پرینتر سه بعدی

امروزه فناوری پرینت سه بعدی، یک فناوری شناخته شده است. اما هنوز بسیاری ازمردم با فناوری های مختلف پرینت سه بعدی آشنا نیستند. مانند پرینتر های دو بعدی کاغذ که فناوری های مختلفی مانند پرینتر های جوهر افشان و لیزری برای آنها وجود دارد. پرینتر های سه بعدی نیز دارای فناوری های بسیار متفاوتی می باشند که تعداد آنها هر روز در حال افزایش است.

پرینتر سه بعدی و انواع تکنولوژی در پرینترهای سه بعدی

در اين روش با تابش اشعه لیزر به پلیمر مایع ( فوتوپلیمر ) موجب خشک شدن  پلیمر و شکل گرفتن قطعه می شود. فرایند SLA در سال 1986 توسط Charles Hull  اختراع شد .

دستگاه SLA دارای چهار بخش اصلی است:

1. مخزن پلیمر
2. پلتفرم یا میزی با سطح سوراخ دار
3. منبع تولید و تابش اشعه
4. کنترلر که پلت فرم و جهت تابش اشعه را کنترل می کند

روش کار در این تکنولوژی به این شکل است که هنگام شروع پرینت پلتفرم تا حدی بالا می آید. که فیلم نازکی از مایع به ضخامت  mm0.05  تا mm 0.15  روی سینی باقی بماند .سپس رزین روی میز با تابش لیزر خشک شده و میز به اندازه ضخامت یک لایه پایین می آید. و همین فرایند تکرار می شود تا نهایتا کل قطعه شکل بگیرد.

سپس قطعه از میز جدا شده و رزین های اضافی باقی مانده در حفره های قطعه توسط مایع حلال شستشو داده می شود .در مرحله بعد برای تکمیل فرایند Cure  شدن رزین ، قطعه داخل کوره اشعه UV قرار می گیرد .

مواد به کار رفته در این تکنولوژی چاپ سه بعدی ، شامل دامنه وسیعی از پلیمرهای حساس به نور از قبیل پلیمرهای شفاف ، ضد آب و رزینهای نرم هستند.

مزایای پرینت سه بعدی به روش SLA عبارت است از :

1. صافی سطح بسیار خوب
2. قابلیت اجرای جزئیات در حد 3 mm
3. قابلیت پرینت قطعات شفاف
4. دقت ابعادی بالا

پرینتر سه بعدی و تکنولوژی FMD  Fuse the position modeling  

کنولوژی FDM به عنوان ارزانترین تکنولوژی پرینتر سه بعدی در بازار شناخته می شود. این روش انواع متنوعی از مواد پلاستیکی را در گستره جنسی دارد. که شامل ABS، PLA، نایلون و حتی ترکیبی از مواد بیگانه شامل کربن، برنز و چوب است.

فرآیند چاپ FDM با یک رشته از مواد جامد به نام فیلامنت آغاز می گردد، بدین صورت که رشته فیلامنت از طریق یک رول متصل به پرینتر به یک نازل داغ که در داخل چاپگر وظیفه ذوب مواد را به عهده دارد منتقل می گردد.

پس از ذوب مواد، آن ها را در مسیر خاص و از پیش تعیین شده توسط نرم افزار کامپیوتر حرکت می دهند. ماده خارج شده در مسیر مشخص حرکت کرده و لایه ای از شکل را تشکیل داده، سپس لایه فورا خنک و سفت شده و تبدیل به پایه ای برای شکل گیری لایه بعدی روی خود می گردد و به همین روال کل شکل لایه به لایه ایجاد می شود.

فیلامنت: ماده اصلی به کار رفته در روش FDM

ماده خام و در حقیقت مواد ورودی در دستگاه FDM را فیلامنت گویند. فیلامنت ها رشته ای از مواد خام هستند که بر روی قرقره ای پیچیده شده و جهت ایجاد لایه ها استفاده می گردند.

پروسه پرینت سه بعدی با تکنولوژی FDM

1. در ابتدا یک فیلامنت تروموپلاستیک در داخل پرینتر قرار داده می شود. هنگامی که نازل به دمای مطلوب رسید، فیلامنت به سر اکسترودر تغذیه شده و نازل آن را ذوب می کند.
2. سر اکسترودر به یک سیستم 3 محور متصل شده است که اجازه حرکت در جهت های X، Y و Z را می دهد. مواد ذوب شده در رشته های نازک بیرون آمده و به صورت لایه به لایه در مکان های از پیش تعیین شده ریخته شده و خنک و سفت می گردند. گاهی اوقات عمل خنک کردن مواد از طریق به کار بردن یک فن متصل به سر اکسترودر انجام می گیرد.
3. برای پر کردن یک ناحیه چندین پاس موردنیاز است. (مثل رنگ کردن یک مستطیل با مدادرنگی) هنگامی که یک لایه به پایان رسید، سطح ساخته شده به پایین حرکت خواهد نمود. (یا در بعضی از ماشین ها با تنظیمات متفاوت، سر اکسترودر به سمت بالا حرکت می کند) و یک لایه جدید ریخته می شود و این روند تا زمانی که شکل کامل گردد تکرار می گردد.

مزایای تکنولوژی FDM

1. 1.  هزینه های پایین تر نسبت به دیگر روش ها
      اکثر شرکت ها به دلیل هزینه پایین و راحتی کار روش FDM را انتخاب می کنند. در مقایسه با روش های دیگر FDM بسیار ارزان است. و همین امر باعث پرکاربرد بودن این روش می گردد، زیرا برای شرکت ها بسیار حائز اهمیت است که بدانند تولید با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی نسبت به روش سنتی بسیار ارزان تر است. پودری که در روش های پرینت SLS و ماده ای که در روش SLA به کار می رود بسیار گران بوده، در مقابل موادی که در روش FDM استفاده می شوند. (فلامینت ها) هزینه ها بسیار پایین تری دارند. به همین دلیل روش FDM برای بسیاری از مشتری ها جذاب تر است.
   2.  محدوده وسیع در مواد
      از آنجا که دامنه فلامینت ها بسیار گسترده است. شرکت ها می توانند مواد را به راحتی و با هزینه کم تغییر دهند. همچنین این قابلیت وجود دارد که به صورت همزمان بسیاری از جنس ها را چاپ نمایند که این امر چاپ پیچیده ترین مدل ها را ممکن می سازد. همچنین چاپ با رنگ های مختلف امکان پذیر است.
   3. امکان دسترسی

بر اساس آخرین آمارها تکنولوژی FDM بسیار بیشتر از سایر تکنیک های چاپ سه بعدی قابل دسترس است. آمارها نشان میدهد که مردم تمایل دارند این تکنیک را به سرعت انتخاب و به آسانی به خروجی برسند. این موضوع باعث می شود تکنولوژی FDM برای شرکت هایی که تجربه چاپ سه بعدی کم یا تجربه کمی در تولید داشته جذاب باشد. همچنین شرکت هایی که قبلا  تکنولوژی FDM را به کاربرده اند مجددا تمایل دارند از آن استفاده نمایند.

پرینتر سه بعدی و تکنولوژی Selective Laser Sintering – SLS

در اين روش از انرژی اشعه لیزر برای اتصال ذرات پودر (sintering) و ایجاد لایه های قطعه استفاده می شود. روش لایه سازی در این تکنولوژی به این صورت است که ابتدا لایه ای از پودر توسط غلتکی ( Roller) بر روی میز ریخته میشود.  پس از اتصال ذرات آن لایه به یکدیگر توسط تابش لیزر، لایه بعدی مواد اولیه بر روی لایه قبل قرار داده می شود و این روند تا کامل شدن نمونه مورد نظر ادامه دارد.

در این روش به دلیل احاطه شدن کامل قطعه با پودر ، بر خلاف تکنولوژی های FDM ، SLA و PolyJet نیازی به ساپورت (تکیه گاه ) وجود ندارد. و قطعه نهایی بدون اتصال مواد اضافی به آن از دستگاه خارج می شود .به واسطۀ همین مزیت عدم وجود ساپورت ، نمونه سازی قطعات بسیارپیچیده به راحتی انجام می شود. همچنین امکان چیدن قطعات داخل هم و روی هم امکان پذیر است.

ضخامت هر لايه 150 ميکرون ، دقت ابعادی نمونه ساخته شده mm 0.1 ، دقت هندسی بسیار خوب بوده و محکم ترین قطعات با این روش ساخته می شوند .جنس قطعات ساخته شده در اين روش پودر پلی آمید (PA) است. که پلیمری با خواص مکانیکی ، مقاومت حرارتی و شیمیایی بالا می باشد. لذا قطعات ساخته شده دارای پایداری ابعادی طولانی بوده و می توان آنها را به عنوان قطعه نهایی مورد استفاده دائمی قرار داد. همچنین می توان از این روش برای تولید محدود قطعات نسبتاٌ کوچک به عنوان راه حلی اقتصادی در مقایسه با روش تزریق پلاستیک استفاده نمود.

تکنولوژی بایندر جت Binder Jetting :

در تکنیک بایندرجت، بر خلاف استفاده از لیزر، مایع شیمیایی همبستی با توجه به مختصات ریاضی مدل سه بعدی روی بستر پودری چاپ رسوب میکند. و باعث همبستگی و سخت شدن متریال پودر (هر زمان یک لایه) میگردد. بدین ترتیب به تدریج کل مدل فیزیکی تکمیل میگردد.

متریالهای مرسوم در فناوری بایندرجت (همبست پرفشار) انواع پودر فلز، پلاستیک، شن و سرامیک در حالت گرانولار هستند. این نوع پرینتر سه بعدی کاربردهای وسیعی همچون نمونه سازی (پروتوتایپ) رنگی از تندیس و قطعات صنعتی ثابت، ساخت قالبهای ریخته گری (شنی) بزرگ صنعتی و ساخت ارزان قطعات فلزی را فراهم کرده است.

فرآیند چاپ به روش بایندرجت

1. ابتدا یک تیغه پوشش دهنده، لایه ای نازکی از متریال پودری را روی بستر چاپ پاشش میکند.
2. سپس، یک کاتریج با نازلهای inkjet (شبیه نازلهای جوهرافشان پرینترهای رومیزی کاغذی) روی بستر پودر شروع به حرکت میکند. حین این حرکت، قطرات چسب (ماده همبست دهنده) به صورت انتخابی (یعنی بر اساس مختصات مدل سه بعدی) روی لایه نازک پودر، نشست میکند. بدین ترتیب، ذرات پودر به یکدیگر پیوند یافته و سخت میگردند. در حالت رنگی، جوهر با رنگهای CMYK و ترکیب آنها، رنگ لازم را روی بستر قرار میدهد. قطر هر قطره همبست دهنده برابر با ۸۰ نانومتر میباشد که رزولوشن چاپ خوبی را فراهم میکند.
3. با تکمیل یک لایه، بستر چاپ در پلتفرم خود کمی پایینتر رفته و تیغه پوشش دهنده دوباره لایه نازک جدیدی را روی لایه تکمیل شده ریخته و فرآیند تکرار میشود.
4. پس از تکمیل فرآیند پرینت، قطعه ساخته شده، توسط متریال پودر بلااستفاده محصور شده است (encapsulated). بنابراین نیاز به حذف پودر از ظرف ساخت و استخراج قطعه از آن میباشد. این کار توسط دستگاه متراکم کننده هوا انجام میشود.

پرینتر سه بعدی و دسته بندی و نام گذاری روش های پرینت سه بعدی

عناوین مختلفی در شرکت ها و مراکز تحقیقاتی مختلف برای روش های پرینت سه بعدی به وجود آمده اند. که هر کدام از آنها نشانگر روش خاصی برای پرینت قطعات هستند. گاهی اوقات این روش ها یکسان هستند ولی در شرکت ها و یا مناطق جغرافیایی مختلف نام های مختلفی به آنها داده شده است. ممکن است اسامی روش پرینت سه بعدی لیزری یا پرینت سه بعدی پودری یا پرینت سه بعدی SLS به گوش شما خورده باشد. درحالی که ممکن است هر سه عنوان به یک روش پرینت سه بعدی اشاره کند.

در سال 2015 توسط جمعی از دانشمندان و صاحب نظران استاندارد ISO/ASTM 52900  شکل گرفت. تا به نام گذاری روش ها و تقسیم بندی روش های پرینت سه بعدی نظم بدهد. این استاندارد کلیه فناوری های پرینت سه بعدی را در 7 دسته تقسیم بندی کرده است. و نامگذاری استانداردی را به زبان انگلیسی برای آن ها انجام داده است.

پرینتر سه بعدی و دسته بندی روش های مختلف پرینت سه بعدی مطابق با استاندارد ISO/ASTM 52900

اکستروژن مواد Material Extrusion :

روش پرینت سه بعدی که در آن مواد به صورت انتخابی (Selective) از سر یک نازل یا اریفیس خارج شده و بر روی هم اضافه می شوند. عموما در این روش ها مواد با استفاده از مکانیزم CNC بر روی یکدیگر نشانده می شود. فناوری به کار رفته در آن، روش ساخت با فیلامنت گداخته است (FFF[1]) که بیشتر با نام FDM[2] (روش مدلسازی ته نشینی گداخته) شناخته می شود. مواد قابل پرینت در این روش، فیلامنت پلیمر های ترموپلاستیک و مواد شبه لاستیک مانند TPU و مواد فلزی به صورت غیر مستقیم (فناوری شرکت Desktop Metal) است.

پلیمریزاسیون مخزنی Vat Polymerization :

روش پرینت سه بعدی است که در آن رزینی که داخل یک مخزن قرار دارد به صورت انتخابی به وسیله پلیمریزاسون نوری سفت می شود. عمدتا این در طول موج فرابنفش قرار دارد. فناوری به کار رفته در آن، لیتوگرافی سه بعدی (SLA[3]) و فرآوری مستقیم نور (DLP[4]) است. مواد قابل پرینت در این روش، رزین های ترموست هستند.

گداخت بستر پودر Powder Bed Fusion :

در این روش پرینت سه بعدی انرژی حرارتی (عمدتا به صورت نور لیزر یا باریکه الکترون) به صورت انتخابی (Selective) بر روی بستر پودر کانونی میشود. تا به ذوب یا جوش ذرات پودر منتهی شود. فناوری به کار رفته در آن، تفجوشی انتخابی با لیزر (SLS[5]). تفجوشی مستقیم فلزات با لیزر (DMLS[6]). ذوب انتخابی با لیزر (SLM[7])، ذوب با باریکه الکترون (EBM[8]) و فناوری FusionJet شرکت HP است. مواد قابل پرینت در این روش، پودر پلیمر های ترموپلاستیک منجمله TPU شبه لاستیک. پودر فلزات، کامپوزیت پودر های فلزات و پلیمر ها سرامیک ها، ماسه ریخته گری هستند.

پاشش مواد Material Jetting :

روش پرینت سه بعدی که در آن قطرات مواد (به صورت رزین نوری یا مذاب ترموپلاستیک) به صورت انتخاب (Selective) بر روی یک سکوی ساخت پاشیده می شود. فناوری به کار رفته در آن، فناوری PolyJet یا MJM[9] و فناوری DDM[10] یا DOD[11] است. مواد قابل پرینت در این روش، رزین های ترموست و ترموپلاستیک مومی شکل هستند.

پاشش چسب Binder Jetting :

روشی از پرینت سه بعدی است که در آن یک عامل چسبناک مایع به صورت انتخابی بر روی قسمت های مشخصی از سطح پودر پاشیده شده و ذرات پودر را به یکدیگر می چسباند. فناوری به کار رفته در آن، روش Binder Jet یا همان پرینت سه بعدی است. مواد قابل پرینت در این روش، پودر سرامیکی به همراه چسب، پودر فلزات به همراه چسب، پودر کچ و باکالیت همراه چسب و ماسه ریخته گری هستند.

انرژی نشانی مستقیم Direct Energy Deposition :

روش پرینت سه بعدی که در آن از انرژی حرارتی کانونی شده برای جوش دادن مواد استفاده می شود. مواد در این روش خود در حال پاشش بر روی سطح است. فناوری به کار رفته در آن، فناوری LENS[12]، فناوری پاشش فلزات مستقیم DMD[13] و فناوری رسوب گذاری فلزات بر مبنای لیزر (LBMD[14]) است. مواد قابل پرینت در این روش، پودر فلزات و فیلامنت های فلزی (الکترود جوش) هستند.

پرینتر سه بعدی

ورقه گذاری Sheet Lamination :

روش پرینت سه بعدی که در آن ورق های از ماده بر روی همدیگر قرار گرفته و به هم میچسبند. و اطراف قطعات بریده می شوند تا قطعه نهایی را شکل دهند. فناوری به کار رفته در آن، فناوری ساخت ورقه ورقه قطعات (LOM[15]) و فناوری ساخت افزایشی فراصوت (UAM[16]) است. مواد قابل پرینت در این روش، ورق فلزات، ورق پلیمر ها، ورق کاغذ هستند.

برای کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما در گروه مهرگان آی تی در ارتباط باشید.