۰

چاپگرهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟

چاپگرهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟

شاید به نظر آینده نگرانه برسند، اما چاپگرهای سه بعدی در همه جا هستند. در این مقاله آنچه را که در مورد نحوه کار چاپگرهای سه بعدی نیاز دارید – و اینکه چرا آنها پتانسیل تغییر جهان را دارند، بیان شده است؛ با کنترل امجی همراه باشید.

تصور کنید که بتوانید از یک چاپگر خانگی برای ایجاد دکوراسیون، سازهای موسیقی یا دوربین های خود استفاده کنید. یا اگر سازندگان می‌توانستند قطعات قابل تنظیم خودرو را چاپ کنند، یا پزشکان دیگر نگران لیست اهداکنندگان نباشند و به سادگی بتوانند اندام‌هایی را که بیمارانشان نیاز دارند چاپ کنند، چه می‌شد؟ این و موارد بسیار دیگری با چاپ سه بعدی امکان پذیر است – و اکنون در حال وقوع است. اما چاپگرهای سه بعدی چگونه کار می کنند و آیا هر کسی می تواند از آنها استفاده کند؟

در حالی که مکانیزم‌ها ممکن است پیچیده باشند، این فناوری مقرون به صرفه‌تر و در دسترس‌تر می‌شود و به طرز شگفت‌آوری سازگار با محیط زیست است. نیل گرشنفلد، مدیر مرکز بیت‌ها و اتم‌های MIT، می‌گوید که در حال حاضر یک «جنبش سازنده» در حال وقوع است. او می‌گوید: «اگر از فردی معمولی بپرسید که آیا می‌خواهد به ابزارهای تولید کنترل‌شده توسط رایانه دسترسی داشته باشد، احتمالاً شانه بالا می‌اندازد». اما اگر بپرسید که آیا می خواهید بتوانید مبلمان سفارشی در خانه خود بسازید و برای فرزندان خود اسباب بازی طراحی کنید؟ این دنیای کاملاً جدیدی از امکانات است.”

بازار چاپ سه بعدی تا سال ۲۰۲۶ به طور جهانی سه برابر شده و به حدود ۴۵ میلیارد دلار خواهد رسید و دولت بایدن از چاپ سه بعدی یا تولید افزودنی به عنوان راهی برای رفع کمبود زنجیره تامین و کمک به خانواده های آمریکایی حمایت می کند. رئیس جمهور بایدن در ماه مه ۲۰۲۲ گفت: «فناوری چاپ سه بعدی باورنکردنی است. این می تواند زمان سرب تحویل قطعات را تا ۹۰ درصد کاهش دهد و هزینه مواد را تا ۹۰ درصد کاهش دهد و مصرف انرژی را به نصف برساند. همه اینها به کاهش هزینه تولید کالا در اینجا در آمریکا کمک می کند.”

دقیقا چگونه؟ در اینجا آنچه را که در مورد چاپ سه بعدی نیاز دارید، بدانید – از اینکه چگونه در حال حاضر با ربات های واقعی استفاده می شود تا اینکه چگونه به آینده بازیافت و زندگی پایدار مرتبط است.

چاپگرهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟

چاپگر سه بعدی چیست؟

یک چاپگر سه بعدی در نهایت، به معنای واقعی کلمه فقط یک چاپگر است. اما به جای چاپ کلمات روی کاغذ، آنها اشیاء سه بعدی را لایه به لایه چاپ می کنند و می توانند آنها را از هر چیزی، از الیاف کربن و پودر گرفته تا پلاستیک و فلز، بسازند. آنها همچنین می توانند مواد مختلفی را در تولید خود ترکیب کنند – برای مثال، اشیاء فلزی که اجزای پلاستیکی دارند، مانند پره های توربین بادی و قطعات موتور – که نیاز به چندین ماشین (و کارگر) برای تولید یک شی را از بین می برد. این در نهایت می تواند هزینه ها را برای شرکت ها کاهش دهد، زمان ساخت محصول را کوتاه کند و ضایعات را از بین ببرد.

چاپگرهای سه بعدی فقط به کف کارخانه محدود نمی شوند. مصرف کنندگان همچنین می توانند در خانه از آنها استفاده کنند. دیوید بورل، استاد مهندسی مکانیک و علم و مهندسی مواد در دانشگاه تگزاس در آستین می گوید: «این هیجان انگیز است زیرا تولید را در اختیار کاربر قرار می دهد. به عنوان مثال، سال‌ها پیش، گرفتن عکس به یک عکاس حرفه‌ای نیاز داشت. با پیشرفت عکاسی، مردم می‌توانستند خودشان عکس بگیرند، که باعث پیشرفت‌های انفجاری در عکاسی شد. کاربر می تواند بدون دخالت شخص دیگری، خلاقیت و نوآوری را پرورش دهد.»

چه زمانی چاپ سه بعدی اختراع شد؟

چاپ سه بعدی به عنوان یک مفهوم از سال ۱۹۴۵ وجود داشته است. در آن زمان بود که نویسنده علمی-تخیلی موری لینستر داستان کوتاه «گذشتن چیزها» را منتشر کرد که در آن ماشینی با بازویی متحرک توصیف شد که می توانست نقشه ها را به اشیاء سه بعدی ساخته شده از پلاستیک ذوب شده تبدیل کند. شرکت تل تایپ، که در دهه ۶۰ چاپگرهای جوهر افشان را اختراع کرد، در سال ۱۹۷۱ با استفاده از موم ذوب شده با چاپگرهای سه بعدی ابتدایی آزمایش کرد، اما تا دهه ۱۹۸۰ بود که اولین چاپگر سه بعدی واقعی ساخته شد.

چارلز هال فیزیکدان در سال ۱۹۸۳ با استفاده از نور ماوراء بنفش برای سفت کردن پوشش روی میز ایده آن را مطرح کرد و در سال ۱۹۸۶ این فناوری را ثبت اختراع کرد. او در آن زمان به این فرآیند “استریولیتوگرافی” می گفت. این فرآیند برای استفاده در آزمایشگاه‌های تحقیق و توسعه و کارخانه‌های تولیدی در نظر گرفته شده بود و از سرخوردگی کلی از زمان‌های تولید کند و نیاز به قطعات کوچک در طراحی‌های جدید ناشی شد.

هال بعداً شرکتی به نام ۳D Systems تأسیس کرد و حق ثبت اختراع خود را برای شامل کردن غیر مایعات گسترش داد. خودروسازان، بیمارستان‌ها و شرکت‌های هوافضا بلافاصله به نوید این اختراع ابراز علاقه کردند. در سال ۲۰۱۴، هال به تالار مشاهیر ملی مخترعان راه یافت.

چاپگرهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟

چند نوع چاپگر سه بعدی وجود دارد؟

قبل از اینکه به سوال “چاپگرهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟” پاسخ دهیم، باید چند نکته را بدانید. برای شروع، چاپگرهای سه بعدی در اندازه ها و اشکال مختلفی وجود دارند، از برخی که روی میز جا می شوند تا مدل های ساختمانی بسیار بزرگتر که برای ساخت دیوارهای چاپی سه بعدی و فونداسیون خانه های کوچک استفاده می شوند.

هفت نوع چاپگر سه بعدی وجود دارد که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند. مدل سازی رسوب مذاب (FDM) به دلیل دقت بالا، هزینه کم و انتخاب مواد زیاد، محبوب ترین است. چاپگرهای FDM می توانند برای ساخت هر چیزی از سوت های ایمنی گرفته تا قاب های هدفون و جا مدادی استفاده شوند و این به طور کلی همان چیزی است که اگر بخواهید برای مصارف خانگی چاپگر سه بعدی تهیه کنید به دست می آورید.

دنیس کورمیر، استاد مهندسی صنایع و سیستم در مؤسسه فناوری روچستر، می‌گوید: «این فرآیند بسیار ساده است. آنها اساساً یک تفنگ چسب حرارتی گران قیمت هستند. درصد زیادی از این دستگاه ها به دلیل کم هزینه بودن و سادگی توسط علاقه مندان استفاده می شود.» برخی از جالب ترین چیزهایی که می توان با این نوع چاپگر ایجاد کرد عبارتند از: اتومبیل های چاپ سه بعدی، وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین و گیتار الکتریکی سه بعدی.

در اینجا خلاصه ای از سایر چاپگرهای سه بعدی موجود است:

استریولیتوگرافی: یک فرآیند چاپ صنعتی که برای ایجاد نمونه اولیه برای محصولات در حال توسعه، مدل های پزشکی و سخت افزار رایانه استفاده می شود، استریولیتوگرافی محصولات را به صورت لایه به لایه ایجاد می کند. این فرآیند سریع است، اما می تواند گران باشد.

پردازش نور دیجیتال: این نوع چاپ سه بعدی از میکروآینه های دیجیتال و یک منبع نور تابش شده استفاده می کند. این در صنایع دندانپزشکی، پزشکی و جواهرات محبوب است.

تعدیل لیزری گزینشی: SLS از لیزر به عنوان منبع قدرت و گرما برای تف جوشی مواد پودری استفاده می کند. این برای نمونه سازی سریع و تولید کم حجم قطعات استفاده می شود.

ذوب لیزری گزینشی: مشابه با تیلتر لیزری گزینشی، ذوب لیزری گزینشی از بستر پودری با منبع گرما برای ایجاد قطعات فلزی استفاده می کند. این در تولید قطعات صنعتی هوافضا، قطعات موتور و تجهیزات مهندسی پزشکی و دندانپزشکی مانند ایمپلنت و پروتز استفاده می شود.

ساخت شیء لایه ای: ساخت شیء لایه ای به عنوان یک روش سریع و ارزان برای چاپ سه بعدی اشیاء با مواد مختلف در نظر گرفته می شود و عمدتا برای نمونه سازی سریع و نه تولید استفاده می شود. از آنجایی که طراحان می توانند با این نوع چاپ سه بعدی به سرعت یک مدل مقیاس ایجاد کنند، اغلب از آن برای ارائه مفاهیم جدید به سرمایه گذاران، مشتریان و کارفرمایان استفاده می کنند.

ذوب پرتو الکترونی: این ممکن است پیچیده ترین نوع چاپ سه بعدی باشد و برای استفاده از فناوری ذوب پرتو الکترونی به یک متخصص ماهر نیاز دارد. این اغلب برای چاپ قطعات برای صنایع خودرو، هوافضا، دفاع و پزشکی استفاده می شود.

چاپگرهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟

قیمت یک چاپگر سه بعدی چقدر است؟

باور کنید یا نه، یک علاقه مند می تواند یک چاپگر سه بعدی را بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ دلار تهیه کند. البته هرچه چاپگرهای سه بعدی پیچیده تر باشند، ارزان نیستند و هر چه این حوزه تخصصی تر و پیچیده تر باشد، هزینه ها نیز بالاتر می رود. یک چاپگر سه بعدی حرفه ای که برای ساخت مبلمان، غذا یا محصولات صنعتی استفاده می شود می تواند بین ۱۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ دلار هزینه داشته باشد، اگرچه برخی از صنایع خودرو، پزشکی و هوافضا – به ویژه آنهایی که از هوش مصنوعی پیشرفته تری استفاده می کنند – بالغ بر ۵۰۰۰۰۰ تا ۱ میلیون دلار هزینه دارند. و این برچسب قیمتی هزینه مواد، عملکرد و نگهداری را در نظر نمی گیرد. طبق گفته All3DP، یک مجله چاپ آنلاین، فقط یک کیلوگرم پودر فلز می تواند تا ۶۰۰ دلار قیمت داشته باشد.

چاپگرهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟

همانطور که قبلا ذکر شد، چاپگرهای سه بعدی از طریق فرآیندی به نام ساخت افزایشی کار می کنند که از طراحی به کمک رایانه یا CAD استفاده می کند. این یک روش فنی برای گفتن این است که یک چاپگر سه بعدی از یک برنامه کامپیوتری برای ساختن یک شیء لایه به لایه استفاده می کند. در حالی که هر چاپگر سه بعدی کمی متفاوت کار می کند، مفهوم اساسی با طراحی شیئی که می خواهید روی رایانه چاپ کنید شروع می شود. نرم افزار مدل سازی بسیار دقیق است و یک مدل سه بعدی از طرح شما ایجاد می کند. راینو در حال حاضر یکی از محبوب ترین برنامه های چاپ سه بعدی در بازار است.

هنگامی که شما ساخته خود را روی یک چاپگر سه بعدی چاپ می کنید، به صورت برش هایی بیرون می آید. هر لایه کوچک به هم می چسبد تا یک شی واحد از پایین به بالا تشکیل دهد. هر لایه نازک همپوشانی می تواند پیچیده باشد و حتی می تواند شامل قطعات متحرک مانند لولا و چرخ باشد. این فرآیند تا زمانی که مدل کامل شود ادامه می یابد.

رایج ترین ماده ای که چاپگرهای سه بعدی از آن اشیاء را می سازند، فیلامنت ترموپلاستیک است که اساساً “جوهر” در این چاپگرها است. این ماده به دلیل انعطاف پذیری و دوام شناخته شده است. سایر مواد مورد استفاده چاپگرهای سه بعدی شامل پلاستیک، پودر، رزین و فلزات می شود. از آنجایی که چاپگر سه بعدی فقط چیزی را که برنامه به آن دستور می دهد ایجاد می کند، برخلاف اینکه آن را از مواد خام عمده بسازد، این نوع تولید می تواند ضایعات را کاهش دهد، پایداری بیشتری را در مشاغل ایجاد کند و تأثیر موجی مثبتی بر محیط زیست داشته باشد.

چاپگرهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟

با چاپگر سه بعدی چه چیزی می توانید بسازید؟

از نظر تئوری، هر چیزی را می توانید با یک چاپگر سه بعدی بسازید، اگرچه کاربردهای اصلی آن در ساخت و نمونه سازی، ساخت و ساز، پزشکی و آموزش است. در حال حاضر، ما توانایی ساخت تلسکوپ، دوربین، قطعات فلزی برای ماشین آلات، اسباب بازی های پلاستیکی، فنجان های سرامیکی، گلدان های سفالی و حتی کیک – بله، کیک هایی که واقعاً می توانید بخورید! – را داریم. علاقه مندان می توانند وسایل غیرصنعتی را در خانه ایجاد کنند و بسیاری از آنها حتی کالاهای خود را به صورت آنلاین به عنوان یک کار جانبی می فروشند. در حال حاضر، محبوب ترین اشیاء چاپ سه بعدی شامل لباس، لوازم جانبی، وسایل صحنه، مجسمه های کوچک و گلدان است.

چاپگرهای سه بعدی همچنین در اوج همه گیری COVID-19، زمانی که کمبود تجهیزات پزشکی وجود داشت، به عنوان ابزاری محوری عمل کردند. بیمارستان‌ها برای تهیه گان، ماسک و دستگاه تنفس مصنوعی برای کارکنان خود و همچنین برای ایجاد قطعات ونتیلاتور به چاپگرهای سه بعدی متکی بودند. حتی یک دانش آموز دبیرستانی در سیاتل با استفاده از چاپگر سه بعدی کارخانه ماسک را از خانه اش راه اندازی کرد.

پیشرفت‌های پزشکی بدون شک از هیجان‌انگیزترین پیشرفت‌ها هستند، زیرا دانشمندان قادرند با چاپ سه بعدی پروتز و ایمپلنت ایجاد کنند. آنها همچنین می توانند قسمت های واقعی بدن مانند گوش را از سلول های بنیادی، کلاژن و پروتئین های ساختاری بدن انسان به نام فیبرین ایجاد کنند. این فرآیند به عنوان چاپ زیستی شناخته می شود، اگرچه بخش زیادی از آن هنوز در مرحله آزمایش است. علاوه بر این، محققان می‌توانند با استفاده از بافتی که از چاپگرهای سه بعدی ساخته شده است، به راحتی و اخلاقی داروها را آزمایش کنند.

آینده چاپ سه بعدی چیست؟

در آینده، طراحان و علاقه مندان ممکن است دیگر این سوال را نپرسند که “چاپگرهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟” زیرا چاپگرهای سه بعدی به احتمال زیاد در زندگی روزمره ما تنیده خواهند شد. امروزه به کودکان در مدارس ابتدایی در مورد چاپ سه بعدی آموزش داده می شود و بسیاری از کتابخانه های محلی در حال حاضر این دستگاه ها را در اختیار دارند، همانطور که فروشگاه هایی مانند UPS و استاپلز این کار را انجام می دهند.

صادقانه بگویم، در صنایع هوافضا، الکترونیک، پزشکی، انرژی و خودرو، که چاپگرهای سه بعدی به ابزارهای حتی حیاتی تری تبدیل خواهند شد، امکانات بی پایان هستند. در حالی که این در مورد خودروها که می توان برای خریداران سفارشی کرد، مفید است، اما در زمینه پزشکی حتی ضروری تر است. در حالی که ما هنوز احتمالاً ۱۰ تا ۱۵ سال با اندام های چاپ سه بعدی مانند کلیه فاصله داریم، این پیشرفت علمی قطعاً در افق است.

و فرصت های موجود در فضا را در نظر بگیرید، جایی که انتظار می رود بازار چاپ سه بعدی دفاعی و هوافضا تا سال ۲۰۲۶ به ۵.۵۸ میلیارد دلار برسد. در آینده، چاپ سه بعدی می تواند اکتشاف فضا و گردشگری فضایی را با اجازه دادن به فضانوردان برای ایجاد اشیایی که نیاز دارند، در فضا متحول کند. آینده ای را تصور کنید که در آن ساختمان ها و غذا در فضا ساخته شوند!

چه زمانی می توانید تقریباً هر چیزی را در خانه چاپ کنید؟ ما به آنجا می رسیم. بورل می گوید: «ما در آستانه عصر تولید هستیم که به عقیده من ممکن است تأثیری همتراز با عصر اطلاعات داشته باشد.»

منبع: rd

برچسب‌ها:

اشتراک گذاری

دنبال کنید نوشته شده توسط:

بامداد نوروزیان

نظرات کاربران

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *