند، در حالی که مدل های پیچیده ممکن است ساعت ها یا حتی روزها طول بکشد.

سخن نهایی

پرینت سه بعدی، که به عنوان ساخت افزایشی نیز شناخته می شود، انقلابی در دنیای تولید ایجاد کرده است. این فناوری به ما امکان می دهد اشیاء سه بعدی را با پیچیدگی های هندسی که قبلاً با روش های سنتی تولید غیرممکن بود، بسازیم. کاربردهای پرینت سه بعدی در حال حاضر بسیار گسترده و متنوع است و به طور مداوم در حال رشد و توسعه است. از نمونه سازی سریع و تولید قطعات نهایی گرفته تا ایمپلنت های پزشکی سفارشی و جواهرات و اسباب بازی های منحصر به فرد، پرینت سه بعدی در حال حاضر در حال تغییر  صنایع مختلف  و همچنین نحوه زندگی ما است. در آینده، انتظار می رود که پرینت سه بعدی نقش مهم تری در زندگی ما ایفا کند.

گردآوری:بخش کامپیوتر و اینترنت موزستان