انواع پرینتر سه‌بعدی و نحوه عملکرد آن در ساخت قطعات صنعتی

پرینتر های سه‌بعدی در سال‌های اخیر به یکی از ابزارهای مهم در صنایع گوناگون تبدیل شده‌اند. این دستگاه‌ها با استفاده از فناوری‌های به‌روز، امکان تولید قطعات و اجسام پیچیده را فراهم می‌کنند که ساخت آن‌ها با روش‌های سنتی ممکن است زمان‌بر یا حتی غیرممکن باشد. از مهندسی و طراحی صنعتی تا پزشکی و هنر، تکنولوژی‌های موجود در انواع پرینتر های سه‌بعدی در حال تغییر نحوه تولید و توسعه محصولات در بسیاری از زمینه‌ها هستند.

درک تفاوت بین  انواع پرینتر های سه‌بعدی و ویژگی‌های آن‌ها به شما کمک می‌کند تا بهترین گزینه را برای نیازهای صنعت خود انتخاب کنید. هر یک از این دستگاه‌ها با استفاده از تکنیک‌های متفاوتی کار می‌کنند که هرکدام ویژگی‌ها و مزایای خاص خود را دارند. بنابراین، انتخاب صحیح می‌تواند به بهبود کیفیت محصول نهایی و کاهش هزینه‌های تولید کمک کند.

نوع	فناوری	مواد	مزایا	معایب
استریولیتوگرافی (SLA)	استفاده از لیزر UV برای پخت رزین مایع و تبدیل آن به پلاستیک جامد به صورت لایه به لایه.	رزین فوتوپلیمر	دقت بالا، سطوح صاف، مناسب برای قطعات دقیق و نمونه‌های اولیه.	محدود به رزین‌های فوتوپلیمر، قطعات می‌توانند شکننده باشند.
پردازش نور دیجیتال (DLP)	مشابه SLA، اما از صفحه نمایش دیجیتال برای فلاش کردن تصویر هر لایه در سراسر پلتفرم استفاده می‌کند.	رزین فوتوپلیمر	سرعت بالا، مناسب برای جزئیات دقیق و هندسه‌های پیچیده.	محدود به رزین‌های فوتوپلیمر، احتمال تاب برداشتن قطعات در حین خنک شدن.
مدل‌سازی رسوب ذوبی (FDM)	لایه به لایه قطعات را با ذوب و اکستروژن فیلامنت ترموپلاستیک می‌سازد.	فیلامنت‌های ترموپلاستیک (ABS، PLA و غیره)	مقرون به صرفه، آسان برای استفاده، گستره وسیعی از مواد، ایده‌آل برای نمونه‌سازی عملکردی.	رزولوشن پایین‌تر، ممکن است قطعات نیاز به پردازش نهایی داشته باشند.
زینترینگ لیزری انتخابی (SLS)	از لیزر برای زینتر کردن پودر مواد استفاده می‌کند، که باعث می‌شود ذرات به هم بچسبند و ساختار جامدی تشکیل دهند.	پودرهای ترموپلاستیک (نایلون، پلی‌آمید)	بدون نیاز به سازه‌های پشتیبانی، قطعات با استحکام بالا، آزادی بیشتر در طراحی‌های پیچیده.	مدیریت پودر می‌تواند پر دردسر باشد، نیاز به پردازش نهایی برای حذف پودرهای اضافی.
ذوب لیزری انتخابی (SLM)	از لیزر پرقدرت برای ذوب کامل پودر فلز استفاده می‌کند و قطعه فلزی جامدی را تشکیل می‌دهد.	پودرهای فلزی (استیل ضد زنگ، تیتانیوم و غیره)	قطعات فلزی با استحکام بالا و دوام عالی، مناسب برای کاربردهای نهایی، امکان طراحی‌های پیچیده.	هزینه بالا، نیاز به پردازش نهایی گسترده، محدودیت در اندازه ساخت.
ذوب پرتو الکترونی (EBM)	از پرتو الکترونی با انرژی بالا برای ذوب پودر فلز در یک محیط خلاء استفاده می‌کند.	پودرهای فلزی (تیتانیوم، آلومینیوم و غیره)	تولید قطعات با استحکام بالا و مقاومت حرارتی، مناسب برای کاربردهای با تنش بالا، مناسب برای قطعات بزرگ‌تر.	هزینه بالا، دقت کمتر نسبت به SLM، نیاز به محیط خلاء.

 بیشتربخوانید: چاپ سه‌بعدی فیبر (چاپ سه‌بعدی کامپوزیتی) چیست و کاربرد آن در صنعت چیست؟

پرینتر سه‌بعدی نوع استرو لیتوگرافی Stereolithography (SLA)

استریولیتوگرافی (SLA) یکی از رایج‌ترین و پیشرفته‌ترین فرایندهای چاپ سه‌بعدی با رزین است که به دلیل دقت بالا، خواص ایزوتروپیک و قابلیت تولید نمونه‌های اولیه و قطعات نهایی ضدآب، به‌شدت محبوب شده است. این چاپگرها می‌توانند قطعاتی با خواص مواد پیشرفته، سطوح صاف و جزئیات دقیق تولید کنند. SLA به‌عنوان یک فناوری درجهت پیشرفت، در صنایع مختلفی مانند مهندسی، طراحی محصول و تولید، کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده است.

چاپگرهای SLA از یک منبع نور برای پخت رزین مایع و تبدیل آن به پلاستیک جامد استفاده می‌کنند. این فرایند با قراردادن منبع نور در زیر مخزن رزین و تابش نور به لایه‌های متوالی رزین، ساخت قطعات سه‌بعدی را ممکن می‌سازد. تکنولوژی‌هایی از جمله استریولیتوگرافی لیزری (SLA)، پردازش دیجیتال نور (DLP) و استریولیتوگرافی ماسک‌شده (MSLA) بر اساس نوع منبع نوری که استفاده می‌شود، توسعه یافته‌اند.

در دهه‌های اخیر، تحولات قابل‌توجهی در سخت‌افزار، نرم‌افزار و علم مواد مرتبط با چاپ سه‌بعدی SLA رخ داده است. این تحولات باعث شده که این فناوری قابل دسترس‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر شود و شرکت‌ها بتوانند روش‌های جدیدی برای نمونه‌سازی، تست و تولید ایجاد کنند. قطعات تولید شده توسط چاپگرهای SLA به دلیل کیفیت سطح بالا و جزییات دقیق، در محصول تولید شده نهایی به عنوان قطعات جایگزین  و ابزارهای تولید استفاده می‌شوند.

تاریخچه استریولیتوگرافی به دهه ۱۹۸۰ برمی‌گردد، زمانی که این فناوری توسط چارلز هال معرفی شد. اولین چاپگرهای SLA بزرگ و صنعتی بودند و به زیرساخت‌های پیچیده‌ای نیاز داشتند. اما با توسعه چاپگرهای رومیزی SLA، این فناوری به شکلی کوچک‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر درآمد و به کاربران بیشتری امکان دسترسی به این فناوری پیشرفته را داد. امروز، استریولیتوگرافی به‌عنوان یکی از سه فرایند اصلی چاپ سه‌بعدی پلاستیک شناخته می‌شود و در صنایع مختلف پذیرفته شده است.

پرینتر سه‌بعدی نوع Digital Light Processing (DLP)

DLP یک روش نسبتاً جدید برای چاپ سه‌بعدی است که کمک می‌کند خیلی سریع و دقیق قطعات مختلف را بسازید. این فناوری، همان‌طور که از نامش پیداست، از نور استفاده می‌کند تا لایه‌های مختلف را به‌طور همزمان پلیمریزه کند و آن‌ها را تبدیل به یک جسم جامد کند. این روند خیلی شبیه به فناوری SLA است، اما با یک تفاوت مهم؛ در DLP، یک منبع نوری بزرگ به‌جای یک لیزر کوچک استفاده می‌شود تا کل لایه را در یک‌بار نوردهی کند، در حالی که در SLA، لیزر باید یک‌به‌یک هر لایه را طی کند.

یکی از مزایای مهم DLP این است که می‌توانیم محصولات و نقشه‌های بسیار پیچیده‌ای را با سرعت بالا تولید کنیم. مثلاً فکر کنید می‌خواهیم یک مجسمه کوچک با جزئیات زیاد یا یک قالب جواهرسازی ظریف را بسازیم؛ با DLP می‌توانیم این کار را با دقت بالا و در مدت‌زمان کوتاهی انجام بدهیم. چون این فناوری تمامی لایه‌ها را همزمان پلیمریزه می‌کند، سرعت کار خیلی بیشتر از روش‌های دیگر است.

البته باید بگوییم که DLP هم معایب خودش را دارد. مثلاً وقتی فوتوپلیمرها در این فرایند ذوب می‌شوند، بوی نسبتاً تندی تولید می‌شود که ممکن است برای محیط‌های کاری کوچک یا دفاتر مناسب نباشد. همچنین، اگر بخواهیم قطعات بزرگ‌تری بسازیم، احتمال دارد که این قطعات پس از ساخت کمی تاب بردارند یا به اصطلاح خودمان کج بشوند.

داستان DLP به سال‌های دهه ۱۹۸۰ برمی‌گردد. زمانی که نخستین بار فناوری SLA به دنیا معرفی شد، کمی بعد هم DLP به‌عنوان یکی از روش‌های مشابه اما سریع‌تر به بازار آمد. این دو روش خیلی به هم نزدیک هستند و گاهی با هم مقایسه می‌شوند، اما هر کدام ویژگی‌های خودشان را دارند.

 بیشتربخوانید: Azure Digital Twins شرکت مایکروسافت چیست؟ کاربرد آن در صنعت

پرینتر سه‌بعدی نوع Fused Deposition Modeling (FDM)

فناوری FDM یا مدل‌سازی رسوب ذوبی، یکی از روش‌های پرکاربرد و جذاب در حوزه چاپ سه‌بعدی است که با رویکرد افزایش سرعت در تولید عمل می‌کند. این تکنولوژی به گونه‌ای است که در حین فرایند، مواد لایه‌به‌لایه به یکدیگر اضافه می‌شوند تا قطعه نهایی شکل بگیرد، بر خلاف روش‌های سنتی که در آن‌ها مواد به صورت یکپارچه قالب گذاری می‌شوند. در این نوع پیرینتر سه بعدی، ویژگی فوق و استفاده از مواد قابل حل، فرایند ساخت قطعات با طراحی‌های پیچیده و حفره‌های داخلی را بسیار ساده‌تر می‌کند.

FDM فناوری‌ای است که برای استفاده در محیط‌های اداری بسیار مناسب و بدون ایجاد آلودگی است؛ چرا که از مواد با کیفیت بالا که از نظر طول عمر و فاکتورهای زیست‌محیطی پایدار هستند، بهره می‌برد. این مواد، که عموماً ترموپلاستیک‌هایی هستند، ویژگی‌های لازم برای انواع کارهایی که دقت، دوام و پایداری در شرایط مختلف را می‌طلبند، به خوبی فراهم می‌کنند.

از مزایای این فناوری می‌توان به کاهش هزینه‌های تولید و زمان تحویل سریع‌تر اشاره کرد. FDM به شما این امکان را می‌دهد که سریع‌تر به بازار وارد شده و از مزیت رقابتی برخوردار شوید. همچنین، مجموعه گسترده‌ای از مواد در دسترس است که می‌تواند نیازهای مختلف از نمونه‌سازی عملکردی تا تولید قطعات نهایی را پوشش دهد.

ویژگی دیگر مثبت FDM دقت و قابلیت اعتماد آن است که باعث تکرارپذیری بالا در تولید می‌شود. این دستگاه‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که کار با آن‌ها آسان بوده و برای استفاده در ادارات تا کارخانه‌ها مناسب‌اند. تنوع مواد موجود در این فناوری امکان اجرای کاربردهای متنوعی را فراهم می‌کند که شامل پلاستیک‌های مهندسی و پلیمرهای با عملکرد بالا می‌شود. به این ترتیب، FDM به یکی از بهترین گزینه‌ها برای کسانی تبدیل شده که به دنبال راه‌حل‌های دقیق و موثر در حوزه چاپ سه‌بعدی هستند.

 بیشتربخوانید: AWS IoT TwinMaker: مدل‌سازی دیجیتال برای سیستم‌های فیزیکی و دیجیتالی

پرینتر سه بعدی نوع Selective Laser Sintering (SLS)

این فناوری یکی از روش‌های پیشرفته چاپ سه‌بعدی است که از یک لیزر قوی برای ایجاد قطعات استفاده می‌کند. ممکن است بپرسید این فرایند چطور کار می‌کند؟ خیلی ساده است؛ لیزر، پودر پلیمر را در نقاطی که نیاز است، گرم می‌کند و این گرما باعث می‌شود ذرات پودر به هم بچسبند و یک ساختار جامد را تشکیل بدهند. این روش، به ما اجازه می‌دهد تا قطعات پیچیده با جزئیات دقیق را بدون نیاز به سازه‌های پشتیبان تولید کنیم. این فناوری یکی از انواع پرینتر سه‌بعدی است که به ما امکان می‌دهد تا در صنایع گوناگون، قطعاتی با کیفیت بالا و ساختار پیچیده تولید کنیم.

یکی از جذابیت‌های SLS این است که می‌توانیم قطعاتی بسازیم که از لحاظ کیفیت و مقاومت بسیار نزدیک به قطعات تولید شده با روش‌های سنتی مانند قالب‌گیری تزریقی هستند. مثلاً فرض کنید می‌خواهیم قطعه‌ای بسازیم که هم مقاوم باشد و هم از لحاظ جزئیات دقیق و تمیز باشد؛ با استفاده از SLS می‌توانیم به این هدف دست پیدا کنیم. وقتی قطعه چاپ شد، فقط کافی است کمی زمان بدهیم تا خنک شود و سپس می‌توانیم آن را از پودرهای اضافی پاک کنیم و اگر نیاز باشد، سطح آن را کمی صاف‌تر کنیم تا ظاهر نهایی بهتری داشته باشد.

حالا چرا باید SLS را انتخاب کنیم؟ این فناوری به ما آزادی طراحی بیشتری می‌دهد، یعنی می‌توانیم بدون نگرانی از پیچیدگی‌های ساخت، هر ایده‌ای که داریم را به واقعیت تبدیل کنیم. علاوه‌براین، سرعت و بهره‌وری بالای این روش باعث می‌شود که بتوانیم با هزینه کمتری قطعاتی با کیفیت تولید کنیم و به بازار عرضه کنیم. همین ویژگی‌ها باعث شده است که SLS گزینه‌ای مناسب برای کسانی باشد که به دنبال کاهش زمان توسعه محصول و تولید قطعات سفارشی هستند. در مقایسه با انواع پرینتر سه‌بعدی دیگر، SLS به‌ویژه برای تولید قطعات با کیفیت و مقاومت بالا، انتخابی بی‌نظیر محسوب می‌شود.

پرینتر سه‌بعدی نوع Selective Laser Melting (SLM)

تکنولوژی چاپ سه‌بعدی SLM یا همان ذوب انتخابی لیزری یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های چاپ فلزات است که به کمک آن می‌توان قطعات فلزی با ساختارهای پیچیده و مقاومت بالا تولید کرد. این فرایند، با استفاده از یک لیزر قوی انجام می‌شود که پودر فلز را به‌صورت لایه‌به‌لایه ذوب کرده و قطعه نهایی را شکل می‌دهد. چاپگرهای SLM برای تولید قطعاتی با ویژگی‌های مکانیکی و ظاهری عالی و مشابه با قطعات تولید شده با روش‌های سنتی مانند ریخته‌گری یا ماشین‌کاری به کار می‌روند.

یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد چاپ سه‌بعدی SLM این است که می‌توان قطعاتی فلزی با طراحی‌های بسیار پیچیده و داخلی تولید کرد که در روش‌های سنتی امکان‌پذیر نبود. این فناوری به ما اجازه می‌دهد تا قطعاتی با اشکال هندسی پیچیده، کانال‌های داخلی یا ساختارهای مشبک ایجاد کنیم که وزن قطعات را کاهش می‌دهد و کارایی آن‌ها را نیز ارتقا می‌دهد. این ویژگی‌ها باعث شده که SLM در صنایع مختلف از جمله هوافضا، پزشکی و خودروسازی مورد استفاده قرار گیرد.

چاپگرهای SLM به‌ویژه در تولید قطعاتی که نیاز به دقت بالا و مقاومت زیاد دارند، موثر هستند. از آنجا که این فناوری از فلزات با کارایی بالا مانند تیتانیوم و آلومینیوم استفاده می‌کند، می‌توان از آن برای تولید قطعاتی که در محیط‌های سخت و شرایط دشوار کار می‌کنند، استفاده کرد. به‌عنوان مثال، در صنعت هوافضا از چاپگرهای SLM برای تولید قطعاتی مانند چرخ‌های فرود استفاده می‌شود که باید در برابر فشارهای شدید مقاومت کنند.

یکی دیگر از مزایای SLM این است که زمان تولید قطعات را کاهش می‌دهد. با استفاده از این فناوری، می‌توان قطعات پیچیده را در چند روز تولید کرد، در حالی که با روش‌های سنتی ممکن است ماه‌ها زمان ببرد. این سرعت تولید، به‌ویژه در مراحل آزمایش و تایید قطعات، یک مزیت بزرگ محسوب می‌شود و به تولیدکنندگان امکان می‌دهد که سریع‌تر به بازار وارد شوند و نوآوری‌های خود را عملی کنند.

 بیشتربخوانید: چگونه رایانش ابری به شرکت‌ها در دستیابی به اهداف توسعه پایدار کمک می‌کند

پرینتر سه بعدی نوع Electronic Beam Melting (EBM)

ذوب پرتو الکترونی (EBM) یکی از فناوری‌های نوآورانه در زمینه چاپ سه‌بعدی است که برای تولید قطعات فلزی از پرتوهای الکترونی استفاده می‌کند. در این فرایند، پودر فلزی توسط پرتو الکترونی با انرژی بالا ذوب شده و به‌صورت لایه‌ای به یک ساختار جامد تبدیل می‌شود. تولید در یک محفظه خلا صورت می‌گیرد تا از اکسیداسیون جلوگیری شود؛ زیرا اکسیداسیون می‌تواند خواص مکانیکی فلز را تحت‌تاثیر قرار دهد. این ویژگی EBM را به گزینه‌ای مناسب برای تولید قطعات با استحکام و مقاومت بالا تبدیل کرده است.

تکنولوژی EBM به دلیل استفاده از پرتوهای الکترونی به جای لیزر، مزایای خاص خود را دارد. یکی از این مزایا توانایی تولید قطعات بزرگ‌تر با سرعت بیشتر نسبت به SLM است. با این حال، دقت قطعات تولید شده با EBM ممکن است کمتر از قطعات تولید شده با SLM باشد. بنابراین، انتخاب بین این دو فناوری بستگی به نیازهای خاص پروژه دارد. در صورتی که تولید سریع قطعات بزرگ مورد نیاز باشد، EBM می‌تواند گزینه بهتری باشد.

یکی از کاربردهای عمده EBM در صنایع هوافضا و پزشکی مشاهده می‌شود. در این حوزه‌ها، قطعاتی مثل ایمپلنت‌های تیتانیومی یا اجزای موتورهای جت نیازمند استحکام و دقت بالایی هستند. استفاده از EBM در این صنایع به تولید قطعات با خواص مکانیکی بهتر و دقت بالا کمک می‌نماید. برای نمونه، در تولید ایمپلنت‌های پزشکی، EBM می‌تواند قطعاتی با ساختارهای پیچیده و تخلخل کنترل شده ایجاد کند که به ادغام بهتر آن‌ها با بافت‌های بدن یاری می‌رساند. این فناوری، یکی از انواع پرینتر سه‌بعدی پیشرفته محسوب می‌شود که به تولید قطعات دقیق و مقاوم در صنایع حساس کمک می‌کند.

سخن پایانی

در پایان باید گفت؛ انواع پرینتر سه‌بعدی با توجه به نیازهای مختلف، از تولید نمونه‌های اولیه تا ساخت قطعات نهایی، ابزارهایی حیاتی در دنیای امروز هستند. انتخاب صحیح یک پرینتر سه‌بعدی با توجه به نوع مواد، دقت مورد نیاز و کاربرد مورد نظر، می‌تواند تاثیر زیادی در موفقیت پروژه‌های شما داشته باشد. با توجه به پیشرفت‌های روزافزون در این فناوری، انتظار می‌رود که کاربردهای آن در آینده حتی گسترده‌تر شود و به بخش‌های بیشتری از زندگی روزمره ما نفوذ کند. بنابراین، مهم است که با شناخت دقیق از انواع پرینتر های سه بعدی و تفاوت‌های آن‌ها، بتوانید بهترین تصمیم را برای پروژه‌ها و نیازهای خود بگیرید. با انتخاب درست، می‌توانید از قابلیت‌های بی‌نظیر این تکنولوژی بهره‌مند شوید و محصولات با کیفیت و دقیق تولید کنید.

منبع: افزانسازان

• انواع پرینتر سه‌بعدی

 بیشتربخوانید: گام بعدی دستورکار تحول دیجیتال شما چیست؟