نگاه نزدیک به انواع پرینتر سه بعدی؛ ابزاری انقلابی برای تولید قطعات دلخواه
در سال‌های اخیر، انواع پرینتر سه بعدی به یکی از محبوب‌ترین و پیشرفته‌ترین فناوری‌ها برای ساخت اشیاء فیزیکی تبدیل شده‌اند. این دستگاه‌ها با استفاده از مدلسازی رایانه‌ای، اشیاء سهبعدی را با دقت و جزئیات بالا تولید میکنند.
هر یک از انواع پرینتر سه بعدی از فناوریهای مختلفی استفاده میکنند که برای نیازها و کاربردهای متفاوتی مناسب هستند و برای خرید پرینتر سه بعدی باید به آن توجه داشت. به همین دلیل در این مطلب، به بررسی انواع پرینتر سه بعدی و فناوری‌هایی می‌پردازیم که در آنها استفاده می‌شود تا برای خرید پرینتر سه بعدی بهتر تصمیم بگیرید.
کاربرد انواع پرینتر سه بعدی
لیست انواع پرینتر سه بعدی
پرینتر سهبعدی FDM
پرینتر سهبعدی SLA
پرینتر سهبعدی SLS
پرینتر سه بعدی DLP
پرینتر سهبعدی MJF
پرینتر EBM
پرینتر سهبعدی DMLS/SLM
پرینتر بیولوژیکی
جمع‌بندی
کاربرد انواع پرینتر سه بعدی
به دلیل تنوع فناوری‌ها و مواد مصرفی، پرینترهای سه بعدی در صنایع مختلف کاربردهای گسترده‌ای دارند و برای نمونه‌سازی به عنوان ابزاری اصلی برای ساخت مدلهای اولیه استفاده می‌شوند تا به طراحان و مهندسان امکان دهند که ایده‌های خود را به سرعت و با هزینه‌ی کم به صورت فیزیکی ببینند و آزمایش کنند. دقت و سرعت این فناوری‌ها به خصوص در توسعه‌ی محصولات جدید امکان اصلاح و بهبود طراحی‌ها پیش از تولید نهایی را فراهم میکند.
پرینت سه بعدی در صنعت پزشکی، پرینترهای سهبعدی به ویژه در زمینه‌های بیوپرینتینگ و تولید ایمپلنت‌های سفارشی نقش حیاتی دارد. همچنین در ساخت ایمپلنت‌ها و قطعات فلزی در جراحی‌های ارتوپدی و دندانپزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فناوری‌ها به دلیل دقت بالا و امکان سفارشی‌سازی قطعات برای هر بیمار، به طور چشمگیری در بهبود نتایج درمانی موثر هستند.
در صنایع خودروسازی و هوافضا هم پرینترهای سهبعدی کاربرد گسترده‌ای برای تولید قطعات سبک، مقاوم و پیچیده‌ی مورد استفاده دارند. این فناوری با توجه به امکان تولید قطعات با ساختارهای توخالی و پیچیده، می‌تواند وزن خودروها و هواپیماها را کاهش و عملکرد آنها را بهبود ببخشد.
فناوری چاپ سهبعدی لایه‌ای
Credit: Bridge Water Studio
پرینترهای سه بعدی همچنین در تولید قطعات یدکی و تعمیرات سریع نقش مهمی دارند و به طور کلی، می‌توان گفت که پرینترهای سه بعدی با تحول فرآیند طراحی و تولید، نقش کلیدی در نوآوری و پیشرفت صنایع مختلف ایفا میکنند.
در دنیای هنر هم پرینت سه بعدی تحولات زیادی ایجاد کرده است و هنرمندان می‌توانند با آن آثار هنری پیچیده و خلاقانه‌ای خلق کنند که با روش‌های سنتی آسان نبودند. با پرینترهای سهبعدی، هنرمندان می‌توانند مجسمه‌ها، جواهرات، و حتی نقاشی‌های برجسته‌ای تولید کنند که جزئیات زیاد و ساختارهای نوآورانه دارند.
همچنین در بازآفرینی و نگهداری آثار هنری تاریخی کاربرد دارد و موزه‌ها و مراکز فرهنگی از این فناوری برای بازسازی آثار باستانی، ترمیم قطعات آسیب‌دیده و ایجاد نسخه‌های دقیق از آثار هنری معروف استفاده میکنند. ضمن اینکه می‌توان از پرینت سه بعدی در هنرهای مفهومی و تجربی استفاده کرد تا آثار هنری تعاملی و چندبعدی خلق و مخاطبان به تجربه‌ی جدیدی از هنر فراخوانده شوند.
لیست انواع پرینتر سه بعدی
فناوری «ساخت رسوب‌گذاری گداختی» (Fused Deposition Modeling) یا پرینتر سهبعدی FDM
پرینترهای FDM یکی از محبوب‌ترین و رایج‌ترین انواع پرینتر سهبعدی هستند که به ویژه در محیط‌های خانگی، آموزشی و پروتوتایپ‌سازی کاربرد دارند. این فناوری با استفاده از فیلامنت‌های پلاستیکی مانند PLA و ABS که به شکل رشته‌های نازک درون دستگاه قرار می‌گیرند، کار میکند. در فرآیند چاپ سه بعدی با این فناوری، فیلامنت از طریق یک نازل داغ ذوب می‌شود و به صورت لایهبهلایه روی سطح چاپ جای می‌گیرد. این لایه‌ها به تدریج روی هم قرار می‌گیرند تا شکل نهایی مدل سهبعدی ساخته شود. یکی از مزایای اصلی این نوع پرینتر، هزینه‌ی پایین و سادگی استفاده است که آن را به گزینه‌ای مناسب برای مبتدیان و کسانی که به دنبال چاپ سهبعدی مقرون‌به‌صرفه هستند، تبدیل کرده است.
پرینتر سهبعدی FDL
Credit: Yelco
پرینترهای FDM با توجه به تنوع بالای مواد مصرفی و سازگاری با انواع مختلف فیلامنت، انعطاف‌پذیری زیادی در چاپ اشیاء مختلف دارند. همچنین، این فناوری به کاربران امکان می‌دهند تا با تنظیمات مختلف دما و سرعت، کیفیت چاپ را بهبود ببخشند. با این حال، یکی از معایب پرینترهای FDM این است که ممکن است سطح نهایی مدل‌ها کمی زبر و دارای خطوط لایه‌ها باشد، که البته می‌توان این مسئله را با فرآیندهای پس از چاپ مانند سنباده‌زنی یا استفاده از حلال‌های شیمیایی کاهش داد. به طور کلی، می‌توان گفت که پرینترهای FDM با قیمت مناسب، سادگی در استفاده و تنظیمات متنوع، یکی از بهترین گزینه‌ها برای بسیاری از کاربران به شمار می‌روند.
فناوری «نورسخت‌نگاری» (Stereolithography) یا پرینتر سهبعدی SLA
فناوری SLA از قدیمی‌ترین و دقیق‌ترین روش‌های چاپ سه بعدی به شمار می‌رود که به ویژه در صنایع پزشکی، دندانپزشکی و تولید نمونه‌های اولیه (پروتوتایپ) کاربرد فراوانی دارد. در این فناوری، از یک لیزر فرابنفش (UV) برای سخت کردن رزین مایع استفاده می‌شود. فرآیند چاپ به این صورت است که لیزر با تابش بر سطح رزین، آن را لایهبهلایه سفت میکند. با تکرار این فرآیند، به تدریج مدل سهبعدی از مخزن رزین بیرون می‌آید. یکی از مزایای برجسته‌ی این فناوری، دقت بالا و سطح صاف نهایی مدل‌هاست که آن را برای ساخت قطعاتی با جزئیات پیچیده و ظریف بسیار مناسب میکند.
پرینتر سهبعدی SLA
Credit: 3DNatives
با این حال، پرینترهای SLA معمولا قیمت بالاتری نسبت به دیگر انواع پرینترهای سه بعدی دارند و مواد مصرفی آنها هم گران‌تر است. علاوه بر این، فرایند چاپ SLA نسبت به برخی فناوریهای دیگر زمان بیشتری می‌برد. هرچند برای کاربردهایی که نیاز به دقت و جزئیات زیاد دارند، SLA یکی از بهترین روشها به شمار می‌آید و سطح نهایی صاف را شکل می‌دهد.
فناوری «پخت لیزری انتخابی» (Selective Laser Sintering) یا پرینتر سهبعدی SLS
پرینترهای SLS یکی از پیشرفته‌ترین انواع مدل های پرینتر سه بعدی هستند که به ویژه در صنایعی که به قطعات مقاوم و با دوام نیاز دارند، مانند خودروسازی، هوافضا و دیگر رشته‌های مهندسی، کاربرد دارند. در این فناوری، از یک لیزر قدرتمند برای ذوب و اتصال ذرات پودر مواد مانند نایلون، پلیمرها و حتی فلزات استفاده می‌شود. فرآیند چاپ SLS به این صورت است که پودر به طور یکنواخت روی سطح چاپ پخش می‌شود و سپس لیزر به دقت نقاط مورد نظر را ذوب میکند. پس از تکمیل یک لایه، لایه‌ی جدیدی از پودر اضافه می‌شود و این فرآیند تا تکمیل مدل سهبعدی ادامه پیدا میکند. یکی از بزرگ‌ترین مزایای این فناوری، امکان تولید قطعاتی با استحکام بالا و بدون نیاز به سازه‌های موسوم به ساپورت (پشتیبان) است که در فناوری FDM بسیار کاربرد دارند.
پرینتر سهبعدی SLS
Credit: Dassault Systemes
پرینترهای SLS همچنین به دلیل توانایی تولید قطعات پیچیده و توخالی، گزینه‌ای ایدئال برای ساخت محصولات نهایی و قطعات مکانیکی به شمار می‌روند. در عین حال، این نوع پرینترها و مواد مصرفی آنها، معمولا هزینه‌ی بالاتری نسبت به دیگر روش‌های تولید دارند و فرآیند چاپ هم نسبتا پیچیده است، که نیاز به تخصص و دانش فنی دارد. علاوه بر این، قطعات تولید شده توسط SLS به دلیل فرآیند ذوب پودر، ممکن است سطحی خشن و مات داشته باشند که در صورت نیاز به سطح صاف‌تر، به فرآیندهای پس از چاپ نیاز خواهد داشت. به طور کلی، پرینترهای SLS با توجه به دقت، استحکام و تنوع مواد مصرفی، یکی از بهترین گزینه‌ها برای تولید قطعات صنعتی پیچیده و مقاوم محسوب می‌شوند.
فناوری «پردازش نور دیجیتال» (Digital Light Processing) یا پرینتر سه بعدی DLP
فناوری DLP یکی از روش‌های پیشرفته‌ی چاپ سه بعدی به شمار می‌رود که با توجه به سرعت بالا و دقت مطلوب در تولید قطعات، به ویژه در صنایع پزشکی و جواهرسازی کاربرد زیادی دارد. این فناوری مشابه SLA است، با این تفاوت که به جای استفاده از لیزر، از یک پروژکتور نوری دیجیتال برای سخت کردن رزین مایع استفاده میکند. در فرآیند DLP، تصویر لایه‌به‌لایه‌ی مدل سهبعدی، توسط پروژکتور بر سطح رزین تابانده می‌شود و رزین تحت تابش نور سفت می‌شود. این روش به دلیل استفاده از پروژکتور برای هر لایه، قادر است تا مدلهای سهبعدی را به طور همزمان با سرعت بالا چاپ کند و زمان تولید را کاهش دهد.
پرینتر سهبعدی DLP
Credit: BeyondBynd
پرینترهای DLP همچنین با دقت بالای تصاویر دیجیتال و توانایی تولید مدل‌هایی با جزییات دقیق و سطح صاف، برای قطعات با کیفیت بالا بسیار مناسب هستند. با این حال، این فناوری هم مانند SLA، هزینه‌ی بالایی دارد و مواد مصرفی آن، یعنی رزین‌های مخصوص گران هستند. علاوه بر این برای چاپ با کیفیت بالا، نیاز به تنظیمات دقیق و تخصصی است. با این وجود در مجموع می‌توان گفت که فناوری چاپ سه بعدی DLP به دلیل سرعت و دقت بالا، از گزینه‌های مهم در تولید مدلهای سهبعدی دارای جزئیات است.
فناوری «گداخت جت چندگانه» (Multi Jet Fusion) یا پرینتر سهبعدی MJF
فناوری MJF را باید از روش‌های پیشرفته و نوآورانه در میان انواع دستگاه های پرینتر سه بعدی دانست که توسط شرکت HP توسعه داده شده و به دلیل سرعت بالا و کیفیت ساخت بسیار خوب، به ویژه در صنایع تولیدی و طراحی صنعتی کاربرد گسترده‌ای دارد. در این فناوری، لایه‌های پودر به طور یکنواخت روی سطح چاپ اضافه می‌شوند و سپس مواد فعال‌کننده به وسیله جت‌های خاصی روی پودر اسپری می‌شوند. پس از آن، انرژی گرمایی به این ناحیه اعمال می‌شود تا پودر، ذوب شده و به هم بچسبد و بدین ترتیب مدل سهبعدی شکل بگیرد. این روش به دلیل امکان تولید قطعات با دقت بالا و سرعت بسیار سریع، به ویژه برای تولید انبوه و نمونه‌های صنعتی، بسیار مناسب و کاربردی است.
پرینتر سهبعدی MJF
Credit: Additive Manufacturing
این پرینترها با قابلیت تولید قطعات با خواص مکانیکی و شیمیایی بالا، گزینه‌ای عالی برای کاربردهای صنعتی و تولید نهایی قطعات به شمار می‌روند. این فناوری می‌تواند قطعاتی با مقاومت و استحکام بالا تولید کند که در برابر فشار و تنش‌های مکانیکی مقاوم هستند. با این حال، چون در حال حاضر هزینه‌های تجهیزات و مواد مصرفی MJF نسبتا زیاد است، می‌تواند محدودیتی برای استفاده‌ی گسترده از این فناوری در برخی از صنایع ایجاد کند. به طور کلی، فناوری MJF به دلیل سرعت، دقت و کیفیت بالای تولید، یکی از پیشرفته‌ترین گزینه‌ها در چاپ سهبعدی صنعتی به شمار می‌آید.
فناوری «گداخت پرتو الکترونی» (Electron Beam Melting) یا پرینتر EBM
EBM یکی از روش‌های پیشرفته‌ی چاپ سهبعدی فلزی است که برای تولید قطعات با کیفیت بالا و خواص مکانیکی عالی به کار می‌رود. این فناوری مشابه روش‌های SLM و DMLS است، اما به جای استفاده از لیزر برای ذوب فلز، در آن از یک پرتو الکترونی قدرتمند استفاده می‌شود که می‌تواند ذرات پودر فلزی را به سرعت ذوب و به یکدیگر متصل کند.
پرینت سهبعدی EBM
Credit: IndiaMart
در انواع دستگاه پرینت سه بعدی EBM، پودر فلزی به صورت لایهبهلایه روی سطح چاپ پخش می‌شود و پرتو الکترونی به صورت انتخابی نواحی مورد نظر را ذوب میکند. سپس، لایه‌های جدیدی از پودر اضافه می‌شوند و این فرآیند تا تکمیل ساخت قطعه ادامه می‌یابد. یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد این روش انجام آن در یک محفظه‌ی خلاء است که باعث می‌شود قطعات تولید شده بسیار خالص و عاری از هر گونه ناخالصی باشند. این ویژگی‌ها، EBM را برای تولید قطعاتی که نیاز به خواص مکانیکی بسیار دقیق و عالی دارند، مانند قطعات صنایع هوافضا و پزشکی، بسیار مناسب می‌سازد.
یکی دیگر از مزایای EBM نسبت به فناوریهای مشابه، ذوب سریع و کامل قطعات است که منجر به ایجاد ساختارهای متراکم و مقاوم می‌شود. با این حال، هزینه‌های بالای تجهیزات EBM و نیاز به محیط خلاء از جمله چالش‌های پیش روی این فناوری هستند.
فناوری «تَف‌جوشی لیزری مستقیم فلز/گداخت لیزری انتخابی» (Direct Metal Laser Sintering/Selective Laser Melting) یا پرینتر سهبعدی DMLS/SLM
فناوریهای DMLS/SLM از روش‌های پیشرفته در چاپ سهبعدی فلزات محسوب می‌شوند که به دلیل دقت بالا و قابلیت تولید قطعات مقاوم و پیچیده، در صنایع خودروسازی، هوافضا و پزشکی کاربرد فراوانی دارند. در هر دو این فناوری‌ها، از لیزر برای ذوب و اتصال ذرات پودر فلزی استفاده می‌شود اما تفاوت‌هایی در فرآیند و نوع مواد مورد استفاده در آنها وجود دارد.
در فناوری DMLS، لیزر با حرارت بالا ذرات فلز را به طور انتخابی ذوب میکند و آنها را به یکدیگر متصل می‌سازد. این روش به طور کلی برای مواد فلزی که ذوب شدن کامل آنها نیاز نیست، مانند آلیاژهای تیتانیوم و استنلس استیل، استفاده می‌شود. به همین دلیل، قطعات تولید شده با DMLS می‌توانند خواص مکانیکی و شیمیایی بسیار خوبی داشته باشند و به طور گسترده در ساخت قطعاتی با استحکام بالا و تحمل دما و فشار استفاده می‌شود.
پرینت سهبعدی DMLS
Credit: ProtoLabs
در فناوری SLM، فرآیندی مشابه DMLS دنبال می‌شود اما فناوری لیزر ذرات فلز را به طور کامل ذوب کرده و یک قطعه‌ی جامد و یکپارچه می‌سازد. این فرآیند معمولا برای فلزات با نقطه ذوب بالا و نیاز به خواص مکانیکی ویژه، مانند آلیاژهای نیکل و کبالت، استفاده می‌شوند. فناوری SLM به دلیل توانایی تولید قطعات با دقت و کیفیت بسیار بالا، در صنایعی که نیاز به اجزایی با عملکرد و مقاومت ویژه دارند، مانند توربین‌های گاز و قطعات پزشکی، اهمیت بسیاری دارد.
به طور کلی، هر دو فناوری DMLS و SLM با توجه به توانایی تولید قطعات پیچیده و مقاوم، گزینه‌های بسیار مناسبی برای کاربردهای صنعتی و تکنیکی به شمار می‌روند. با این حال، هزینه‌های بالای تجهیزات و مواد مصرفی می‌تواند محدودیتی برای استفاده از این فناوری‌ها در برخی از کاربردها ایجاد کند.
فناوری «زیستی» (Bioprinting) یا پرینتر بیولوژیکی
بایوپرینت یا چاپ زیستی یک فناوری نوآورانه و پیشرفته در زمینه‌ی چاپ سهبعدی است که برای تولید بافت‌های زنده، اندام‌ها و حتی اجزای بدن انسان با استفاده از سلول‌ها و مواد زیستی توسعه یافته است. این فناوری با کمک پرینترهای سهبعدی ویژه و مواد زیستی به نام «زیست-جوهر» (Bio-ink)، سلول‌ها و ماتریس‌های زیستی را به صورت لایهبهلایه و سهبعدی سازماندهی میکند تا بافت‌های پیچیده‌ای مانند پوست، عروق خونی، غضروف و در نهایت اندام‌های کامل ساخته شوند.
در فرآیند بیوپرینتینگ ابتدا یک مدل سهبعدی دیجیتال از بافت یا اندام مورد نظر ایجاد و سپس این مدل به بخش‌های لایهبهلایه تقسیم می‌شود که هر یک شامل سلول‌ها و مواد زیستی است. پرینتر این لایه‌ها را با دقت بالا روی هم قرار می‌دهد و در نهایت، یک ساختار زیستی شکل می‌گیرد.
فناوری زیست‌چاپ یا بیوپرینت
Credit: All3DP
از بزرگ‌ترین مزایای بیوپرینتینگ تولید بافت‌ها و اندام‌هایی است که به طور دقیق با نیازهای پزشکی فرد مطابقت دارند. این فناوری بسیار نوین است و با توجه به اینکه می‌تواند نیاز به پیوند اعضا را کاهش دهد و بافت‌های جایگزینی تولید کند که بدن بیمار آنها را پس نمی‌زند، پتانسیل ایجاد انقلابی در زمینه‌ی پزشکی بازساختی دارد.
با این حال، بیوپرینتینگ هنوز در مراحل اولیه‌ی توسعه قرار دارد و با چالش‌هایی مانند پیچیدگی در ایجاد ساختارهای کاملا عملکردی و طول عمر محدود برخی از بافت‌های چاپ شده مواجه است. در عین حال، پتانسیل بالایی دارد و در آینده می‌تواند راهکارهای تازه و پیشرفته‌ای برای درمان بیماری‌ها و آسیب‌های پیچیده ارائه دهد.
جمع‌بندی
در این مطلب به بررسی انواع پرینتر های سه بعدی با توجه به فناوری و مواد مصرفی پرداختیم. باید توجه داشت که پرینترهای سهبعدی انواع متفاوت با کاربری خاص خود را دارند، انتخاب نوع پرینتر سه بعدی مناسب بستگی به نیازها و اهداف شما دارد.
ضمن اینکه باید در نظر داشت که با پیشرفت فناوری، کاربردهای پرینتر سه بعدی هم هر روز بیشتر می‌شود و آشنایی زودتر با این فناوری، می‌تواند سازگاری فناوری بیشتری برای کاربر به همراه داشته باشد. بنابراین ضمن در نظر داشتن موارد کلی به عنوان راهنمای خرید پرینتر، باید این موارد اختصاصی را نیز به عنوان توصیه‌های قبل از خرید پرینتر سه بعدی و در نهایت کسب درآمد از پرینتر سهبعدی نظر داشته باشید.
منابع: Yelco, NY Times, FutureLearn
