خدمات پرینت سه بعدی
چند وقتی است در بین جوامع فناوری از مفهوم پرینت سه بعدی و کاربردهای پرینترهای سه بعدی بسیار استفاده میشود. ولی در واقع پرینت سه بعدی چیست؟
سوالی که افراد زیادی برای آن جوابهای مختلفی دارند. در رسانهها به حدی در مورد این قضیه صحبت میشود که این فناوری را باید جزوی معمولی از زندگی روزمره خود بدانیم. اما با وجود این قطعا خیلی از افراد هنوز سوالاتی دارند. درک مطلب پرینت سه بعدی در مقایسه با موضوع بلاک چین سختتر نیست و از سویی مانند یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی نیاز به آگاهی از مفاهیم پیچیده ندارد.
در این مطلب قصد داریم پرینت سه بعدی را برای شما تعریف کنیم و در کنار آن کارکرد پرینترهای سه بعدی و فناوری آنها را شرح دهیم. با ما همراه باشید.
در صورتی که تبلیغات شرکتهای فعال در زمینه پرینت سه بعدی را دیده باشید احتمالا فکر میکنید با فناوری فراتر از جهان واقعیت روبرو هستید. در این تبلیغات دستگاهی نشان داده میشود که فقط باید چیزی که میخواهید بسازید را از طریقی وارد آن کنید تا در عرض مدت زمان کوتاهی محصولی کامل بسازد و در اختیار شما بگذارد.
میتوان در نتیجه عملکرد پرینتر سه بعدی را مانند چوب جادویی بدانیم که آن را به طرفی میگیریم و با خواندن وردی هرچیزی که میخواهیم را ظاهر میکنیم. ولی در حقیقت اصل ماجر اینطور نیست و پیچیدگیهایی به مراتب بیشتر دارد.
در ادامه حتی مزایا و معایب این روش را توضیح میدهیم.
نحوه عملکرد پرینترهای سه بعدی
برای این که نحوه عملکرد پرینترهای سه بعدی را به سادگی درک کنید این فناوری را مانند چیدن آجر در خانهسازی تصور کنید. اگر به کار یک بنا در چیدن دیوارهای آجری دقت کرده باشید، میدانید که آجرها به صورت لایه به لایه روی هم چیده میشوند، سپس روی آنهای ملاتی قرار میریزند و دو مرتبه روی آن ملات سیمانی آجر میچینند و این کار تا زمانی ادامه پیدا میکند که دیوار با شکل و ارتفاع مورد نظر مهندس ساختمان ساخته شود.
نحوه عمل پرینترهای سه بعدی نیز شباهت زیادی به عمل یک بنا دارد یعنی مواد به شکل لایه به لایه روی هم قرار میگیرند و با بکارگیری راههای گوناگون سفت میشوند تا به استحکام مناسبی برسند. یک نازل وظیفه گذاشتن لایههای مواد و جامدسازی آنها را بر عهده دارد.
بعضی از اوقات مواد پلاستیکی ذوب میشوند و به وسیله نازل روی هم قرار میگیرند که این روش FDM نام دارد. در روشهای دیگر مانند SLM، SLS، SLA، DLP و Binderjet مواد مایع یا پودرهای جامد به صورت لایه به لایه چیده میشوند و به کمک نور ماورای بنفش، لیزر یا توسط پاشیدن مواد چسبنده شکل نهایی ساخته میشود. روشهای دیگری هم وجود دارند که شیوه عمل آنها تقریبا به همین شکل است.
اگر سادهتر بخواهیم بگوییم خدمات پرینت سه بعدی فرقی با پرینت دو بعدی ندارد به جز این که به دفعات فراوانی تکرار میشود. در چاپ روی کاغذ، پرینتر فقط روی کاغذ یک لایه دو بعدی از حروف و کلمات را قرار میدهد ولی در پرینت سه بعدی لایههای متعدد روی هم قرار میگیرند تا شکل نهایی با ضخامت صحیحی به وجود آید، مانند مثال آجرچینی.
شاید فکر کنید به همین سادگی است، ولی باید بگوییم مراحل دیگری هم دخیل هستند.
پرینت سه بعدی
پرینت سه بعدی در حقیقت نامی است که به یک فناوری اختصاص یافته است. فناوری که در آن یک نازل، مواد چسبنده یا رزین را روی پودرها میپاشد و این کار را این قدر به صورت لایه به لایه تکرار میکند تا شکل نهایی ساخته شود.
در حقیقت به این نوع روش تولید ساخت افزایشی میگویند. ولی در حال حاضر اصطلاح چاپ سه بعدی یا پرینت سه بعدی نیز معادل تولید یا ساخت افزایش استفاده میشود.
ولی در صورتی که بخواهیم در رابطه با این حوزه با دقت علمی بیشتری صحبت کنیم باید اصطلاح ترکیب تولید افزایشی (Additive Manufacturing) را به کار ببریم ولی معمولا اکثر افراد از همان اصطلاح پرینت سه بعدی استفاده میکنند و کاربرد آن بسیار محبوبتر است.
مراحل تولید یک محصول از طریق پرینت سه بعدی
مراحل خلاصه کار به این شکل است که ابتدا یک مدل سه بعدی از ایده خود میسازید (یا از مدلهای آماده استفاده میکنید)، سپس این مدل را به زبان دستگاه چاپ سه بعدی ترجمه میکنید تا دستگاه توسط این زبان متوجه شود چه چیزی را باید بسازد و بعد از ساخت آن را در اختیار شما قرار میدهد.
اجازه دهید جزئیات این کار را در ادامه بگوییم.
مدل سه بعدی
به دو روش میتوانید مدل سه بعدی تهیه کنید یکی تهیه از سایتهای مختلف مانند Thingiverse و Myminifactory به صورت رایگان یا پولی است یا این که اگر ایده بکری دارید خودتان باید آن را طراحی کنید. با استفاده از نرمافزارهای مخصوص طراحی مدل سه بعدی مانند Solidworks، CATIA یا نمونههای سادهتر و کاربرپسندتر مانند Google SketchUp میتوانید خودتان یک مدل سه بعدی طراحی کنید و اگر در این زمینه دانش لازم را ندارید باید از یک طراح سه بعدی کمک بگیرید.
ترجمه مدل به زبان دستگاه چاپ سه بعدی
پس از طراحی مدل آن را باید با فرمت .STL خروجی بگیرید و سپس در نرمافزار مخصوص چاپگر سه بعدی خود آن را اصلاح کنید. به چنین نرمافزارهایی اسلایسر (Slicer) میگویند. توسط آنها میتوانید ببینید که چاپگر به چه صورت مدل شما را میبیند، کدام قسمتها مشکل دارند، پرینت از چه مراحلی تشکیل شده است و عیوب مورد نظر را رفع کنید. به عنوان مثال این احتمال وجود دارد ضخامت قسمتی از مدلی که طراحی کردهاید کمتر از حدی باشد که چاپگر قادر به پرینت آن است. به عنوان مثال، اکثر پرینترهای سه بعدی نمیتوانند ابعاد زیر 100 میکرون را چاپ کنند و ضخامت کمتر از آن دردسرآفرین است.
به هرحال اسلایسر مدل سه بعدی شما را به زبان مخصوص دستگاه که معمولا G-code است ترجمه میکند و برای آغاز کار آن را به دستگاه میفرستد. ساده بخواهیم بیان کنیم این زبان به این شکل عمل میکند که مثلا به دستگاه میگوید 15 سانتیمتر به جلو برو و کار تزریق را انجام بده، 15 سانتیمتر به سمت راست برو و یک لایه به بالا برو و غیره. اما یقینا شیوه کار این زبان پیچیدهتر از این حرفها است.
ساخت مدل سه بعدی
در این مرحله دستگاه طبق فرامینی که در زبان G-code وجود دارد مدل مورد نظر طراح را میسازد. باید توجه کنید که بین کیفیت فرآیند تولید و مهارت نیروی انسانی رابطه مستقیمی وجود دارد. یعنی ممکن است با وجود طراحی بهترین مدل در قسمت چاپ با مشکل روبرو شوید.
شرکتها در اکثر تبلیغات پرینت سه بعدی به این قضیه اشاره نمیکنند و تنها این تفکر به بیننده خورانده میشود که پرینترهای سه بعدی عملکردی مانند چاپگرهای کاغذی معمولی دارند و فقط کافی است مدل خود را وارد آنها کنید تا تمامی کارهای باقیمانده را خودکار انجام دهند.
توجه داشته باشید اگر پرینتر سه بعدی ندارید میتوانید بعد از طراحی سه بعدی محصول خود آن را در اختیار سایتها و شرکتهایی بگذارید که خدمات چاپ ارائه میدهند.
مرحله بعد از چاپ
مرحله نهایی خدمات پرینت سه بعدی ساخت محصول مورد نظر است و بعد از آن میتوانید به سادگی از آن استفاده کنید. ولی باید به یک نکته ظریف اشاره کنیم. چون دقت اکثر پرینترهای سه بعدی در حد چند صد میکرون است، لایههای مدل ساخته شده با چشم غیرمسلح مشاهده میشود و در صورتی که دو عامل دقت و زیبایی برایتان بسیار مهم است باید یک مرحله بیشتر یعنی پردازش یا عمل Finish سطح مدل را انجام دهید.
به راههای گوناگونی میشود این کار را انجام داد مانند به کار بردن مواد شیمیایی برای صاف کردن سطح یا استفاده از سوهان، سمباده و دیگر روشها.
محصول نهایی چاپ شده یا مستقیما و با پردازش به کار گرفته میشود یا از آن به عنوان مدلی برای ساخت قالب ریختهگیری استفاده میکنند.
اگر بخواهیم پرینت سه بعدی و عملکرد چاپگرهای سه بعدی را بهتر بررسی کنیم این روش ساخت را باید مانند دیگر راههای تولید مانند ماشینکاری، پرس، شکلدهی، ریختهگری و غیره بدانیم. با این کار نکات قوت و ضعف این روش بهتر درک میشود.
نکات قوت فناوری پرینت سه بعدی
سرعت بالای تولید
در فرآیند خدمات پرینت سه بعدی برخلاف دیگر روشها مانند ریختهگری نیازی به تهیه قالب و عوض کردن کل فرآیند برای ساخت هر محصول جدید نیست و تنها توسط یک مدل سه بعدی میتوان کار تولید را شروع کرد.
هدررفت کمتر
در فرآیند پرینت سه بعدی چون کار از صفر شروع میشود و به صورت لایه به لایه عناصر مورد نیاز روی هم قرار میگیرند، هدررفت کار در مقایسه با دیگر روشها مانند ماشینکاری بسیار کمتر است، چون همانطور که میدانید به عنوان مثال در ماشینکاری از یک حجم بزرگ کار شروع میشود تا شکل نهایی به وجود آید.
هزینه کمتر
با توجه به عوامل قبلی واضح است که هزینه تولید در مقایسه با دیگر روشها به مراتب کمتر است.
پتانسیل ساخت طرحهای پیچیده
با استفاده از پرینتر سه بعدی میتوان محصولات و حجمهای بسیار پیچیده ساخت که توسط سایر روشهای تولید، ساخت آنها کمی از واقعیت به دور است. کافی است یک نگاه به محصولات ساخته شده با چاپ سه بعدی بیاندازید تا متوجه قضیه شوید.
شخصیسازی هر قسمت
شاید این سوال به ذهن شما خطور کرده باشد چرا لباسهایمان را در اندازههای استاندارد میخریم؟ در روشهای سنتی تولید، تولید و فروش محصولات با قیمتی قابل قبول برای مصرفکننده ارزانتر است. از طرفی پرینت سه بعدی به راحتی به فرد اجازه شخصیسازی محصول را میدهد.
مصرفکننده تنها باید به صورت دیجیتالی طرح مورد نظر خود را عوض کند تا بدون هیچ گونه ابزار یا فرآیند تولید گرانقیمت محصول نهایی را بسازد. بنابراین هر کدام از قسمتها را میتوان بدون نیاز به هزینه بیشتر برای تولید اضافه شخصیسازی کرد.
نکات ضعف پرینت سه بعدی
تولید با تعداد بالا
در مقایسه با دیگر روشهای تولید باید بگوییم تولید در تعداد بالا توسط روش خدمات پرینت سه بعدی مقرون به صرفه نیست و زمان و هزینه زیادی میبرد.
گستردگی و تنوع مواد قابل تولید
چون این فناوری تازه پا به عرصه گذاشته است، با وجود پیشرفتهای زیادی که داشته است، باز هم مواد زیادی وجود دارند که امکان تولید آنها با یک پرینتر سه بعدی وجود دارد و این خود مانع بزرگی بر سر راه این تکنولوژی است. به عنوان مثال اکثر آلیاژهای فلزی را به علت این که نقطه ذوب بالایی دارند نمیتوان از طریق پرینت سه بعدی ساخت.
ابعاد محصولات
همانطور که باید تا الان حدس زده باشید امکان ساخت محصولات با ابعاد بزرگ در اکثر موارد توسط پرینترهای سه بعدی وجود ندارد یا محدودیتهای زیادی سر این راه به چشم میخورد.
نیاز به مهارت بالا و سعی و خطا
شاید بگویید این قضیه ضعف نیست و تمامی روشهای تولید نیاز به مهارت بالا دارند و باید با سعی و خطا پیش بروند. ولی باید بگوییم که تبلیغات انبوهی که این فناوری را به تصویر کشیدهاند از آن به عنوان یک روش تولید ساده و به اصطلاح Plug and Play (پلاگ اند پلی) یاد میکنند و همین قضیه باعث بالا بردن سطح انتظار افراد شده است.
همین انتظار بالا باعث شده است برخی از افراد بعد از چند مرتبه کار با پرینترهای سه بعدی از عملکرد آن مایوس شوند. البته باید بگوییم دلیل این عدم موفقیت بیشتر به فرد یا شرکتهای تولید کننده دستگاههای پرینت سه بعدی بر میگردد و خود این فناوری نقص چندانی ندارد.
قدرت و تحمل محدود
در بعضی از فناوریهای خدمات پرینت سه بعدی به علت روند لایه به لایه (که در بالا اشاره شد) محصول نهایی قدرت لازم را ندارد. بنابراین بخشهایی که پرینت سه بعدی شده‌اند به نسبت نمونهای که به صورت سنتی ساخته شده است، دوام کمتری دارند و ضعیفتر هستند. علاوه بر این قسمتهایی که در دستگاههای گوناگون ساخته میشوند کمی خصوصیاتی متفاوتی دارند. با وجود این همانطور که پیشرفت فنی در پرینترهای جدید مانند پرینترهای سه بعدی کربنی انجام شده است، این محدودیتها به احتمال زیاد در آیندهای نزدیک از بین خواهند رفت.
در پایان باید بگوییم بدون شک با گذشت زمان و پیشرفت بیشتر جامعه تکنولوژی بخشی از مشکلات بالا رفع میشود ولی فعلا به این صورت است.
سرانجام پرینترهای سه بعدی چه خواهد شد؟ باعث ایجاد تحول شده‌اند؟
به عقیده ما خود فناوری پرینت سه بعدی به عنوان یک روش تولید تحول چندانی به همراه نخواهد آورد. ولی اگر آن را با راهی برای شکوفایی خلاقیت گره بزنیم و بگوییم با شکلگیری این فناوری فرآیند تولید از انحصار کارخانههای معدود در آمده است و حال میلیونها فرد و گروه مستقل کار تولید را میتوانند انجام دهند، آن وقت است باید بگوییم خدمات پرینت سه بعدی یک فناوری متحولکننده و انقلابی است.
