انواع پرینترهای سه بعدی

انواع پرینترهای سه بعدی مختلفی وجود دارد که برای ساخت سازه ها و اشیاء سه بعدی از آن ها استفاده می شود. در زیر لیستی از رایج ترین فن آوری های مورد استفاده به عنوان پرینتر سه بعدی امروزی که شامل هفت نوع مختلف می شود آورده شده است:

• مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM)
• استریولیتوگرافی (SLA)
• پردازش نور دیجیتال (DLP)
• لیزر انتخابی (SLS)
• ذوب لیزر انتخابی (SLM)
• ساخت اشیاء چند لایه (LOM)
• ذوب پرتو دیجیتال (EBM)

هنگامی که یک ریخته­ گر تصمیم به ساخت یک ایده می کند ابتدا ایده مورد نظر را به یک طراح دستی ارائه می کند تا تصویر شماتیکی از آن ایده را اتود زده و طراحی کند. پس از تایید طرح اولیه، مدل مورد نظر به طراح نرم ­افزاری تحویل داده می شود تا با نرم ­افزارهایی اعم از: Matrix و Rhino و غیره مدل را به طراحی سه­ بعدی تبدیل کند.

پس از انجام طراحی سه بعدی و تایید ریخته­ گر، مدل مورد نظر باید جهت ریخته­ گری مستقیم یا قالب گیری مستقیم از رزین، پرینت سه ­بعدی شود.

در این مرحله بسیاری از طراحان و ریخته ­گران به علت تنوع زیاد مدل ­های رزین و پرینتر دچار سردرگمی می شوند که در ادامه در رابطه با این موضاعات اطلاعاتی را در اختیار شما خواهیم گذاشت با حکینو همراه باشید.

پرینتر سه بعدی SLS

دستگاه پرینتر سه بعدی SLS از دستگاه‌هایی است که به وسیله ماده اولیه پودری شکل به ساخت قطعه می‌پردازد، از این رو پودر پایه است. سیستم‌های مختلفی در یک دستگاه SLS به همراه یکدیگر کار می‌کنند تا قطعه ساخته شود. قسمت‌های اصلی دستگاه که می‌بایست در کنار هم کار کنند تا قطعه ساخته شود عبارتند از:

• سیستم اسکن لیزر
• سیستم های حرارتی
• سیستم گردش گاز بی اثر
• سیستم تغذیه پودر
• سیستم پلاتفورم
• واحد کنترل (الکترونیک و نرم افزار)

SLM مخفف Selective Laser Melting می باشد که تفاوت این دستگاه با دستگاه SLS خیلی ناچیز است و اصطلاحا به دستگاه هایی که با فناوری SLS به تولید قطعات فلزی به صورت مستقیم می پردازند SLM گفته می شود، چرا که در آن ها پودر فلز به صورت کامل ذوب می شود.)

ساخت قطعه در دستگاه پرینتر سه بعدی SLS به این صورت اتفاق می‌افتد که در ابتدای کار لازم است تا فایل CAD قطعه مورد نظر به دستگاه شناسانده شود. برای این منظور تا به حال کارهای نرم افزاری زیادی در دنیا انجام شده است.

فایل CAD مورد نظر می‌بایست لایه لایه شود. برای این کار ابتدا فایل CAD در جهت ترجیحی در دستگاه قرار می‌گیرد

و از پایین ترین قسمت قطعه موازی صفحه X-Y صفحاتی از قطعه عبور داده می‌شود و از محل تقاطع این صفحه با لبه‌های جسم مورد نظر کانتور‌های بسته‌ای به دست می‌آیند.

سپس صفحه دیگری بالاتر از صفحه قبلی به اندازه ضخامت یک لایه با جسم قطع داده می‌شود و این کار تا جایی پیش می‌رود که به بالاترین قسمت جسم برسد.

در پایان، تعداد زیادی کانتور‌های بسته که نشان دهنده اطراف جسم هستند به دست می‌آیند. در ادامه خواهیم دید که این کانتور‌ها محل عبور لیزر را بر روی سطح پودر مشخص می‌کنند.

پس از به دست آمدن کانتور‌ها به ساخت فیزیکی قطعه پرداخته می‌شود. در این مرحله، ابتدا یک لایه پودر توسط مکانیزم لایه نشانی بر روی سطح پلاتفورم پخش می‌شود.

ضخامت لایه می‌تواند متفاوت باشد اما معمولا عددی در حدود ۱۰۰ میکرون است که با کم و زیاد شدن آن، سرعت و دقت دستگاه کم و زیاد می‌شود.

پس از پخش شدن پودر سطح آن توسط گرمکن‌های تابشی دستگاه تا دمای مشخصی پیشگرم می‌شوند. (البته این مخصوص دستگاه های SLS پلیمری است، در فرآیند SLS فلزی این پیشگرم به دلایل فنی مورد نیاز نیست.)

سپس طرح مورد نظر که از کانتور‌های دور جسم منشا می‌گیرند توسط سیستم اسکن لیزر بر روی سطح پودر مارک می‌شود. توان حرارتی لیزر باعث می‌شود که ذرات پودر در نقاط مارک شده به یکدیگر جوش بخورند و یک جسم جامد را تشکیل دهند. سپس این سیکل تکرار می‌شود

و دوباره یک لایه دیگر از پودر بر روی لایه قبلی ریخته می‌شود و این فرآیند تا آخر و ساخت کامل قطعه ادامه پیدا می‌کند. در مارک کردن لایه بالایی می‌بایست توان لیزر به میزانی باشد که بتوان لایه فوقانی را به لایه تحتانی هم جوش داد تا پیوستگی قطعه حفظ شود.

مزایای پرینتر سه بعدی SLS

• امکان تولید قطعات کاربردی و عملیاتی
• استحکام و ضربه پذیری بالای قطعات
• پایداری حرارتی و شیمیایی بالا
• زیست سازگاری و کاربرد در تولید گاید ها و مدل های جراحی، پروتز و اورتز و داربست های مهندسی بافت
• قابلیت ماشینکاری و پولیش و رنگ
• سرعت بالای تولید قطعات در تیراژ تولید تا ۵۰۰

به صرفه در تولید تیراژ بالاتر نسبت به مابقی روش های پرینت سه بعدی

پرینتر سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA)  

SLA  یک روش چاپ سه بعدی است که می تواند برای اجرای پروژه های شما که شامل چاپ سه بعدی است ، استفاده شود. اگرچه این فرآیند نخستین روش در تاریخ چاپ سه بعدی است ، اما هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرد.
قطعات چاپ شده توسط پرینترهای سه بعدی stereolithography  معمولاً دارای سطحی صاف هستند ، اما کیفیت آن به کیفیت چاپگر SLA استفاده شده بستگی دارد.

بعد از اینکه پلاستیک سخت شد ، یک لایه دیگر تشکیل می شود. پس از اینکه همه  لایه ها چاپ شدند، باید با استفاده از یک حلال شستشو داده شده و سپس در فر فرابنفش قرار داده شود تا مراحل پردازش کامل شود.

زمان لازم برای چاپ یک شی به اندازه پرینتر سه بعدی  SLA استفاده شده بستگی دارد. با استفاده از پرینتر های سه بعدی کوچک ، اقلام کوچک قابل چاپ هستند ، در حالی که چاپ های بزرگ 3 بعدی می توانند توسط پرینتر های بسیار بزرگ چاپ شوند و زمان چاپ تا چند روز طول خواهد کشید.

پرینتر سه بعدی پردازش نور دیجیتال (DLP) 

DLP یکی دیگر از فرآیندهای چاپ سه بعدی بوده که تقریباً شبیه استریولیتوگرافی است. فناوری DLP در سال 1987 توسط لری هورنبک از تگزاس ساخته شد و به دلیل کاربرد آن در تولید پروژکتورها بسیار معروف شد.
DLP از ریزگردهای دیجیتالی که روی یک تراشه نیمه رسانا گذاشته شده است ، استفاده می کند. این فناوری در تلفن های همراه ، پروژکتورهای فیلم و البته در چاپ سه بعدی یافت می شود.

برای چاپ سه بعدی ، هر دو DLP و SLA با فوتوپلیمرها کار می کنند. با این حال ، تفاوت بین فناوری پرینتر سه بعدی SLA و DLP در این است که DLA به یک منبع روشنایی اضافی نیاز دارد. ماده مورد استفاده برای چاپ ، یک رزین پلاستیکی مایع است که در یک ظرف رزین شفاف تنظیم شده است. سرعت چاپ برای DLP بسیار سریع است.

چند لایه از مواد چاپ شده با این نوع پرینتر ظرف چند ثانیه قابل تولید است. پس از اتمام یک لایه ، آن لایه منتقل شده و چاپ لایه بعدی شروع می شود.

تکنولوژی DLP در سال 1987 توسط larry Hornbeck از تگزاس  اختراع شد و در کاربرد پروژکتور بسیار محبوب شد. پرینتر DLP با استفاده از یک کنترل کامپیوتر ، شبکه آینه کوچک، در یک تراشه نیمه رسانا گذاشته شد ساخته شده است. این آینه کوچک شیب جلو و عقب رفتن را منعکس می کند. هنگامی که آینه متمایل شده بازتاب نور،

ایجاد یک پیکسل روشن می کند و  وقتی که آینه در جهت دیگری متمایل است، پیکسل تاریک است. این فن آوری در پروژکتور فیلم، تلفن های همراه و همچنین چاپ سه بعدی استفاده می شود. یکی از مزایای این تکنولوژی برای پرینتت سه بعدی، سرعت آن است، شما می توانید در یک لحظه با این نوع از چاپگر لایه ای را چاپ کنید(tilt).

پرینتر DLP به طور عمده در محیط های حرفه ای استفاده می شود. این نوع از چاپگر سه بعدی، قطعات قوی با وضوح عالی را ارائه می دهد. سازندگان و علاقمندان در حال ایجاد پرینتر های سه بعدی خود را با این تکنولوژی هستند، آنها از beamer یا حتی گوشی تلفن همراه برای cure رزین استفاده می کنند.

تکنولوژی FDM یکی از رایج ترین روش های پرینت سه بعدی صنایع کوچک و خانگی است. رشته (فیلامنت) ترموپلاستیک گرم می شود و در اکسترودر برای هدایت به نازل ذخیره می شود. نازل پلاستیک مذاب را در جهت محورهای X , Y  هدایت می کند،

تا جاییکه حجم به صورت لایه لایه روی هم در جهت محور Z ساخته می شود.  حجم از پایین به بالا ساخته می شود. اگر حجم دارای قسمتهای معلق و ناهمگن باشد، با استفاده از ساپورت برای ایجاد سطح کمکی برای قسمتهای معلق پرینت صورت می گیرد و در پایان کار  قسمتهای اضافی از کار اصلی جدا می شوند.

این نوع از پرینتر های سه بعدی،  ابزاری مقرون به صرفه برای توسعه محصول و نمونه سازی سریع در کسب و کار کوچک و آموزش و پرورش است که قادر به ساخت قطعات قوی، قابل اعتماد و سریع است.

پرینتر سه بعدی ذوب پرتو الکترونی (EBM )

متمایز از سایر تکنیک های بستر پودری، ذوب پرتو الکترونی  EBM از یک پرتوی انرژی بالا یا الکترون ها برای القاء همجوشی بین ذرات پودر فلز استفاده می کند.

پرتو الکترونی متمرکز در یک لایه نازک از پودر اسکن می شود و باعث ذوب موضعی و جامد شدن در یک منطقه مقطعی خاص می شود. این مناطق برای ایجاد یک جسم محکم ساخته شده اند.

در مقایسه با سایر پرینتر های سه بعدی ، SLM و DMLS ،EBM به دلیل چگالی انرژی بالاتر ، از سرعت ساخت بالاتری نیز برخوردار است. با این حال ، مواردی مانند حداقل اندازه ویژگی ، اندازه ذرات پودر ، ضخامت لایه و سطح معمولاً بزرگتر هستند.

همچنین نکته قابل توجه این است که قطعات EBM در خلا تولید می شوند و این فرایند فقط با مواد رسانا قابل استفاده است.

پرینتر سه بعدی ساخت اشیاء چند لایه (LOM)

یک سیستم نمونه سازی سریع است که با ادغام لایه های پلاستیک یا کاغذ با استفاده از گرما و فشار کار می کند. تیغه یا لیزر تحت کنترل کامپیوتر جسم را به شکل دلخواه برش می دهد. پس از اتمام هر لایه چاپی ، سکو تقریباً 16/1 اینچ پایین می رود ،

و برای لایه بعدی آماده می شود. پرینتر سپس یک لایه جدید از مواد را به زیر بستر می کشد که در آن به وسیله غلتکی گرم شده چسبیده است. این روند اساسی تا زمانی که قسمت سه بعدی کامل شود، بارها و بارها ادامه دارد.

ذوب پرتو الکترونی (EBM )

متمایز از سایر تکنیک های بستر پودری، ذوب پرتو الکترونی  EBM از یک پرتوی انرژی بالا یا الکترون ها برای القاء همجوشی بین ذرات پودر فلز استفاده می کند. پرتو الکترونی متمرکز در یک لایه نازک از پودر اسکن می شود و باعث ذوب موضعی و جامد شدن در یک منطقه مقطعی خاص می شود.

این مناطق برای ایجاد یک جسم محکم ساخته شده اند. در مقایسه با سایر پرینتر های سه بعدی ، SLM و DMLS ،EBM به دلیل چگالی انرژی بالاتر ، از سرعت ساخت بالاتری نیز برخوردار است. با این حال ، مواردی مانند حداقل اندازه ویژگی ،

اندازه ذرات پودر ، ضخامت لایه و سطح معمولاً بزرگتر هستند. همچنین نکته قابل توجه این است که قطعات EBM در خلا تولید می شوند و این فرایند فقط با مواد رسانا قابل استفاده است.

 پرینت سه بعدی ذوب لیزر انتخابی (SLM)

تکنولوژی SLM اغلب به عنوان یک زیرشاخه از نوع پرینتر های سه بعدی SLS محسوب می شود. در پرینتر SLM با استفاده از یک پرتو لیزر با قدرت بالا پودرهای فلزی را ذوب شده و قطعات سه بعدی جامد را ساخته می شود.

مواد رایج مورد استفاده، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، تیتانیوم، کروم و کبالت می باشد. پرینتر سه بعدی SLM برای برنامه های کاربردی در هوافضا یا صنعت ارتوپدی پزشکی، برای ایجاد قطعات با هندسه های پیچیده و سازه به خصوص دیواره های نازک، با کانال پنهان و یا حفره مورد استفاده است. همچنین از  آن در ساخت توربین های گازی برای صنعت انرژی استفاده شده است.

ممنون که مثل همیشه با حکینو همراه بودید امیدوارم این مقاله در انتخاب پرینتر سه بعدی کمک شایانی بهتون کرده باشد .