چاپ سه بعدی 3D Printing

چاپ سه بعدی یا 3D Printing چیست؟

چاپ سه بعدی (3D Printing) به فرایندی گفته می‌شود که طی آن مواد اولیه تحت کنترل یک دستگاه رایانه ای به صورت لایه به لایه روی یکدیگر قرار می‌گیرند و در نهایت یک شئ فیزیکی سه بعدی ایجاد می‌شود.

چاپ سه بعدی چگونه انجام می‌شود؟

شیئی که قرار است به صورت سه بعدی چاپ شود معمولا در قالب یک مدل سه بعدی دیجیتال طراحی می‌شود و سپس توسط یک چاپگر سه بعدی با قرارگیری لایه به لایه مواد روی یکدیگر (تولید افزایشی یا Additive Manufacturing)، شئ نهایی ایجاد می‌شود. جالب است بدانید مفهوم تولید افزایشی در نقطه مقابل تولید کاهشی (یا Subtractive Manufacturing) قرار می‌گیرد. به این ترتیب که در تولید کاهشی با کمک ابزارهای ماشینی از حذف کردن مواد (نظیر بریدن) برای تشکیل شئ سه بعدی استفاده می‌شود.

مدل‌های سه بعدی مورد نیاز معمولا با استفاده از یک نرم افزار مدل سازی سه بعدی و یا با کمک یک اسکنر سه بعدی ایجاد می‌شوند. هرچند خروجی طراحی این مدل‌ها با کمک رایانه (و استفاده از نرم افزارهای CAD) کاملا بدون خطا نیست (و نیازمند ترمیم می‌باشد) اما باز هم در مقایسه با روش‌های دیگر (از جمله اسکن سه بعدی) با خطای کمتری همراه خواهد بود.

پس از ایجاد فایل مدل سه بعدی، با استفاده از نرم افزارهای ویژه‌ای موسوم به Slicer یا برش دهنده (و یا براساس پردازش‌هایی که توسط خود پرینتر انجام می‌شود)، مدل سه بعدی به لایه‌های نازکی تبدیل می‌شود که برای چاپ لایه به لایه توسط پرینتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هرچند تمامی چاپگرهای سه بعدی مبتنی بر تولید افزایشی عمل می‌کنند اما از نظر جنس مواد اولیه و همچنین نحوه قرارگیری لایه‌ها روی یکدیگر تفاوت‌هایی دارند. در یکی از رایج‌ترین تکنولوژی‌های چاپ سه بعدی موسوم به FDM از نوعی ماده ترموپلاستیک به نام فیلامنت (Filament) استفاده می‌شود. در این روش، رشته‌ای از فیلامنت به صورت جامد از روی قرقره به سمت یک نازل هدایت می‌شود و تحت حرارت به شکل مایع درآمده روی مسیری که مطابق مدل لایه‌ای تعیین شده است از نازل خارج می‌شود. این مایع در زمان کوتاهی پس از قرار گرفتن روی سطح کار، سرد شده و به حالت جامد درمی‌آید. در روش‌های پرکاربرد دیگری که به SLA و DLP موسوم هستند نیز از نوعی رزین مایع استفاده می‌شود که در اثر تابش نور مناسب به حالت جامد تبدیل شده و لایه‌های شئ را یکی پس از دیگری تشکیل می‌دهند.

جالب است بدانید به منظور چاپ طرح سه بعدی‌تان لازم نیست برای خرید یک چاپگر سه بعدی هزینه کنید. از آنجایی که نمونه‌های حرفه‌ای این چاپگرها و هزینه مواد اولیه مورد استفاده برای کاربران معمولی چندان توجیه مالی ندارد سرویس‌های فراوانی را می‌توانید بیابید که مدل سه بعدی شما را برایتان چاپ می‌کنند. حتی اگر تجربه کار با نرم افزارهای طراحی سه بعدی (نظیر نرم افزار رایگان و منبع باز Blender) را هم ندارید می‌توانید با اندکی جستجو از میان نمونه‌های از پیش آماده شده، مدل سه بعدی مدنظرتان را انتخاب کنید!

کاربردهای چاپ سه بعدی

نمونه سازی سریع یکی از رایج‌ترین کاربردهای چاپ سه بعدی به شمار می‌رود. در واقع با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی، امکان ایجاد سریع نمونه‌های اولیه قطعات بدون نیاز به صرف هزینه بالا میسر می‌شود. علاوه براین استفاده از پرینترهای سه بعدی در کلاس‌های درس و آزمایشگاه‌ها، امکان خلق فیزیکی ایده‌هایی که در ذهن دانش آموزان و دانشجویان شکل گرفته است را در زمانی قابل قبول امکان‌پذیر می‌کند.

چاپ غذاها و خوراکی‌های متنوع (از جمله شکلات، پاستا، پیتزا و …) نیز از کاربردهای خوشمزه و البته عجیب این فناوری به شمار می‌رود. ساخت وسایل تزئینی (مانند مجسمه فرد در ابعاد کوچک)، تولید سفارشی عینک‌های آفتابی، صنعت لباس و مد و حتی کفش‌های ورزشی (که متناسب با ابعاد پا و سلیقه فرد مدل سازی شده است) از جمله مواردی هستند که با کمک فناوری‌های چاپ سه بعدی رویکرد متفاوتی را در پیش گرفته‌اند. به علاوه، چاپ سه بعدی در ایجاد ایمپلنت‌های پزشکی، سمعک و حتی مصنوعات دندان پزشکی (از جمله دندان‌های مصنوعی و تاج دندان) که دارای فرمی متناسب با فرد بیمار هستند توانسته کمک‌های شایانی به حوزه پزشکی ارائه نماید. صنایع خودروسازی، صنایع فضایی، ساختمان‌سازی، مدل‌سازی معماری و حتی ساخت منزل نیز از فناوری در حال رشد چاپ سه بعدی بی نصیب نمانده‌اند.

هرچند چاپ سه بعدی برای تولید سفارشی کالاها (متناسب با خواست و سلیقه فرد) گزینه‌‌ای مناسب و به نسبت سایر روش‌های تولید سفارشی مقرون به صرفه‌تر و سریع‌تر است اما در حال حاضر همچنان برای تولید انبوه یک کالا از نظر هزینه قابل توجیه نمی‌باشد و در برخی موارد از لحاظ نوع مواد اولیه و دوام کالای حاصل نیز با محدودیت‌هایی روبروست.