پرینتر سه بعدی چیست و دقیقا چگونه کار میکند!؟

در این مقاله قصد داریم تا صفر تا صد دستگاه های پرینتر سه بعدی و نحوه عملکرد آنها را توضیح دهیم.  اینکه اصلا پرینتر سه بعدی چیست و چرا از آن استفاده میکنیم؟

یکی از جدیدترین فناوری های روز دنیا همین پرینتر های سه بعدی است که با استقبال خیلی زیادی رو به رو شده است. خصوصا از طرف کسانی که خلاقیت های زیادی برای ساخت اشیا و یا خلق ایده های جدید دارند و باعث شد تا خیلی از موانع ها از سر راه این افراد برداشته شود.

در این روزها شاهد هستیم که علاوه بر دنیای بزرگ صنعت که وجود پرینترهای سه بعدی باعث رشد آنها و کم کردن هزینه های آنها شد، در بیمارستان ها و آزمایشگاه ها برای تحقیقات بر روی اکتشافات جدید نیز مورد استفاده قرار میگیرد.

پرینتر سه بعدی چیست؟

برای اینکه راحت تر فلسفه وجود پرینتر سه بعدی را متوجه شوید بهتر است یک مثال ساده سنتی بزنیم. فرض کنید شما برای دکور خانه خود یک گلدان با طرحی متفاوت در ذهن دارید که هر مغازه ای آن را پیدا نمیکنید.

خوب برای این کار شما باید اول طرح خود را روی کاغذ و یا در سیستم پیاده کنید. در ادامه باید یک ریخته گر و یا قالب ساز با مهارت پیدا کنید تا از نتیجه کار و هزینه خود مطمئن شوید.

باید جز به جز طرح خودتان را برای ریخته گر توضیح بدهید و تمام طرح هایی را که میخواهید به او تفهیم کنید. کسانی که ریخته گری و یا قالب سازی کار کرده اند حتما میدانند که باید ساعت ها وقت گذاشت و قالب ها خراب کرد تا نهایتا چیزی شبیه به طرح دلخواه شما را بسازد.

حالا تا ایجای کار در نظر میگیریم که تمام مراحل به درستی و بدون کوچکترین تغییری در طرح شما انجام شده است. اما باید دید که آیا از نظر هزینه این کار به صرفه هست یا خیر؟

باید خدمت شما عرض کنم که با هزینه ای که برای ساخت این گلدان پرداخت میکنید میتوانید چند عدد گلدان بخرید. اگر بخواهیم با نرخ امروز قیمت را محاسبه کنیم باید بگوییم که شما برای یک گلدان کوچک حدودا 10 میلیون باید هزینه کنید.

میتوان گفت پرینتر سه بعدی تمام این کار ها را در منزل برای شما با هزینه خیلی خیلی کمتر انجام میدهد پس در ادامه با ما همراه باشید تا این فناوری بی نظیر را بشناسیم.

تاریخچه جالب پرینتر سه بعدی

در سال 1987 انقلابی در تکنولوژی توسط شخصی به نام چاک هال شکل گرفت. چاک هال خودش بنیان گذار سیستم های سه بعدی بود. این شخص در شرکتی کار میکرد که روکش های فوتوپلیمری برای میز و صندلی ها تولید میکردند.

فوتوپلیمرها یکی از انواع مختلف پلیمرها هستند که با تابش نور فرابنفش این پلیمرها به حالت جامد در می آیند. او به این فکر میکرد که میشود چندلایه را به صورت جامد درآورد و به یک طرح سه بعدی رسید.

او ایده خودش را با مدیران در میان گذاشت و آنها سعی کردند تا جایی که امکان دارد دست چاک هال را در اجرای ایده باز بگذارند و امکاناتی را که لازم داشت در اختیار او گذاشتند.

بعد از آزمون و خطاهای متعدد او موفق شد تا یک دستگاه سه بعدی بسازد و اولین نوع از پرینتر های فرمت SLA ابداع اوست.

شهرت پرینتر سه بعدی در بین مردم

از همان دهه 80 که ساخت پرینتر های سه بعدی شروع شد تا سل 2000 کم کم مردم با این دستگاهها آشنا شدند. خیلی از افراد در صنایع خود برای ساخت انواع اشیا و وسایل از این دستگاهها استفاده میکردند.

حتما در فیلم های سینمایی دیده اید که یک سری شخصیت های خیالی وجود دارند که به صورت انیمیشن نیستند . این نوع گریم ها و صورت ها توسط افراد ایده پرداز طراحی میشوند و بعد با پرینتر سه بعدی ساخته میشوند.

به همین دلیل است که خیلی بازیگرها با گریم ها و صورت هایی با ماسک ها و نقاب های متفاوت مانند یک ادم فرازمینی و یا یک اثر متفاوت دیده میشوند مانند موجوداتی که در فیلم های چند قسمتی پیچ اشتباه وجود دارند.

اما در اوایل قرن 21 ساخت یکی از اعضای بدن با پرینتر سه بعدی سر و صدای زیادی را به پا کرد. به طوری که انگار یک تخیل علمی به واقعیت پیوست.

بعد از این اتفاق کم کم شروع کردند به تولید انواع مختلفی از وسایل با پرینتر سه بعدی اما تا آنروز هنوز ایین دستگاه ها را در خانه نمیشد استفاده کرد.

تا اینکه در سال 2005 مهندس مکانیک امریکایی به نام دکتر آدریان بویر طرحی را اجرا کرد تا دستگاه های پرینتر های سه بعدی را به درون خانه ها و کارگاه ها بیاورد تا هر دستگاه بتواند بخشی از کار را خودش انجام دهد این ابداع که بعد ها به نام رپرپ (reprap) نامیده شد.

در سال 2008 دستگاه رپرپ ساخته شد و باعث شد توجه قشر زیادی به آن جلب شود. همین پیشرفت های مرحله به مرحله این دستگاه باعث شد تا روز به روز فناوری های چشمگیری را به وجود آورد.

با پرینتر سه بعدی طرح دلخواهتان را پیاده می کنید!

اصل صحبت ما در این مقاله این است که شما خودتان طراح و سازنده باشید و از این فناوری درون خانه و یا کارگاه خود استفاده کنید.

شما میتوانید فقط با کشیدن طرح دلخواه خودتان ، وسیله ای که میخواهید از دستگاه تحول بگیرید و تمام! حتما میدانید که کودکان ذهن بسیار خلاقی دارند و در نقاشی های آنها بسیار موارد خارق العاده ا را میبینید شما میتوانید به راحتی فقط با پیاده کردن همان طرح برای دستگاه اسباب بازی دلخواه کودکتان را بسازدو حتما او را محدود به بازی با وسایل و اسباب بازی هایی که در بازار وجود دارند نکنید.

به فرزندان خود اجازه ایده پردازی و خلق آثار جدید بدهید مطمئن باشید که اینکار در آینده او نیز تاثیر فوق العاده ای خواهد داشت.

یا اینکه اگر شما یک عکاس و یا یک فیلمبردار حرفه ای هستید مجبورید خوب یا بد یکی از پایه دوربین هایی که در بازار موجود هست را خریداری کنید اما با یک پرینتر سه بعدی شما میتوانید به راحتی پایه دوربین مورد نظر خودتان را بسازید.

چگونه برای پرینتر سه بعدی طرح پیدا کنیم؟

خیلی از افراد این سوال برایشان پیش می آید که خوب حالا اگر این دستگاه را خریداری هم بکنیم ما اصلا طراحی را برای پیریتر سه بعدی بلد نیستیم!

باید بگوییم که اصلا نگران نباشید چرا که ما همراه دستگاه پرینتر سه بعدی ما یه بانک طرحهای سه بعدی آماده داریم که میتوانید از آنها استفاده کنید.

بانکی بیش از 80 هزار طرح اماده که به راحتی میتوانید هر چه که بخواهید در آن پیدا کنید. به ظور مثال میتوانید ده مدل گلدان از بانک طرحهای آماده ما دانلود کنید در برنامه های سه بعدی ساز ، با هم ادغامشون کنید، کم و یا زیادشون کنید، ادیتشون کنید و یک گلدان کاملا خاص از ادغام این مدل ها بسازید.

چاپگر سه بعدی چیست؟

چاپگر سه بعدی وسیله ای است که میتوان به کمک آن عکس هایی را که میخواهید به صورت سه بعدی بسازید. یکی از شرکت های معروفی که در این زمینه به خوبی کار میکند شرکت CONNEX است.

دستگاه چاپگرهای سه بعدی این امکان را به شما میدهد تا از ماده های کامپوزیتی در چاپ ظرح های سه بعدی استفاده کنید. در سری جدید دستگاه های چاپگر سه بعدی افزونه ای به نام object connex به پرینتر های سه بعدی اظافه شده است. این افزونه دقت چاپ طرح های سه بعدی را بالاتر برده و سبب واقعی تر شدن طرح ها میشود.

سیستم چاپگرهای سه بعدی به گونه ای است که به کاربران برای چاپ طرح خود اجازه استفاده از 14 ماده مختلف را میدهد. دستگاه های جدید پرینتر سه بعدی میتواند طرح های شما را به صورت واقعی به وجود آورد. این فناوری هر روز در حال پیشرفت است و سبب میشود تا شما هر چیزی را که میخواهید به صورت یکی از اشیا بشازید.

مزایای دستگاه چاپگر سه بعدی

اولین و مهم ترین مزیت این دستگاه ها این است که نیازی به اتصال به کامپیوتر ندارد و فایل را از طریق SD memory میسازد. در این زمان تمامی عملیات چاپ توسط پردازشگر دستگاه انجام میشود.

شما میتوانید در زمان چاپ به راحتی سرعت و کیفیت چاپ را تعیین کنید. از مزیای دیگر این دستگاه میتوان به دقت در چاپ و واقی بودن طرح های خروجی اشاره کرد.

نحوه کار با چاپگر سه بعدی

این دستگاه فایل مورد نظر را از نرم افزارهای سه بعدی میگیرد و بعد با استفاده از لایه گذاری شروع به ساخت طرح میکند. در ابتدا پلاستیکی از جنس ABS را به شکل مفتول و به قطر 3 سانتی متر وارد دستگاه میکند.

در این مرحله دستگاه با دمایی 300 درجه این مفتول را ذوب میکند و هد دستگاه با قدرتی معادل 33 میکرون جابجا میشود. هد چاپگر سه بعدی قابلیت حرکت در سه جهت X,Y,Z را داراست.

کاربرد چاپگر سه بعدی در صنایع

• شرکت های معماری جهت ساخت ماکت ها
• صنایع پزشکی برای ساخت اجزای مصنوعی
• آزمایشگاه های شیمی برای تجهیزات آزمایشگاهی و ساخت مدل های مولکولی
• صنعت روباتیک جهت ساخت اجزا و قطعات پیچیده
• برای ساخت آثار فرهنگی و تاریخی در میراث فرهنگی
• کارگاه های مجسمه سازی جهت ساخت مجسمه و تندیس های افراد برجسته و مشهور
• برای ساخت قطعات بزرگ و کوچک صنعتی

همچنین در صنعت های دیگری مانند سینما،تلویزیون و… نیز مورد استفاده قرار میگیرد.

چگونگی عملکرد پرینتر سه بعدی

گام بعد از خریداری دستگاه پرینتر سه بعدی باید حتما طرز کار با این دستگاه را بلد باشید. اصلا نگران سختی کار نباشید چرا که کار با این دستگاه از آنچه شما فکر میکنید سرگرم کننده تر است.

هدف کار با این دستگاه آموزش،سرگرمی و ا تولید یک نمونه صنعتی است. هرآنچه در ابتدای این مقاله گفتیم تنها پیشگفتاری درباره دستگاه پرینتر سه بعدی بود و اصل مطلب نحوه کار کردن با این دستگاه است.

فناوری FDM دستگاه پرینتر سه بعدی

پرینتر های سه بعدی که معمولا برای انجام کارهای خانگی آموزشی و نمونه سازی اولیه انجام میشوند را پرینترهای سه بعدی دسکتاپ مینامند.

این پرینتر ها از فناوری FDM استفاده میکنند.یرینتر سه بعدی FDM مواد اولیه را که به صورت جنس پلاستیک و به شکل رشته ای رولی که با عنوان فیلامنت  شناخته میشود را استفاده میکند.

پیشنهاد میشود که حتما مقاله فیلامنت را مطالعه نمایید.

فیلامنت ها بعد از ورود به هد دستگاه اکسترود شده و در قسمت داغ نازل ذوب میشوند و سپس با فشار تنظیم شده ای از نوک نازل که معمولا سوراخی بین 2 تا 7 میکرون است خارج میشوند.

نازل پرینتر سه بعدی FDM از سه محور X,Y,Z تغذیه میکند.اینها سه محور آزاد حرکت می باشند که در محور طول و عرض و ارتفاع در حرکت هستند. بعد از ذوب شدن مواد در دستگاه ،چاپگر سه بعدی طرح مورد نظر را از پایه ساخته و مرحله به مرحله در محور z یا همان ارتفاع دستگاه بالا می آید تا پرینت به پایان برسد.

فناوری SLA در پرینتر سه بعدی

در فناوری SLA از مواد مایع رزین برای تولید یک جسم جامد استفاده میشود. در این روش از اشعه های فرابنفش و لیزرهای فرابنفش برای ساخت لایه ها استفاده میشود.

برای چاپ طرح سه بعدی با استفاده از روش SLA باید از تابیده شدن نور UV به مایع رزین استفاده کرد تا آن حجم مایع رزین شکل بگیرد. در صنعت ساخت  پرینترهای سه بعدی میتوان پرینتر formlabs را نام برد که در رده پرینترهاى سه بعدى SLA جایگاه ویژه اى دارد.

از این پرینتر در صنایعی مانند صنعت،الکترونیک،نمونه سازى دقیق،پزشکى،دندانسازى،معمارى و ماکت سازى،طلا سازى استفاده میشود. چرا که این پرینترها از ذقت بسیار بالایی برخوردار است و قطعاتی که تولید میکند بسیار ظریف و زیبا هستند.

فناوری SLS در پرینتر سه بعدی

تکنولوژی SLS امتیازات بالایی که در ساخت اجسام با شکل ها بسیار پیچیده دارد،به همین دلیل است که از این تکنولوژی برای ساخت قطعات پیچیده و نمونه های اولیه در صنایع استفاده میشود.

مخصوصا که در این اواخر از این فناوری در صنعت خودروسازی و هواپیمایی بیشتر استفاده میشود. میتوان گفت که شاید تنها دلیلى که باعث میشود این چاپگر سه بعدى کمتر مورد استفاده کارگاه هاى کوچک تر شود قیمت بالاى دستگاه ها و مواد اولیه مى باشد چرا که از دو مدلی که در بالا گفتیم کار با این دستگاه بیشترین هزینه را دارد.

نحوه عملکرد این دستگاه به این صورت است که از یک نوع منبع تغذیه بالا مانند یک لیزر استفاده میکند و مخلوطی از ذرات ریز مواد اولیه مانند فلز، سرامیک و یا پودر شیشه را به توده ای جامد سه بعدی تبدیل می کند.

پرینتر سه بعدی در طلاسازی یکی از کاربرد های اعجاب انگیز این دستگاه است که پیشنهاد می کنم حتما مطالعه کنید. بعد از لایه گذاری اولیه توسط دستگاه و خشک کردن این لایه به وسیله لیزر تمام مراحل به همین صورت پشت سر هم انجام میشود. و این روند لایه گذاری تا انتهای کار و کامل شدن طرح مورد نظر ادامه خواهد داشت.

زنجیره ابزار چیست؟

دقیقا در این مرحله است که افراد برای کار کردن با این دستگاه های پرینتر سه بعدی نا امید میشوند چرا که ابزار ها را نمیشناسند. اینکه زنجیره ابزار چیست و دقیقا چه کاری انجام میدهد؟ برای درک این مطلب یک مثال ساده میزنییم : شما برای چاپ یک متن با پرینتر کاغذی گزینه های متفاوتی را پیش رو دارید.

شما میتوانید متن را خودتان نوشته و از ابزار های مختلفی برای نوشتن متن استفاده کنید یا اینکه میتوانید از یک متن که قبلا نوشته شده و در سیستم دارید استفاده کنید.

شما میتوانید نوشته خود را با هر رنگ و اندازه و فونتی و یا با هر کاغذی که میخواهید  چاپ کنید. اما به ظور کلی شما دو مرحله را انجام میدهید یکی اینکه فایل نوشتاری را با نرم افزار دلخواه درست میکنید و یکی دیگر اینکه فایل نوشتاری را به پرینتر میدهید و طرح و نوشته خود را از چاپچگر تحویل میگیرید.

این کار خودش یک زنجیره ابزار برای چاپ یک نوشته بر روی هر نوع کاغذ با هر شایزی است.

زنجیره ابزار پرینتر سه بعدی

زنجیره ابزار پرینتر سه بعدی نیز دقیقا مانند همان زنجیره چاپ یک نوشته است با این تفاوت که پرینتر سه بعدی ییک فناوری روز و پیشرفته است.

در هنگام کار با پرینتر سه بعدی شما باید تمام گزینه ها را به درستی انتخاب کنید و در این صورت است که دستگاه شما میفهمد که چگونه باید کار تولید طرح سه بعدی را انجام دهد.

دقیقا در همین مرحله است که زنجیره ابزار معنا پیدا میکند. در ابتدا شما طرح خود را یا از اینترنت و یا با استفاده از بانک طرح های خود انتخاب میکنید.

در مرحله دوم باید فرمت طرح خود را به فرمت STL تغییر دهید و بعد با استفاده از نرم افزار آنرا به G-CODE تغییر دهید و در مرحله بعد با استفاده از نرم افزار مخصوص این کد را به پرینتر سه بعدی انتقال میدهید و در مرحله آخر دکمه START را برای شروع تولید طرح سه بعدی بزنید. اگر سردرگم شده اید نگران نباشید در اینجا ما مرحله به مرحله توضیح خواهیم داد:

طراحی یک فایل سه بعدی

اولین چیزی که شما برای تولید توسط پرینتر سه بعدی، بدان نیاز دارید این است که یک مدل سه بعدی برای تولید توسط پرینتر سه بعدی داشته باشید!

شما می توانید خودتان با استفاده از یک نرم افزار سه بعدی سازی، مدل سه بعدی خود را ایجاد کنید یا می توانید مدل سه بعدی دیگران را به دست آورید و استفاده کنید. برخی از برنامه های نرم افزاری محبوب مدل سازی سه بعدی عبارتند از AutoCAD، Blender و Sketchup، اما ویکی پدیا دارای فهرستی عالی و حتی بیشتر است.

نرم افزار مورد استفاده برای ایجاد مدل سه بعدی باید قادر به ایجاد فرمت STL برای فایل سه بعدی باشد اما اگر میخواهید کار دیگری را تولید سه بعدی کنید می توانید از وب سایت هایی که از تمام جوامع، مدل های سه بعدی خود را در آنها به اشتراک می گذارند استفاده کنید که محبوب ترین برای من سایت thingiverse.com است که بالغ بر یک میلیون فایل سه بعدی قابل تولید سه بعدی در آن موجود می باشد. البته در جستجوی گوگل، سایتها و منابع بیشتری را در این حوزه پیدا می کنید.

تبدیل فرمت فایل سه بعدی به فرمت STL

اگر شما در گام اول، مدل سه بعدی را خودتان ایجاد کرده باشید، گام بعدی این است که این مدل سه بعدی را به صورت فرمت STL تکمیل کنید.

اما اگر در مرحله اول، مدل را از یک وب سایت ارائه فایلهای سه بعدی مانند thingiverse.com یا CGtrader.com بدست آوردید، احتمالا این مدل، خود در فرمت STL است اما شما حتما قبل از انتقال فایل سه بعدی به پرینتر سه بعدی، آن را بازدید نمایید البته امروزه پرینتر های سه بعدی در مدل های مختلف با فرمت های.OBJ و .AMF نیز می توانند کار تولید سه بعدی را انجام دهند و STL یک فرمت استاندارد می باشد که همه پرینتر های سه بعدی آن را می شناسند و با آن کار تولید سه بعدی را به بهترین حالت انجام می دهند.

تبدیل کردن فایل سه بعدی به جی کد g-Code

جی کد برای تولید یک مدل سه بعدی توسط پرینتر سه بعدی لازم می باشد. که این فرایند جی کد کردن فایل سه بعدی، توسط یک نرم افزار اسلایسر انجام می شود .

شرکت سازنده پرینتر های FDM دسکتاپ نرم افزار اسلایسر کیورا Cura را برای پرینترهای سه بعدی خود ارائه داده است اما شما می توانید از نرم افزارهایی چون craft ware و simplayfi و یا Slic3r استفاده نمایید.

استفاده از نرم افزار میزبان برای ارسال جی کد به پرینتر سه بعدی

نرم افزار میزبان به نرم افزاری اتلاق می شود که توسط کمپانی سازنده برای کنترل پرینتر سه بعدی شما در آن استفاده شده است. این سیستم بسیاری از فرامین را به صورت هوشمند نظارت می کند اما بسیاری از فرامین انجام تولید سه بعدی به صورت دستی صادر شده و عامل اصلی تولید توسط پرینتر سه بعدی می باشد.

این نرم افزار های میزبان برای کنترل حرکت محور های ” X, Y, Z, ” لازم و ضروریست و به نوعی مغز حرکتی پرینتر سه بعدی می باشد. البته تمامی وظایف اکسترودر بر اساس هر نوع مواد اولیه مانند ABS , PLA و… با همین نرم افزار میزبان می باشد. همچنین برای میزان کردن و کنترل درجه حرارت نازل و صفحه ساخت قطعات سه بعدی نیز کارایی دارد .

البته حضور اصلی این نرم افزار بابت تحویل جی کد قطعات سه بعدی به پرینتر سه بعدی FDM برای تولید طرح سه بعدی می باشد.

کلام پایانی:

امیدواریم این مقاله به اندازه کافی برای آشنایی با پرینتر سه بعدی و نحوه عملکرد آن برای شما مفید بوده باشد. شما میتوانید برای مشاوره بابت خرید دستگاه پرینتر سه بعدی و خرید چاپگر سه بعدی با مشاورین تیم 3DRD تماس بگیرید.