پرینتر سه بعدی چیست و چگونه کار می کند؟

یکی از دغدغه های بسیاری از طراحان ارائه یک نمونه از طراحی کامپیوتری است. در گذشته این کار به صورت دستی انجام می شد که مدت زمان طولانی برای طراحی یک نمونه صرف می شد. علاوه بر مدت زمان طولانی، استفاده از روش های دستی برای ارائه نمونه می تواند هزینه بالایی را در بر داشته باشد. تمامی این مشکلات در چند سال اخیر با طراحی پرینترهای سه بعدی برطرف شده است. این پرینترها توانایی طراحی نمونه با سرعت 10 برابر بیشتر از گذشته را دارا هستند.

بسیاری از قطعات مکانیکی و صنعتی در نرم افزارهای کامپیوتری قابل طراحی می باشند که به فرم CAD معروف هستند. در گذشته برای طراحی قطعات از یک قطعه چوب یا پلاستیک خام استفاده می شد که با استفاده از لیزر حکاکی شده و نمونه ارائه می شد. اما امروزه با استفاده از تکنولوژی نمونه سازی سریع، تنها با ارائه مدل سه بعدی می توان نمونه مدنظر را در سایز مورد نظر طراحی کرد. علاوه بر هزینه، مدت زمان طراحی با استفاده از پرینترهای سه بعدی از چند هفته به چند ساعت کاهش یافته است.

در این مقاله در مورد چگونگی عملکرد پرینترهای سه بعدی و انواع مدل های آن صحبت می شود.

در همین خصوص بخوانید: آموزش سالیدورک

پرینتر سه بعدی چگونه کار می کند؟

طراحی نمونه ها با استفاده از پرینتر سه بعدی بسیار ساده است. نحوه عملکرد پرینترهای سه بعدی همانند پرینترهای معمولی است. این پرینترها نیز از یک جوهر برای ارائه نمونه نهایی استفاده می کنند. این جوهر که از جنس پلاستیک ذوب شده است توانایی طراحی هر نوع مدل دو بعدی و سه بعدی را دارد. طراحی نمونه در این پرینترها با استفاده از قرار دادن لایه های مختلف پلاستیک ذوب شده بر روی هم متناسب با مدل CAD می باشد. پرینترهای سه بعدی از روشی به نام مدلسازی ذوب شده انباشتی استفاده می شود.

پرینتر سه بعدی با استفاده از یک نازل بسیار کوچک مایع ذوب شده پلاستیک را بر روی نمونه قرار می دهد. نحوه کار پرینترهای سه بعدی به اینصورت است که پس از قرار دادن هر لایه از پلاستیک مدتی را صبر کرده تا لایه مورد نظر خشک شود و سپس لایه بعدی را قرار می دهد. طراحی با استفاده از پرینتر سه بعدی می تواند بسیار دقیق باشد که این موضوع معمولا براساس تنظیماتی تعیین می شود که طبیعتا زمان بیشتری را می گیرد.

نوع پلاستیک مورد استفاده در داخل پرینترهای سه بعدی معمولا از جنس ترموپلاستیک هایی هستند که در اسباب بازی ها و بسیاری از وسایل پلاستیکی خودرو و کامپیوتر مورد استفاده قرار می گیرند. این پلاستیک ها در دمای 100 درجه سانتی گراد ذوب شده و نیازی به گرمای زیاد برای ذوب شدن ندارد. از جمله مزایای ترموپلاستیک ها این است که این جنس از پلاستیک معمولا در مقابل آفتاب به راحتی ذوب نمی شود. این مدل از پلاستیک ها را می توان در رنگ های مختلف در پرینتر سه بعدی استفاده کرد.

انواع کاربرد های پرینتر سه بعدی

همانطور که گفته شد پرینترهای سه بعدی زمان و هزینه طراحی نمونه را پایین می آورند. پرینترهای سه بعدی یکی از تکنولوژی های بسیار پر کاربرد در دنیای امروز هستند که هر روزه توجه ها به آن بیشتر می شود. صنایع داروسازی و پزشکی، هوافضا و دفاعی و وسایل شخصی از جمله اصلی ترین کاربردهای این دستگاه ها می باشند.

صنعت پزشکی:

صنعت پزشکی یکی از صنایع پر کاربرد در زمینه استفاده از پرینتر سه بعدی است. پرینتر سه بعدی یک انقلابی را در طراحی قسمت های مختلف بدن انسان ایجاد کرد. تا این لحظه محققان توانسته اند گوش، بازو دست، ران پا و ماهیچه های مختلفی را با استفاده از پرینتر سه بعدی طراحی کنند. همچنین بسیاری از دانشگاه ها توانسته اند پوست، سلول و بافت مصنوعی را به شکل قابل قبولی طراحی کنند.

اگرچه طراحی ها زیادی برای بافت قلب و کبد تا به اینجا انجام شده است اما راه زیادی برای تکمیل این طراحی ها وجود دارد. موسسه ای در شمال کارولینا توانسته است ریه، قلب و رگ های خونی بدن انسان را با استفاده از این تکنولوژی طراحی کند و خون مصنوعی را در این مکانیزم در جریان بیاندازند. در موسسات مختلفی از پرینتر سه بعدی برای جایگزینی بافت های مختلف بدن از جمله مغز انسان نیز استفاده شده است.

صنعت هوافضا و صنایع دفاعی:

طراحی و ساخت یک هواپیمای واقعی بسیار پر هزینه و زمان بر است. در یک هواپیمای تجاری چیزی در حدود 2.3 میلیون قطعه استفاده می شود. استفاده از نمونه کوچک شده در این صنعت می تواند بسیار کاربردی باشد. پرینترهای سه بعدی می توانند با طراحی یک نمونه کوچک از این مدل هواپیماها و آزمایش در تونل های باد، به میزان بالایی در هزینه و زمان صرفه جویی کنند.

طراحی و تست این مدل از وسایل می تواند ریسک و خطر پذیری آن ها را نیز کاهش دهد. برای مثال با استفاه از نرم افزار کتیا می توانی مدل های سه بعدی مورد نیاز را طراحی کرده و به پرینتر یه بعدی معرفی نمود.

در زمینه طراحی فضاپیماها این موضوع بسیار حساس تر است. در بسیاری از تست های فضایی تعداد بسیار محدودی از یک مدل فضاپیما ساخته می شود که در صورت بروز مشکل می تواند فاجعه ای را به ارمغان بیاورد. در این صنعت نیز می توان از تکنولوژی پرینتر سه بعدی استفاده کرد و مدل کوچکتر تجهیز دفاعی یا فضاپیما را طراحی و تست کنید. ناسا از جمله شرکت هایی است که به صورت گسترده از این تکنولوژی بهره برده و هزینه های طراحی خود را پایین آورده است.

کاربرد پرینتر سه بعدی در زمینه وسایل شخصی:

امروزه می توان هر وسیله شخصی را با استفاده از پرینتر سه بعدی طراحی کرد. برای اینکار تنها کافیست مواد مورد نیاز برای طراحی وسیله را در پرینتر قرار دهید. انواع شکلات در شکل های مختلف و انواع لوازم مد و جواهرات امروزه در سایز دقیق و متناسب با سلیقه هر شخص طراحی می شود. در آینده ای نزدیک می توان پیش بینی کرد که تمامی لوازم شخصی افراد توسط پرینترهای سه بعدی ارائه شود.

وعده های غذایی از جمله آخرین مواردی است که می توان با استفاده از پرینتر سه بعدی آن ها را طراحی کرد. بسیاری از محققان توانسته اند خوراکی های قابل مصرفی را با استفاده از پرینترهای سه بعدی ارائه دهند که امری بسیار جالب و البته عجیب می تواند باشد!

مزایا و معایب پرینتر سه بعدی

طراحان پرینتر سه بعدی توانسته اند طراحی وسایل و تجهیزات مختلف را تا 10 برابر سریعتر و تا 5 برابر ارزان تر کنند. این موضوع یک مزیت بزرگ برای تکنولوژی پرینتر سه بعدی است. اگرچه هزینه تمام شده خرید پرینتر سه بعدی همچنان بالا است (بین 25 هزار تا 50 هزار دلار). البته این میزان هزینه نسبت به ماشین های برش لیزر بسیار ارزان تر است. از جمله مزیت های دیگر پرینترهای سه بعدی کوچک بودن آن، راحتی در استفاده و قابلیت اطمینان بالای آن ها است.

البته علاوه مزایای ارائه شده، معایبی نیز در زمینه طراحی پرینترهای سه بعدی وجود دارد. پرینترهای سه بعدی معمولا دارای محدودیت در مواد هستند و تنها یک یا دو ماده را می توانند مدیریت کنند. همچنین در زمینه تشخیص رنگ و تنوع آن نیز مشکلاتی وجود دارد که محدودیت هایی را برای کاربر ایجاد می کند. علاوه بر این موارد، طراحی اولیه پرینتر سه بعدی معمولا دارای جزییات زیادی نیست.