چاپ سه بعدی چیست؟
در سال های اخیر، چاپ سه بعدی توجه زیادی رو به خودش جلب کرده و انقلابی رو در تولید محصولات به وجود آورده و به نوعی روش های تولید سنتی رو کامل کرده. درست مثل هر تکنولوژی دیگه ای، خیلی از ویژگی های این نوع چاپ توسط مطبوعات محبوب مورد بزرگ نمایی قرار گرفته. با این وجود برخی ادعاها در این زمینه واقعی هستن و طراح های سه بعدی رو به استفاده از این تکنولوژی ترغیب می کنن، مثل قابلیت تولید اشکال بدون محدودیت هایی که تولید سنتی داره و یا قابلیت ساخت محصولات به سادگی و بدون نیاز به مهارت های مهندسی.
توی این مقاله با مفهوم چاپ سه بعدی و بهترین روش استفاده از این نوع چاپ آشنا میشید. اول از همه سه تا از رایج ترین تکنولوژی ها رو با هم می بینیم و بعد امکانات طراحی مدل ها رو بررسی می کنیم.
با ” چاپ سه بعدی چیست؟ ” با ما همراه باشید…
تکنولوژی های چاپ سه بعدی
اینکه چاپ سه بعدی رو تنها به عنوان یک تکنولوژی در نظر بگیریم، اشتباه هست. این نوع چاپ مجموعه ای از ایده های مختلف در مورد تولید افزودنی و روش های تولید متفاوت توسط نرم افزارهاست. حالا تولید افزودنی چی هست؟ خیلی از تکنولوژی های تولیدی کارشون رو با مواد خام شروع می کنن و در نهایت کالای مورد نظر رو از همین مواد خام تولید می کنن. اما در تولید افزودنی، کار با یک بوم خالی شروع میشه و فقط ملزومات کالای نهایی، بهش اضافه میشه. تولید افزودنی به خودی خود چیز خاصی نیست درست مثل زمانی که بچه ها توی ساحل با استفاده از ماسه و سطل، قلعه درست می کنن. استفاده از تکنولوژی دیجیتال هست که چاپ سه بعدی رو به روش تولیدی خاصی تبدیل کرده.
برای این کار، شکل مورد نظر رو به بخش های کوچک تر تقسیم می کنیم و هر دفعه یکی از این قسمت ها رو چاپ می کنیم و بعد هم روی هم سوار می کنیم. همون طور که یک هرم از تعداد زیادی آجر درست میشه، توی چاپ سه بعدی هم تکه های کوچکتر تولید میشه و بعد کنار هم قرار می گیره.
FDM: Extrude کردن رشته ها
اولین تکنیکی که بررسی می کنیم، FDM یعنی مدل سازی رسوب ذوب شده یا FFF به معنی ساخت رشته های ذوب شده هست. این تکنیک بر پایه Extrude کردن رشته های مواد خام استوار هست یعنی مواد رو تا حدی گرم می کنیم که بشه به راحتی بهش فرم داد و به رشته های باریک تری تبدیل کرد. از این رشته ها به عنوان پوشش دور محصول استفاده میشه و بعد هم داخل اون رو پر می کنیم. از اونجایی که این ماده بسیار داغ هست، به رشته ها می چسبه و قطعه ای جامد از محصول رو تشکیل میده. بعد از تکمیل این مرحله، لایه بعدی درست میشه.
بیشتر چاپگرهای سه بعدی از این روش استفاده می کنن و پلاستیک PLA یا ABS رو به عنوان مواد خام مورد استفاده قرار میدن. این تکنیک منجر به تولید بافت هایی چوب مانند با شیارهای باریک بین هر لایه میشه (این شیارها رو از طریق سمباده زدن یا با استون میشه از بین برد).
محصولات آویز رو نمیشه با این تکنیک درست کرد. از اونجایی که لایه بالا بر اساس لایه پایین ساخته میشه، موقع درست کردن محصولات آویز، لایه بالا با هوا Extrude میشه. این تکنیک نسبت به تکنیک های دیگه سرعت پایین تری داره و در مواجه با محصولات با پیچیدگی زیاد یا اندازه بزرگ با اشکال مواجه میشه.
SLA: تنظیم رزین ها
تکنیک بعدی، Stereolithography (استریولیتوگرافی) یا SLA هست که بر رزین های حساس به نور یعنی موادی که در مواجه با نور (معمولا فرابنفش) از مایع به جامد تبدیل میشن، استواره. موقعی که بخش کوچکی از شکل مورد نظر رو روی سطح باریکی از مایع قرار میدیم و در معرض نور UV یا فرابنفش میزاریم، همون بخش جامد میشه. این رزین سفت شده رو در مواجه با لایه دیگه از مایع و نور فرابنفش قرار میدیم تا بخش دیگه ای از شکل مورد نظر تکمیل بشه و در نهایت ساختاری سه بعدی به خودش بگیره.
روش مواجه با نور فرابنفش هم متفاوت هست: بعضی پرینترهای SLA، لیزر رو روی بخشی از سطح کار می تابونن و بعضی دیگه از پرینترها، از DLP Projector استفاده می کنن و کل سطح شکل رو پوشش میدن.
SLA، منجر به سطحی صیقلی تر با رزولوشن بالاتر میشه اما هزینه بالایی داره و موقع درست کردن شکل های آویز و خمیده با اشکال مواجه میشه.
خیلی از افراد در دنیا هستن که از این تکنیک استفاده می کنن. تا چند سال پیش چاپ سه بعدی به این روش، تنها با استفاده از ماشین های حرفه ای و برای مصارف حرفه ای انجام می شد اما توی سال های اخیر مصارف دیگه ای هم پیدا کرده.
SLS: ذوب کردن با لیزر
توی پرینتر های پیشرفته امروزی از لیزر استفاده میشه اما قدرت این لیزر به حدی زیاده که می تونه مواد رو ذوب کنه و با هم پیوند بده (یعنی یک ماده رو اونقدر گرم می کنه تا فرم پذیر بشه اما نه تا حدی که ذوب و به مایع تبدیل بشه).
از موادی مثل نایلون یا حتی فلزات برای این نوع چاپ سه بعدی استفاده میشه. این تکنیک هم منجر به رزولوشن و قدرت بالا میشه اما هزینه زیادی داره. معمولا استفاده از این نوع چاپگرها با تکنیک های مهندسی همراه میشه و اگرچه هزینه بالایی دارن اما می تونه نسبت به تکنیک های سنتی، هزینه پایین تری داشته باشه.
مواد خام چاپ سه بعدی
برای چاپ سه بعدی از دامنه گسترده ای از مواد خام استفاده میشه. مثل پلاستیک، فلزات، سرامیک و هر چیز دیگه ای. این به نوع کار بستگی داره. شاید پیش خودتون بگین نوع موادی که استفاده می کنین مهم نیست اما اشتباه می کنین. هر کدوم از این مواد، ویژگی های مخصوص به خودشون رو دارن و منجر به ضخامت، وضوح و جزئیات ویژه ای میشن. اگه قصد دارین برای کارهای هنری تون از این نوع چاپگرها استفاده کنین، گزینه هاتون یک مقدار محدود میشن. اما می تونین از رشته های منعطف، رشته های چوب مانند، مواد خام نیمه شفاف و پلاستیک ها برای این کار استفاده کنین. یادتون باشه که توی این تکنیک ها از گرما استفاده میشه و مواد خام باید گرما ببینن تا به هم پیوند بخورن.
مدل سازی برای چاپ سه بعدی
مدل سازی سه بعدی، بر اساس دو رویکرد مهم انجام میشه: مدل سازی سطح و مدل سازی جامد.
مدل سازی Surface: از این روش برای مدل سازی زوایا، لبه ها و سطوح استفاده میشه.
مدل سازی Solid: همون طور که از اسم این روش معلوم هست، برای مدل سازی داخل یک چیز از مدل سازی جامد استفاده میشه. مدل سازی Solid برای برنامه نویس ها و طراح ها کار دشواری هست بنابراین بیشتر از مدل سازی سطح استفاده میشه.
اگه مهارت چندانی توی مدل سازی Surface ندارید، توصیه می کنم از همون اول مدل سازی Solid رو یاد بگیرید.
من بیشتر دوست دارم از Solidworks استفاد کنم اما هزینه بالایی داره. به خاطر ظهور چاپ سه بعدی، انواع مختلفی از پکیج های مدل سازی Solid هم عرضه شده. یکی دیگه از کمپانی هایی که در این زمینه فعالیت می کنه، AutoCAD هست که اونم هزینه بالایی داره اما یکی از قدرتمندترین ابزارها محسوب میشه و قابلیت های زیادی داره.
من معمولا از ابزار Trimble Sketchup که رایگان هست و تبلیغات هم نداره، استفاده می کنم. اما یادتون باشه که برای دسترسی به فایل مناسب، به یک پسوند خاص نیاز داریم.
از هر ابزاری که استفاده می کنین، نهایتا باید با فرمت stl کار رو تموم کنین. اگرچه فرمت های زیادی برای این کار وجود داره اما بیشتر ابزارهای چاپ سه بعدی، از این فرمت پشتیبانی می کنن.
چاپ سه بعدی محصول
احتمالا با این تکنولوژی ها آشنا شدید، چند تا نرم افزار هم برای اینکار میشناسید و یک فایل هم درست کردید. چند تا راه برای این کار وجود داره. اینکه هزینه کنین و دستگاه چاپ سه بعدی بخرین. یا از خدمات چاپ سه بعدی استفاده کنین یا جایی رو پیدا کنین که بتونین از چاپگر سه بعدی اون استفاده کنید. هر کدوم از این روش ها، مزایا و معایب خودشون رو دارن.
برای خرید دستگاه به پول نیاز دارید. البته این مقدار به نسبت گذشته خیلی کمتر شده. با این روش، تنها به فناوری یک ماشین محدود میشید و از این رو از مواد خام محدود تری می تونین استفاده کنید. فرض کنین سرمایه چندانی نداشته باشید و به چاپ سه بعدی هم نیاز داشته باشید. این طوری نمی تونین از پس خریدن این دستگاه بر بیاین.
روش دیگه، استفاده از خدمات چاپ سه بعدی هست که این کار به صورت آنلاین یا از طریق کمپانی های محلی صورت می گیره. این روش هم مزیت ها و معایبی داره (هزینه بسیار بالا از معایب این روش محسوب میشه) و تکنولوژی ها و متریال های متعددی رو شامل میشه. یکی دیگه از معایب این روش، این هست که باید صبر کنین تا محصول چاپ شده مورد نظر براتون ارسال بشه.
سومین روش، اینه که چاپگرهای سه بعدی محلی رو شناسایی کنین. این روزها مراکزی محلی وجود دارن که دستگاه ها و متریال های مورد نیاز رو در اختیار میزارن و کسی که مشتاق چاپ سه بعدی باشه می تونه مهارت های مدل سازی خودش رو نشون بده.
یک روش دیگه هم هست. اون هم ترکیب سه روش بالاست. یعنی مدل اولیه رو خودتون درست کنین و برای مدل سازی نهایی، در اختیار مراکز خدمات چاپ سه بعدی قرار بدید.