پرینت سه بعدی ساختارهای مشبک   Lattice Structures

ساختارهای مشبک ابزار قدرتمندی در پرینت سه بعدی هستند. سازه های مشبک با طراحی خوب می توانند قطعه را سبک تر، مستحکم تر کنند و باعث ضربه گیر شدن می شوند و امکان شخصی سازی بهتر برای استفاده نهایی قطعه پرینت سه بعدی را فراهم می کنند. درک نحوه استفاده و ایجاد این ساختارها بخش مهمی از مهندسی محصول و طراحی صنعتی در پرینت سه بعدی نمونه اولیه و تولید قطعه است. ممکن است با infill آشنا باشید. infill کاربرد خاص ساختارهای مشبک است.

ساختارهای مشبک دارای خواص منحصر به فردی هستند و هنگام طراحی یک قطعه یا محصول می توانند مفید باشند. که استفاده از تکنیک های معمولی و قدیمی به جای آن ها می تواند تقریبا غیر ممکن باشد. شما می توانید ساختارهای مشبک را با هر پرینتر سه بعدی و تقریبا هر متریالی پرینت کنید.

فواید استفاده از ساختارهای مشبک

استفاده از ساختارهای مشبک می تواند با حذف مواد مصرفی در مناطق غیر بحرانی مقدار مواد مورد استفاده برای پرینت سه بعدی قطعه را کاهش دهد. اگر از پرینتر های سه بعدی پودری یا رزینی استفاده می کنید، ساختارهای مشبک با کاهش مواد مصرفی هزینه ها را تا حد زیادی کاهش می دهند.

کاهش استفاده از مواد مزیت دیگری نیز دارد؛ کاهش وزن. وزن محصول نهایی شما در بسیاری موارد محدود و مهم است. مخصوصا در قطعات خودرو که باعث کاهش مصرف سوخت می شود.

ساختارهای مشبک خواصی بسیاری دارند که برای جذب انرژی مفید است. با تغییر چگالی و حتی نوع سلول در قسمت های مختلف، می توان طرحی برای جذب انرژی به صورت موثر در جهات مختلف ایجاد کرد. انواع پیچیده ساختارهای مشبک توانایی نشر و تغییر مسیر انرژی در چندین جهت برای جذب نیروهای ضربه ای را دارند. درحالی که همگی همان ویژگی های رزین های مدرن تولید افزودنی را دارا می باشند.

مساحت سطح یک ساختار مشبک چندین برابر یک قطعه صلب با همان اندازه است. این مزیت می تواند برای کاربردهای تبادل گرما یا کاتالیزهای شیمایی بسیار مفید باشد که می توانند با تکیه بر مساحت سطح زیاد به عملکرد خود دست یابند.

علاوه بر تمام این مزایا، زیبایی ظاهری ساختارهای مشبک یکی دیگر از مزیت های منحصر به فرد آن است که بسیاری از طراحان تنها به این دلیل، ساختارهای مشبک را برای محصولات مصرفی خود انتخاب می کنند.

کاربرد ساختارهای مشبک

امروزه بسیاری از صنایع از ویژگی ساختارهای مشبک بهره می برند. در سال های اخیر محصولات، برنامه ها و ایده های جدیدی که از ویژگی ساختارهای مشبک استفاده می کنند افزایش یافته. در ادامه به برخی از آن ها اشاره می کنیم.

ساختارهای مشبک در طراحی ایمپلنت های ستون فقرات کاربرد دارند. با استفاده از این ویژگی سفتی ایمپلنت کاهش پیدا کرده و اجازه می‌دهد نیروها بیشتر به خود ستون فقرات منتقل شوند و در نتیجه آتروفی (atrophy, تحلیل رفتن و ضعیف شدن ) استخوان در اطراف ایمپلنت تیتانیوم کاهش می‌یابد.

 از دیگر موارد استفاده ساختارهای مشبک می توان به ساخت کلاه ایمنی دوچرخه و فوتبال ریدل اشاره کرد. ویژگی ساختارهای مشبک نه تنها آن ها را سبک تر کرده است بلکه باعث ضربه گیر تر و مقاوم تر شدن ان ها نیز شده اند و تا حد امکان از کاربر محافظت می کنند.

پرینت سه بعدی مس

مس یکی از جدید ترین و امیدوار کننده ترین حوزه های پرینت سه بعدی فلز برای همه چیز از موتورهای الکتریکی گرفته تا سینک های حرارتی است. پیش از این پرینت سه بعدی مس به دلیل بازتاب پذیری و رسانایی حرارتی بالا، چالش برانگیز بوده. اما پیشرفت های پرینترها و متریال سه بعدی تا حد زیادی با این چالش ها رو به رو شده است. امروزه پیشرانه های مسی پرینت سه بعدی راکت ها را به فضا می فرستند، سینک های حرارتی را خنک نگاه میدارند و کویل های مسی را برای عملکر بهتر موتور الکتریکی پرینت سه بعدی می کنند.

مس به دلیل توانایی بالا در انتقال گرما و الکتریسته، مقاومت در برابر خوردگی و حتی کشتن باکتری ها و ویروس ها، همیشه یک فلز بسیار مفید بوده است. امروزه تقاضا برای قطعات با هندسه پیچیده افزایش یافته ، زیرا پرینت سه بعدی کاربرد های بیشتری را برای این فلز ارائه می دهد. پرینت سه بعدی قطعات فلزی را دقیق و با جزئیات بیشتر تولید می کند که این باعث کاهش وزن، افزایش کارایی و کاهش زمان ساخت و مونتاژ می شود، زیرا یک مجموعه چند قسمتی را می توان به صورت یک واحد تولید کرد.

پرینتر سه بعدی همچنین باعث کاهش ضایعات این فلز می شود و تولید قطعات را با این فلز گران قیمت کارآمدتر می کند. در این صورت هزنیه ها به صورت چشمگیری کاهش می یابند.

تمام پرینتر های سه بعدی قابلیت پرینت مس را ندارند اما هنوز هم تنوع زیادی در فناوری و قیمت پرینتر ها برای پرینت مس وجود دارد.

بسته به کاربرد های مختلف می توان از پرینتر های متفاوت استفاده کرد برای مثال شما می توانید با فیلامنت های پلاستیکی که پودر مس به آن ها افزوده شده است به وسیله پرینتر سه بعدی FDM جواهرات مسی، اقلام دکوری و قطعات دیگری با ظاهر مسی تولید کنید. اما برای تولیدات پیشرفته تر می توان از پرینتر هایی که از پودر مسی و یا دوغاب مس و پلیمر برای پرینت سه بعدی قطعات صنعتی با خواص مکانیکی بالا و رسانایی عالی استفاده کرد که می توانند استانداردهای بین‌المللی مانند IACS (استاندارد بین‌المللی مس آنیل شده) را برآورده کنند.

پرینتر سه بعدی همجوشی بر بستر پودر یکی از رایج ترین روش های پرینت فلزات، مس را نیز به متریال پرینت سه بعدی خود اضافه کرده است. به دلیل بازتاب پذیر بودن مس امکان استفاده از لیزر برای این فلز امکان پذیر نیست از این رو پرینترهای سه بعدی بر بستر پودر با استفاده از لیزر سبز اقدام به ساخت قطعات مس و آلیاژهای آن کرده اند.

یکی دیگر از انواع پرینترها که برای پرینت مس استفاده می شود بایندر جت است که قطعات فلزی را بدون نیاز به ساپورت تولید می کند. این پرینتر ذرات پودر مس را با استفاده از یک مایع اتصال دهنده بدون نیاز به حرارت طبق الگوی از پیش تعیین شده به یک دیگر می چسباند.

پرینت سه بعدی و فضا

یک شرکت آمریکایی( Launcher ) با کمک تکنولوژی پرینت سه بعدی شروع به ارتقای قطعات موتور جت E-2 خود کرده.

موتور E-2 برای تولید 22000 پوند نیروی رانش در سطح دریا با استفاده از RP-1، شکل بسیار تصفیه شده نفت سفید، و اکسیژن مایع به عنوان پیش رانش طراحی شده است. این موتور به وسیله نقلیه لانچر لایت این شرکت نیرو می‌دهد، که می‌تواند با اولین پرتابش که برای سال 2024 برنامه ریزی شده است، محموله‌هایی تا 330 پوند را به مدار پایین زمین ( LEO ) برساند. که طبق گزارشات، بزرگ‌ترین قسمت از نوع خود با ارتفاع 860 میلی‌متر بوده و به صورت سه بعدی در یک قطعه چاپ شده است.

به گفته لانچر، این محفظه بیشترین نیروی رانش را تولید می کند، کمترین مصرف پیشران را دارد و هزینه کمتری به ازای هر پوند رانش را در کلاس پرتابگرهای ماهواره کوچک ارائه می دهد. موتورهای E-2 لانچر از آلیاژ مس با کارایی بالا پرینت سه بعدی می شوند و به گونه ای طراحی شده اند که برای رسیدن به مدار به پیشرانه کمتری نیاز دارند.

پرینت سه بعدی مجسمه های کوچک و فیگور ها:

یکی از رایج ترین دلایل تهیه پرینتر سه بعدی برای افراد مختلف ساخت وسایل سرگرمی و پرینت گجت ها، فیگورها و مجسمه های مینیاتوری است. این باور عمومی وجود دارد که رزین ها جزئیات کوچکتر را دقیق تر و بهتر چاپ می کنند و پرینتر سه بعدی FDM در پرینت اجسام و جزئیات بزرگتر کارآمد تر است. این باور می تواند درست باشد اما می توان با تنظیمات مناسب پرینتر سه بعدی FDMنتایجی مانند رزین دریافت کرد. در ادامه به چندین روش و نکته اشاره خواهیم کرد که با اعمال آن ها و انجام بعضی تغییرات می توانید نتایج شگفت انگیزی مشاهده کنید.

لایه ها:

مزیت اصلی پرینتر سه بعدی داشتن ارتفاع است. پرینت ساختارهای عمودی از طریق تجمع لایه ها به دست می آید. اما تمام لایه ها مساوی نیستند.

دو جنبه اصلی یک مدل، ارتفاع لایه و لایه ی بالایی است. ارتفاع لایه، ضخامت هر لایه است که در کسری از میلیمتر اندازه گیری می شود. هرچه لایه نازک تر باشد جزئیات بیشتر نمایش داده می شود. اگرچه لایه های خیلی نازک زمان بیشتری برای پرینت نیاز دارند. همچنین لایه ها دچار نقص یا حتی باعث خراب شدن کلی پرینت می شوند. در نتیجه شما به یک تعادل بین زمان و جزئیات قطعه پرینت سه بعدی نیاز دارید.

برای پرینت سه بعدی فیگور ها با ارتفاع 0.01 میلیمتر شروع کنید؛ این نکته عالی به نظر می رسد، اگر زمان زیاد پرینت را نادیده بگیریم.

توجه داشته باشید که گاهی اوقات کمیت بر کیفیت برتری دارد؛ افزایش ارتفاع لایه ها برای افزایش سرعت پرینت گروهی از فیگور ها باعث می شود جزئیات زیادی نمایش داده نشود. اما در این حالت هدف ما پرینت تعداد بالاست پس چاپ دقیق و با کیفت برای ما ارجحیت ندارد. بنابراین لازم به چاپ با کیفیت نیست.

سرعت:

سرعت پرینت یکی از مهم ترین مؤلفه پرینت سه بعدی است و همچنین دستیابی به یک سرعت خوب کمی پیچیده است. اگر سرعت بسیار بالا باشد با مشکلاتی مثل ایجاد حباب یا ضعف در چسبندگی لایه های یا حتی از بین رفتن کامل قطعه پرینت سه بعدی مواجه خواهیم بود. اگر سرعت بسیار پایین باشد باعث پرینت ناقص به دلیل افزایش نیروهای کششی با گذشت زمان می شود.

سرعت پرینت اولین لایه ها را کاهش دهید؛ کلید یک پرینت خوب، داشتن لایه اول جامد و محکم است. بنابراین لایه اول را به آرامی چاپ کنید. هرچه سرعت چاپ لایه اول پایین تر باشد چسبندگی مابقی قطعه بهتر خواهد بود.

سرعت حرکت نازل در مواقعی که در آن هات اند حرکت می کند اما اکسترود نمی کند را تنظیم کنید. اگر این سرعت بسیار پایین یا بسیار بالا باشد باعث بروز مشکلاتی حتی خراب شدن کامل مدل پرینت سه بعدی ما می شود. همچنین فراموش نکنید برای افزایش کیفت پرینت سه بعدی خود سرعت retraction را نیز افزایش دهید از آنجایی که سرعت retraction، سرعتی است که در آن فیلامنت به داخل هات اند برمی گردد. اگر این اقدام به اندازه کافی سریع نباشد فیلامنت روی مدل پرینت سه بعدی چکه می کند و افت کیفیت را به همراه دارد.

ساپورت:

تمام مدل هایی که پرینت سه بعدی می شوند به ساپورت نیاز دارند و این برای فیگور ها و مجسمه های مینیاتوری استثنا نیست.

ساپورت ها ساختارهای هستند که توسط برنامه اسلایسر ساخته می شوند تا قطعه را در طول پرینت سه بعدی بر روی صفحه چاپ ثابت نگه دارند. بدون ساپورت ها جسم فرو می ریزد.

با این حال استفاده از ساپورت ها نیز مشکلات خود را به همراه دارد. برای مثال: بعد اتمام پرینت ساپورت ها باید از جسم جدا شوند که مشخصا گاهی اوقات بعد از حذف ساپورت ها جای آن ها روی جسم باقی می ماند. معمولا این ساپورت ها در محلی که کاملا در معرض دید است استفاده می شوند که این به این معناست که رد آن ها به وضوح قابل رویت خواهد بود. و همچنین ممکن است با جدا شدن به جسم پرینت سه بعدی آسیب بزنند. 

برای حل این مشکل می توان فقط برای شیب های "شدید" از ساپورت استفاده کرد. تشخیص آنکه کدام شیب یا برآمدگی شدید است خود جای بحث دارد. اما می توان شیب 60 درجه را مبنا قرار داد. ساپورت گذاری برای هر چیزی کمتر از 60 درجه اتلاف وقت، انرژی و فیلامنت است.

همچنین می توان از ساپورت های درختی استفاده کرد. ساپورت های درختی ساختارهایی را ایجاد می کنند که مدل را از تمام جهات پشتیبانی می کند. این باعث می شود که تماس نقطه ای کمتری با مدل داشته باشد و به راحتی حذف شود و می تواند از قسمت های ظریف مدل مثل نیزه ها یا شاخک ها پشتیبانی کند.

خنک کردن:

پرینت FDM در اصل پروسه ذوب فیلامنت و سرد شدن آن در هندسه ای جدید است. برای کنترل دما در این پروسه راه هایی وجود دارد که یکی از آن ها استفاده از فن خنک کننده در کنار هات اند است تا هوا را برای خنک شدن جسم در حال پرینت سه بعدی انتقال دهد. عمل خنک کردن برای جسم های مینیاتوری بسیار مهم تر از اجسام بزرگ و حجیم است زیرا که هات اند مدت طولانی را در یک محیط محدود می ماند که این شانس دفرمه شدن جسم را افزایش می دهد.

در حین پرینت مطمئن شوید که خنک کننده روشن است. این موضوع را در نرم افزار اسلایسر خود چک کنید. توجه داشته باشید که خنک کردن به نوع فیلامنتی که شما استفاده می کنید بستگی دارد. برای مثال PLA نیاز به خنک کردن در تمام طول پرینت دارد اما هنگام کار با فیلامنت ABS نیاز به روشن بودن فن خنک کننده نیست. حتی می توان گفت با خنک کردن آن احتمال خراب شدن مدل پرینت سه بعدی وجود دارد. دمای متناسب با نوع فیلامنت خود را پیدا کنید تا پرینت موفقیت آمیز داشته باشید.

میزان کردن پرینتر:

اگر پرینتر سه بعدی شما خراب باشد تنظیمات اسلایسر اهمیتی ندارد و کمکی نمی کند. تعمیر و نگه داری منظم پرینتر سه بعدی FDM تضمین می کند که شما با اطمینان و دقت پرینت کنید. و باعث افزایش کیفت در پرینت جزئیات یا حتی افزایش سرعت در پرینت تعداد بالا فیگور ها می شود. مواردی که برای سرویس و نگه داری پرینتر سه بعدی باید در نظر داشت: تسطیح صفحه چاپ، تمیز کردن نازل و بهبود امکانات پرینتر سه بعدی در صورت نیاز است.

تمیز بودن نازل نکته ای بسیار حائز اهمیت است. گرفتگی نازل می تواند باعث تشکیل حباب بر روی مدل پرینت سه بعدی به دلیل اکسترود کم ماده ( Under-Extrusion) باشد. بنابراین تمیز کردن منظم هات اند بسیار ضروری است.

همچنین برای باز داری از پرینت با نازل مسدود شده می توان چندین نازل ارزان قیمت تهیه کرده و در صورت انسداد آنها را تعویض کنیم. مزیت دیگر این کار داشتن چندین نازل با قطرهای متفاوت است که امکان امتحان جریان های مختلف فیلامنت و ضخامت های متفاوت لایه ها برای پرینت را فراهم می کند.

تراز کردن صفحه چاپ یکی دیگر از نکاتی است که به آن باید توجه کرد. زیرا حتی کوچکترین تغییرات نیز می تواند پرینت را خراب کند. بنابراین توجه به تراز و تسطیح صفحه چاپ امری مهم و ضروری است.

پرینتر سه بعدی

پرینتر سه بعدی دستگاهی حاصل از تخیلات بی حد و مرز بشر است که جهت کاهش هزینه و زمان ساخت و نمونه اولیه قطعات ، به عنوان بهترین و سریعترین انتخاب محسوب می شود .

پرینتر های سه بعدی جهت قابل لمس  کردن و واقعی کردن طرح ها و ایده های شما بهترین گزینه هستند.

پرینتر سه بعدی برای طراحی صنعتی ، طراحی نمونه قطعات خودرو، هوا فضا، تجهیزات کمیاب و خاص، مهندسان مکانیک، الکترونیک، مکاترونیک، معماری و...  مورد استفاده قرار می گیرد .

قطعات تولید شده توسط پرینتر سه بعدی دقیق، سریع، ارزان و محکم هستند که در موارد زیر کاربرد دارند :

1. ساخت انواع قطعات بدون طی کردن فرآیند های پیچیده ساخت و تولید.

2. بررسی ایده و طراحی انجام شده بر اساس مدل واقعی پرینت شده.

3. ساخت قالب رزینی یا تزریق پلاستیک برای قطعه مورد نظر.

4. صنعت ریخته گری، صنعت هوا فضا، صنایع نظامی .

5. معماری و ماکت سازی، ساخت بدنه سیستم های الکترونیکی و رباتیک، پزشکی جهت ساخت پروتز 

6. مجسمه سازی و نمونه کارهای هنری ، تزئینی و...

مزیت پرینت سه بعدی نسبت به فرایندهای ساخت سنتی
اساسی ترین ویژگی متمایز کننده پرینت سه بعدی از فرایندهای ساخت سنتی این است که پرینت سه بعدی یک فرایند ساخت افزایشی است .

پرینت سه بعدی یک روش ساخت کاملاً متفاوت بر اساس فناوری پیشرفته است که قطعات را به صورت افزایشی ( لایه گذاری متوالی ) تولید می کند.
در تولید سنتی محدودیت‌هایی وجود دارد. برای مثال، در قالب گیری و ریخته گری نیاز به طراحی و ساخت قالب می باشد.
فرایند CNC یک فرآیند تولید کاهشی می باشد. بنابراین محدودیت هایی دارد به طور مثال اگر قطعه ما یک حجم توخالی باشد و داخل قطعه دارای جزئیات باشد، CNC قادر به ساخت چنین قطعه ای نیست ولی با پرینتر سه بعدی به راحتی می‌توان چنین قطعه ای را ساخت. می توان گفت پرینتر سه بعدی انقلابی در طراحی و ساخت ایجاد کرده است.

پرینت سه بعدی یک فناوری توانمند است که توسط آن بدون ابزار و با کاهش هزینه ها می توان قطعات پیچیده را ساخت.

پرینتر سه بعدی

پرینتر سه بعدی دستگاهی است که مدل مورد نظر ما را به صورت سه بعدی پرینت می کند. این تکنولوژی تخیلات شما را قابل لمس می کند فقط لازم است طرح مورد نظر خود را به فایل stl تبدیل کرده تا پرینتر سه بعدی با متریال و رنگ مورد نظر شما آن را پرینت کند. روش کار پرینتر سه بعدی به صورت اکسترود لایه به لایه مواد بر روی یک پلتفرم طبق یک مسیر از پیش تعیین شده است. 

پرینتر سه بعدی فوتومسک ( MSLA ) Masked StereoLithography

MSLA از آرایه LED به عنوان منبع نور خود استفاده می کند، نور UV را از طریق یک نمایشگر LCD می تاباند و یک تکه لایه را به عنوان ماسک نمایش می دهد. به همین دلیل به این نام شناخته می شود. 

همانند DLP، فوتومسک LCD به صورت دیجیتالی نمایش داده می شود و از پیکسل های مربعی تشکیل شده است. سایز پیکسل های فوتومسک LCD کیفیت پرینت را تعیین می کند. بدین گونه که دقت محورهای X و Y ثابت شده است و بر خلاف DLP، به چگونگی زوم یا تنظیم لنز بستگی ندارد.

از دیگر تفاوت های بین تکنولوژی MSLA و پرینتر DLP می توان به استفاده MSLA از صدها ساطع کننده نور منفرد به جای منبع ساطع کننده نور تک نقطه ای مانند دیود لیزری یا لامپ DLP اشاره کرد.

MSLA تحت شرایط خاص می تواند در مقایسه با SLA به زمان پرینت کمتری دست یابد. زیرا تمام یک لایه به جای ترسیم مقطعی سطح با نقطه لیزر به صورت یکباره نمایش داده می شود.

پرینتر سه بعدی DED

 ( DED ) Directed Energy Deposition روش پرینتر سه بعدی است که از منابع انرژی متمرکز برای ذوب و ارجاع همزمان مواد به نازل استفاده می کند، به عنوان مثال انرژی پرتو لیزر، پرتو الکترون و قوس پلاسما. DED همانند سایر فرآیندهای ساخت افزودنی ( AM )، برای تعمیر یا ساخت قطعه جدید به کار می رود.

DED با توجه به منبع انرژی اسامی دیگری نیز دارد، که در زیر اشاره شده است:

1. Laser Engineered Net Shaping (LENS)
2. Direct Metal Deposition (DMD)
3. Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM)
4. Directed Light Fabrication
5. 3D Laser Cladding

پرینتر سه بعدی DED با به کارگیری یک منبع گرما، پودر یا فیلامنت را ذوب می کند و طبق الگوی مشخص شده، مواد را روی یک سطح رسوب گذاری می کند تا لایه ها باهم جوش بخورند و ساختار مورد نظر را تشکیل دهند. پرینترهای سه بعدی  DED معمولا نازل هایی را به کار می برند که بر روی یک بازوی چند محوره نصب شده اند و می توانند در جهات مختلف امکان رسوب گذاری متغیر را فراهم کنند. این فرآیند معمولا در یک محفظه کنترل شده با کاهش سطح اکسیژن شکل می گیرد. مواقعی که منبع انرژی پرینتر پرتو الکترونی باشد، فرآیند الزاما باید در خلأ شکل گیرد. درحالی که سیستم های مبتنی بر لیزر هنگام کار با فلزات واکنش پذیر از یک محفظه کاملا بی اثر استفاده می کنند. همچنین می توان از یک گاز محافظ برای پوشاندن قطعه و جلوگیری از آلوده شدن آن در هنگام پرینت سه بعدی فلزی استفاده کرد. معمولا متریال مورد استفاده در این پرینتر سه بعدی، فلز است اگرچه در فرآیند مذکور  موادی مثل پلیمر و سرامیک نیز کاربرد دارد. در کل، هر نوع فلز قابل جوشکاری را می توان در DED  به کار برد؛ از جمله آلومینیوم، اینکونل ( Inconel )، نیوبیم ( niobium )، فولاد ضد زنگ، تانتالیوم ( tantalum ) ، تیتانیوم، آلیاژهای تیتانیوم و تنگستن.

 در این پرنیتر سه بعدی لایه ها 0.25 تا 0.5 میلیمتر ضخامت دارند و سرعت سرد شدن بسیار بالا حدود 1000 تا 5000 درجه سانتی گراد بر ثانیه است.

پرینتر سه بعدیDigital Light Processing ( DLP )

پرینتر سه بعدی DLP تقریبا شبیه پرینتر سه بعدی SLA است با این تفاوت که DLP از پروژکتورهای دیجیتال نوری استفاده می کند تا یک عکس از هر لایه را به یکباره منعکس کند (یا برای قطعه های بزرگ به صورت چندگانه ).

پروژکتور یک صفحه دیجیتالی است به همین دلیل، تصویر هر لایه از نقطه های مربعی تشکیل شده است، در نتیجه یک لایه از بلوک های کوچک مستطیلی که  voxel نامیده می شوند، شکل گرفته است.

نور، با استفاده از صفحه های دیودی ساطع کننده نور ( LED ) یا یک منبع نور UV، که هدایت شده برای ساخت یک سطح توسط دستگاه میکرو آینه دیجیتال ( DMD )، بر رزین ساطع می شود.

یک DMD آرایه ای از میکرو آینه ها است که مکان ساطع شدن نور و تولید یک الگوی نوری بر روی سطح ساخته شده را کنترل می کند. تعداد این میکروآینه ها بر کیفیت قطعه ساخته شده تأثیر گذار خواهد بود.

پرینتر سه بعدی DOD 

Drop on Demand (DOD) یکی از انواع پرینتر سه بعدی است که از یک جفت نازل، به طور هم زمان استفاده می کند. یکی از نازل ها ماده اولیه ساخت را رسوب گذاری می کند که معمولا مواد مشابه موم است. و دیگری برای مواد حل شدنی ساپورت گذاری استفاده می شود.

همانند دیگر پرینتر های سه بعدی، DOD نیز با پیروی از یک الگوی از پیش تعیین شده، لایه به لایه جسم را تولید می کند.

همچنین DOD از یک مگس برش برای صاف کردن سطح مقطع هر لایه استفاده می کند تا از کاملا صاف بودن سطح قبل از شروع لایه جدید اطمینان حاصل کند.

تکنولوژی DOD معمولا برای ساخت قالب های lost-wax casting یا investment casting و دیگر کاربردهای قالب سازی مناسب است.

پرینتر سه بعدی EBAM

( EBAM ) Electron Beam Additive Manufacturing پروسه شبیه به LENS دارد با این تفاوت که منبع انرژی آن پرتو الکترونی است که با توجه به نام آن کاملا واضح است. و هردو می توانند از منبع تغذیه مواد اولیه پودر و سیم استفاده کنند. همچنین EBAM نازل های جدا گانه برای مواد اولیه و منبع انرژی دارد.

فرآیند EBAM معمولا در خلأ انجام می گیرد این کار باعث کاهش مواد آلاینده و عدم نیاز به گازهای بی اثر می شود. پرتو الکترونی با ایجاد حوضچه مذاب و اضافه کردن مواد به جایی که دستور می گیرد، لایه ها را یکی پس از دیگری می سازد.

فلزات رایجی که در این روش استفاده می شوند عبارت اند از: آلیاژهای مس، تیتانیوم، کبالت و نیکل. تیتانیوم و تانتالیوم ( tantalum )خالص نیز استفاده می شود.

آلیاژ تیتانیوم پرمصرف ترین ماده برای استفاده از این روش پرینت سه بعدی برای ساخت قطعاتی مثل ایمپلنت های پزشکی ( به عنوان مثال تعویض مفصل ران ) است.  

پرینتر سه بعدی EBM 

( EBM ) Electron Beam Melting یکی از روش های پرینت سه بعدی بر پایه پودر است که متمایز از سایر روش ها از پرتو انرژی بالا یا الکترون برای القای ذوب بین ذرات پودر فلز استفاده می کند.

یک پرتو الکترون متمرکز شده در میان یک لایه نازک پودری می گذرد و فلز را به صورت متمرکز ذوب و پس از آن بر روی یک سطح مقطع خاص منجمد می کند، این سطوح، جسم جامد را می سازند. در این پرینتر از یک نازل برای خروج پودر و پرتوی الکترونی استفاده می شود.

تکنولوژی EBM در مقایسه با پرینتر های سه بعدی DMLS و SLM از سرعت پرینت بالاتری، به علت چگالی انرژی بالاتر برخوردار است . اما در عین حال مینیمم سایز ، سایز ذرات پودر، ضخامت لایه بزرگتر و همچنین نیاز به پرداخت سطحی بیشتر است. بنابراین نمی تواند به دقتی مشابه با دقت لیزر در پرینتر های سه بعدی مذکور دست پیدا کند .

همچنین  جنس متریال باید رسانا باشد زیرا پرتو های الکترونی بر پایه نیروی الکتریکی کار می کنند. لازم به ذکر است تمام پروسه پرینت قطعات EBM الزاما در خلأ صورت می گیرد زیرا، فلزات هنگام ذوب شدن در دمای بالا تمایل به اکسیداسیون در آنها بیشتر می شود که این موجب شکنندگی قطعه تولید شده می گردد. در حالی که پرینتر سه بعدی EMB با انجام فرآیند در خلأ با دمای بالا و محیطی بدون اکسیژن که باعث کاهش تنش درونی شده و موجب تولید قطعه ای، دارای خاصیت فنری بیشتر و منعطف تر می شود.

پرینتر سه بعدیMJ

Material Jetting ( MJ ) مانند پرینتر های سه بعدی معمولی است با این تفاوت که به جای پرینت تنها یک لایه، چندین لایه را هم زمان روی یک دیگر، برای ساخت قطعه پرینت می کند.

نازل پرینت، صدها قطره فوتوپلیمری بسیار کوچک را پرتاب می کند و آنها را توسط نور فرا بنفش سفت می کند. پس از آنکه یک لایه رسوب گذاری شد، بستر ساخت به اندازه ضخامت یک لایه پایین می رود و این پروسه تکرار می شود تا قطعه ساخته شود.

رسوب گذاری و پخت مواد در MJ متفاوت از سایر پرینتر های سه بعدی است. در این پرینتر سه بعدیبرای دیپوزیت یا پخت، به جای استفاده از یک نقطه که الگوی شکل دهنده سطح مقطع لایه ها را دنبال می کند، از رسوب گذاری نقطه ای استفاده می کند. این پرینترها مواد را به صورت سریع و خطی رسوب گذاری می کنند.

برتری رسوب گذاری خطی در پرینتر سه بعدی MJ این است که، می تواند چند قطعه را در یک خط تولید کند بدون هیچ تاثیری بر سرعت ساخت. تا زمانی که مدل ها صحیح چیده شوند و فضای درون هر خطِ ساخت بهینه شده باشد؛ پرینتر MJ سریعتر از سایر پرینتر های سه بعدی خواهد بود.

قطعات ساخته شده توسط MJ نیاز به ساپورت گذاری دارند که این ساپورت ها از مواد حل شدنی در طول پرینت همزمان با قطعه ساخته می شوند و در مرحله پرداخت حذف می شوند.

MJ تنها نوع پرینتر سه بعدی است که برای پرینت قطعاتی با چند نوع متریال و رنگ، پیشنهاد می شود.

پرینتر سه بعدی MJF

تکنولوژی Multi Jet Fusion یکی از رایج ترین پرینتر ها برای ساخت قطعاتی با دقت و دوام بالا است. این پرینت سه بعدی بر پایه پودر است اما لیزر ندارد و پروسه ای مشابه با binder jetting دارد.

در پرینتر سه بعدی مولتی جت سر پرینتر یک لایه نازک از مواد پودری را بر روی بستر چاپ می ریزد سپس نازل در سرتاسر مواد پودری حرکت کرده و دو نوع مختلف عامل مایع را روی لایه پودری رسوب گذاری می کند، عامل ذوب و عامل جزئیات. بعد از آن واحد گرمایشی( نورUV ) از سرتاسر بستر پودری عبور کرده و هرجایی که عامل ذوب اضافه شده باشد، لایه زیرین آن را ذوب کرده و به یک شکل خاص فرم می دهد. درحالی که عامل جزئیات بدون آنکه ذوب شود، مانند پودر، باقی می ماند. کاربرد عامل جزئیات، تعیین کردن درستی و دقت ابعادی قطعه در حال پرینت است. سپس قسمت های پودری ریخته می شوند و قسمت های چاپ شده با هندسه مورد نظر را به جا می گذارند. همچنین نیاز به مدل سازی ساپورت ها را از بین می برد، زیرا لایه های زیرین نقش ساپورت را برای لایه های بالایی خود ایفا می کنند.

مولتی جت با دیگر تکنولوژی های پرینت سه بعدی متفاوت است زیرا درحالی که لایه های قبلی در حال ذوب شدن هستن، لایه های جدید جایگذاری می شود و این باعث می شود که هردو لایه کاملا ذوب شوند و قطعه ای با دوام تر و با جزئیات بیشتری را تولید کنند.

بعد از کامل شدن پروسه پرینت، مواد پودری ذوب نشده توسط دستگاه وکیوم جمع آوری شده و دوباره مورد استفاده قرار می گیرند.

MJF یک پروسه پرینتر سه بعدی است که قطرات مواد را به صورت انتخابی بر روی بستر ساخت رسوب گذاری و سخت می کند. MJF از موادی مثل فوتوپلیمر یا موم که با در معرض نور UV قرار گرفتن سخت می شوند برای ساخت هر لایه در یک زمان استفاده می کند. در MJF می توان برای ساخت یک قطعه از چندین ماده مختلف در یک زمان استفاده کرد و به این علت می توان قطعات را در رنگ ها و بافت های متعدد پرینت کرد.

پرینتر سه بعدی SHS

فرآیند ( SHS ) Selective Heat Sintering rapid prototyping برای پرینت اجسام سه بعدی شبیه به تکنولوژی SLS است با این تفاوت که، به جای لیزر پرقدرت از یک هد چاپ حرارتی که به صورت خطی تاثیر می گذارد، استفاده می کند.

این پرینتر تنها برای استفاده از پودر ترموپلاستیک طراحی شده است. یک غلتک لایه ای از پودر پلاستیک را روی بستر ساخت گرم شده می ریزد. هد چاپ حرارتی سطح مقطع جسم را بر روی پودر ترسیم می کند و مقدار کافی حرارت، برای سفت شدن لایه اول پودری اعمال می کند. با کامل شدن لایه اول، این پروسه تکرار می شود تا جسم مورد نظر شکل بگیرد. پودرهای اضافی اطراف جسم به آماده کردن ساپورت برای کامل کردن شکل و برآمدگی های جسم کمک می کند. همچنین پودرهای اضافی برای پرینت بعدی دوباره استفاده می شود.

به دلیل اینکه هد چاپ حرارتی ارزان تر از لیزر است، هزینه کلی SHS مقرون به صرفه تر از SLS است. همچنین در پرینتر SLS اجسام  با رسوب گذاری تولید می شوند در حالی که در پرینتر SHS با گرم کردن، ماده اولیه جامد شده و شکل می گیرد.

پرینتر سه بعدیSLA سرعت بالا

3D System، پرینتر سه بعدی رزینی جدیدی عرضه کرده است به نام SLA 750 Dual و ادعا می کند که این پرینتر سه بعدی ترکیبی از اندازه، سرعت، دقت، وضوح، پرداخت و کیفیت مکانیکی عالی را برای قطعات نهایی ارائه می کند. این دستگاه بر تولید قطعات رزینی بزرگ و تولید انبوه برای صنایع از حمل نقل گرفته تا هوافضا و مراقبت های بهداشتی تمرکز کرده است.

هیجان انگیز ترین جنبه پرینتر سه بعدی SLA 750 Dual لیزرهای 4 واتی همگام دوگانه آن است که می تواند قطعات را با دقت بالا پرینت کند. واضح است که وجود دو لیزر سرعت پرینتر سه بعدی را افزایش می دهد اما با این وجود پرینتر سه بعدی SLA 750 dual با یک لیزر همچنان 30 درصد سریعتر از سایر پرینتر های سه بعدی است.

تکنولوژی جدید در پس این بهبود سرعت و عملکرد قابل توجه این پرینتر، الگوریتم اسکن جدید و اختصاصی Hyper-Scan است. ویژگی کنترل لیزر، فوکوس لیزر، قدرت و حرکت شناسی موتور برداری را بهینه می کند.

به گفته این شرکت، این سیستم همچنین دارای یک recoater دوگانه ریلی خود کالیبره شده است که برای بهبود قابلیت اطمینان فرآیند پرینت سه بعدی و خواص مکانیکی قسمت نهایی طراحی شده است.

مشخصات دستگاه:

تکنولوژی :  Stereolithography (SLA)

بزرگترین سایز قابل پرینت: 750*750*550 mm

منبع انرژی: یک یا دو لیزر 4 واتی

بیشترین وضوح: 2000 dpi

پرینتر سه بعدی با اکسترودر Bowden

در پرینتر سه بعدی FDM با سیستم Bowden، اکسترودر دور تر از هات اند بر روی قاب پرینتر سه بعدی نصب شده و توسط یک لوله Bowden به نازل وصل می شود. این فاصله زیاد از نازل موجب می شود که اکسترودر به یک موتور قوی تر برای هل دادن فیلامنت به داخل نازل نیاز داشته باشد. همچنین وجود اصطکاک در لوله Bowden موجب تاخیر قابل توجهی بین اکسترودر و نازل می شود. بنابراین نیاز به شتاب بیشتری در خروجی و retraction دارند تا از Stringing  جلوگیری کنند و رسوب گذاری مناسبی داشته باشند. علاوه بر این بعضی از فیلامنت های منعطف و ساینده ممکن است در لوله Bowden پیچ بخورند یا خم شوند؛ مخصوصا در ورژن قدیمی تر پرینتر های سه بعدی. 

 اما از آنجایی که اکسترودر به جای هد چاپ بر روی قاب پرینتر سه بعدی نصب شده است به همین دلیل وزن کمتری را تحمل می کند. این کاهش وزن به معنای سرعت بیشتر، صدای کمتر و کیفیت بهتر است. در نتیجه قطعه پرینت سه بعدی نهایی کیفیت بهتر خواهد داشت.

پرینتر سه بعدی با اکسترودر دوگانه

در ابتدا پرینتر های سه بعدی تنها محدود به پرینت یک ماده در یک زمان بودند زیرا تنها یک نازل وجود داشت. امروزه با پیشرفت تکنولوژی و ظهور پرینتر های سه بعدی با اکسترودر چندگانه سازندگان قادر به پرینت دو یا چند ماده در یک زمان هستند.

فرآیند پرینت با پرینتر سه بعدی با اکسترودر دو گانه همانند پرینتر های معمولی تک نازل FDM است. با این تفاوت که پرینتر سه بعدی دو نازل به صورت خودکار طبق زمان از پیش تعیین شده فیلامنت ها را تعویض می کند.

روش ها

در واقع روش های مختلفی برای پرینت سه بعدی چندین فیلامنت وجود دارد:

روش اول: تعویض دستی فیلامنت

این روش، با هر پرینتر سه بعدی تک نازل نیز قابل اجرا است: به صورتی که پرینتر سه بعدی را در میانه کار متوقف می کنیم، فیلامنت اصلی را جدا می کنیم و با قرقره ای دیگر جایگزین می کنیم سپس پرینت را ادامه می دهیم. این کار زمانبر است و کیفیت و ظاهر محصول نهایی ممکن است خراب شود زیرا ممکن است فیلامنت جدید به فیلامنت قبلی نچسبد.

روش دوم: ذوب کردن

بعضی از پرینتر های سه بعدی قادر به ذوب چندین فیلامنت در نسبت ها و رنگ های مختلف در اکسترودر خود هستند. برای انجام اینکار شما مجبور به خرید یک پرینتر سه بعدی جدید هستید اما می توانید قطعات را در چندین رنگ پرینت کنید و جلوه های رنگی زیادی بسازید.

روش سوم: پرینت با دو نازل

در این روش قطعات پرینت سه بعدی، با استفاده از یک پرینتر سه بعدی به همراه دو نازل جداگانه ساخته می شوند. که هردو نازل قادر به پرینت سه بعدی فیلامنت های متفاوت به طور همان هم زمان هستند. یا یکی از نازل ها فیلامنت را برای قطعه مورد نظر اکسترود کند و نازل دیگر فیلامنت ساپورت گذاری را پرینت سه بعدی می کند. این روش زمان پرینت سه بعدی را کاهش می دهد و جلوه های رنگی ایجاد می کند.

معایب و مزایا

ساپورت گذاری: از منظر عملکردی، شاید مهمترین مزیت پرینتر های سه بعدی با اکسترودر دوگانه، توانایی ترکیب یک فیلامنت استاندارد با فیلامنت ساپورت گذاری قابل حل است. زیرا نه تنها به تلاش زیادی برای حذف ساپورت ها نیاز نیست بلکه اثری از ساپورت ها نیز بر روی قطعه پرینت سه بعدی به جا نمی ماند. رایج ترین فیلامنت های ساپورت گذاری PVA و HIPS هستند که PVA در آب و HIPS در limonene قابل حل هستند.

پرینت رنگی: اگر ظاهر و جذابیت برای شما مهم است، یکی از مشهود ترین مزیت های پرینتر سه بعدی اکستروژن دوگانه، توانایی پرینت سه بعدی در دو یا چند رنگ است. همچنین اگر می خواهید قسمت های مختلف مدل شما از یک دیگر مجزا باشد پرینت سه بعدی آن در چند رنگ می تواند مفید باشد. برای مثال مدل های آموزشی در حوزه ی آناتومی و خودرو.

افزایش سرعت: با تقسیم کار بین دو اکسترودر مجزا می توان در زمان صرفه جویی کرد. به طور کلی برای پرینت سه بعدی قطعه ای با رنگ، مواد و ساختار ساپورت متفاوت لازم نیست مدت زیادی منتظر بمانید تا ایده ی خود را به واقعیت تبدیل کنید.

افزایش استحکام: اکستروژن دوگانه این امکان را مهیا می کند که مواد پرینت سه بعدی خود را با ماده ای سخت تر تقویت کنید. برای مثال، یک نازل، بیشتر قسمت های مدل پرینت سه بعدی را با استفاده PLA و نازل دیگر فقط بعضی از قسمت ها را با فیلامنت فیبر کربن پرینت کند. به این ترتیب محصول نهایی می تواند بسیار مستحکم تر باشد.

قیمت بالا: یک پرینتر سه بعدی با اکستروژن دوگانه قیمت بالاتری نسبت به پرینتر سه بعدی تک نازل دارد. البته می توان پرینتر سه بعدی خود را ارتقاء دهید. این روش ارزان تری از خرید یک پرینتر سه بعدی جدید است.

تعمیر و نگهداری بیشتر: قطعات پرینتر سه بعدی همیشه دوام نمی آورند و نیاز به مراقبت و تعمیر مکرر دارند. لازم به ذکر است که با وجود دو نازل و اکسترودر، مشکلات هات اند دو برابر می شود و همچنین باید همیشه مطمئن شوید که هردو اکسترودر کالیبره باشند.

پرینتر سه بعدی بایندر جت ( Binder Jetting ) 

چگونه مواد پودری صنعتی را به قطعات و ابزار تبدیل کنیم؟

Binder Jetting یکی از چندین روش پرینت سه بعدی است. روش کار آن به این صورت است که یک تیغه یک لایه نازک مواد پودری را بر روی سطح پخش می کند، سپس یک نازل حرارتی (همانند نازلی که در پرینت دو بعدی از آن استفاده می شد ) و یک مایع اتصال دهنده ( قطرات چسب ) را در حین حرکت روی لایه نازک مواد پودری بر اساس مدل از پیش تعیین شده نشست می دهد به این ترتیب مواد پودری به یک دیگر چسبیده و سخت می شوند. پس از تکمیل لایه اول بستر چاپ کمی پایین تر رفته، تیغه دوباره یک لایه مواد را پخش می کند و مجددا تمام فرآیند تکرار می شود تا قطعه تکمیل شود. پس از چاپ قطعه در پودر محصور می شود تا خشک شود و استحکام پیدا کند. سپس قطعه از پودر خارج شده و با هوای تحت فشار تمیز می شود.

پس از این قطعات معمولا به یک مرحله پس پردازش نیاز دارند زیرا هنگام خروج از پرینتر اصطلاحا در حالت خام ( green state ) بوده، در این حالت از نظر خواص مکانیکی ضعیف بوده و شکننده و متخلخل هستند و نیاز به پرداخت حرارتی دارند. قطعات فلزی معمولا به دو روش sintering و Infiltration ( با فلز برنز خلل و فرج پر می شود) پرداخت می شوند.