مقدمه
هرکدام از تکنولوژی ها در نحوه ی تشکیل قطعات پلاستیکی و فلزی متفاوت بوده و میتوانند در انتخاب مواد، پرداخت سطح، دوام، سرعت ساخت و هزینه نیز گوناگون باشند.
انواع مختلفی از پرینت سه بعدی وجود دارد که عبارتند از:
v تفجوشی لیزری گزینشی (SLS)
v پردازش نور دیجیتال (DLP)
v ذوب مولتیجت (MJF)
v پلی جت
v تفجوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS)
v ذوب پرتو الکترونی (EBM)
انتخاب فرآیند چاپ سه بعدی مناسب برای کاربرد مورد نظر شما، مستلزم درک نقاط قوت و ضعف هر فرآیند و ترسیم آن ویژگی ها جهت تامین نیازهای توسعه ی محصول شما است. بیایید ابتدا در مورد این که چگونه پرینت سه بعدی در چرخه ی توسعه ی محصول قرار می گیرد، بحث نموده و سپس نگاهی به انواع رایج فناوری های پرینت سه بعدی و مزایای هر کدام بیاندازیم.
پرینت سه بعدی برای نمونه سازی سریع و فراتر از آن
به جرات می توان گفت که پرینت سه بعدی اغلب برای نمونه سازی استفاده می شود. توانایی آن در ساخت سریع یک قطعه ی واحد، توسعه دهندگان محصول را قادر می سازد تا ایده ها را به شیوه ای مقرون به صرفه تایید نموده و به اشتراک بگذارند. تعیین هدف از نمونه ی اولیه ی شما نشان می دهد که کدام فناوری پرینت سه بعدی سودمندتر خواهد بود. تولید افزایشی می تواند برای طیف وسیعی از نمونه های اولیه که از مدل های فیزیکی ساده تا قطعات مورد استفاده برای آزمایش عملکردی را شامل می شود، مناسب باشد.
علیرغم این که پرینت سه بعدی تقریبا مشابه نمونه سازی سریع است، سناریوهایی وجود دارد که این فرآیند به طور خاص مناسب آنهاست. معمولا این کاربردها شامل تولید در حجم های کم و هندسه های پیچیده هستند. اغلب، قطعات مورد استفاده برای کاربردهای هوافضا و پزشکی گزینه های ایده آلی برای تولید پرینت سه بعدی می باشند؛ زیرا معمولا با معیارهایی که قبلا توضیح داده شد، مطابقت دارند.
فناوری SLA، قطعات پلاستیکی را با پخت یک رزین ترموست مایع به کمک لیزر UV می سازد.
پنج نکته در مورد پرینت سه بعدی
مانند بسیاری از اتفاقات زندگی، به ندرت پاسخ سادهای درمورد توضیح انتخاب فرآیند پرینت سه بعدی وجود دارد. هنگامی که به مشتریان در ارزیابی گزینه های پرینت سه بعدی خود کمک می کنیم، معمولا به پنج معیار کلیدی برای تعیین این که کدام فناوری نیازهای آنها را برآورده می کند، اشاره می نماییم:
1. بودجه
2. الزامات مکانیکی
3. ظاهر زیبا
4. انتخاب مواد
5. هندسه
فرآیندهای پرینت سه بعدی پلیمری
بیایید برخی از فرآیندهای رایج پرینت سه بعدی پلاستیکی را مشخص نموده و در مورد این که هر کدام چه زمانی بیشترین ارزش را برای توسعه دهندگان، مهندسان و طراحان محصول دارند، بحث کنیم.
استریولیتوگرافی (SLA)
استریولیتوگرافی (SLA) فرآیند اصلی پرینت سه بعدی صنعتی است. پرینترهای SLA در تولید قطعاتی با جزئیات زیاد،پرداخت سطح صیقلی و تلرانس‌های دقیق برتری دارند. پرداخت سطوح با کیفیت روی قطعات SLA، نه تنها زیبا به نظر می رسند، بلکه می توانند به عملکرد قطعه- برای مثال، آزمایش تناسب یک مجموعه نیز کمک کنند. این امر به طور گسترده در صنعت پزشکی استفاده شده و کاربردهای رایج آن شامل مدل های تشریحی و میکروسیالات می باشد.
هنگامی که ساخت SLS کامل شد، تکنسین قطعه را از بستر پودر خارج نموده، مواد اضافی را برس کشیده و سپس قطعه را دانه شویی می‌کند.
تف جوشی لیزری گزینشی (SLS)
تف جوشی لیزری گزینشی (SLS) پودرهای پایه نایلونی را با هم ذوب کرده و به پلاستیک جامد تبدیل می نماید. از آنجایی که قطعات SLS از مواد ترموپلاستیک واقعی ساخته شده‌اند، بادوام بوده، برای آزمایش عملکرد مناسب هستند و میتوانند از اتصالات تاشو و قفل شونده پشتیبانی کنند. در مقایسه با SL، قطعات محکم تر هستند، اما پرداخت سطح خشن‌تری نیز دارند. SLS به سازه های پشتیبانی نیاز ندارد؛ بنابراین میتوان از کل پلتفرم ساخت برای قرار دادن چندین قطعه در یک ساختمان واحد استفاده نمود - که آن را برای قطعات با مقادیر بیشتر نسبت به سایر فرآیندهای پرینت سه بعدی مناسب میسازد. بسیاری از قطعات SLS برای نمونه‌سازی طرح‌هایی استفاده می‌شوند که روزی قالب‌گیری تزریقی خواهند شد.
پلیجت
پلیجت یکی دیگر از فرآیندهای پرینت سه بعدی پلاستیکی است؛ اما دارای نوعی پیچیدگی می باشد. این فرآیند میتواند قطعاتی با ویژگی های متعددی نظیر رنگ و جنس مواد بسازد. طراحان می توانند از این فناوری برای نمونه سازی قطعات الاستومری یا قالب گیری شده در شرایط خاص استفاده نمایند. اگر طرح شما یک پلاستیک خاص و محکم است، به شدت توصیه می کنیم از SL یا SLS استفاده کنید؛ زیرا مقرون به صرفه تر خواهد بود. اما اگر در حال نمونه سازی یک طرح لاستیکی دارای قالب گیری خاص یا سیلیکونی هستید، پلیجت می تواند شما را از نیاز به سرمایه گذاری روی ابزارسازی در ابتدای چرخه ی توسعه نجات دهد. این امر میتواند ضمن کمک به شما در تسریع اجرای طرح و اعتباربخشی به آن، در صرفه جویی هزینه نیز موثر واقع شود.
پردازش نور دیجیتال (DLP)
پردازش نور دیجیتال شبیه به SLA است؛ زیرا در این فرآیند، پخت رزین مایع با استفاده از نور انجام می شود. تفاوت اصلی بین این دو فناوری این است که DLP از صفحه نمایش پروژکتور نور دیجیتال استفاده می کند؛ در حالی که SLA از لیزر UV بهره میبرد. این بدان معناست که پرینترهای سه بعدی DLP میتوانند یک لایه ی کامل از سازه را به یکباره تصویربرداری نموده و در نتیجه سرعت ساخت بالاتری داشته باشند. در حالی که اغلب برای نمونه سازی سریع استفاده می شود، توان عملیاتی بالاتر چاپ DLP، آن را برای تولید قطعات پلاستیکی با حجم کم مناسب می سازد.
ذوب مولتی جت (MJF)
دستگاههای مولتی جت برای قطعات فلزی
مشابه SLS، ذوب مولتی جت نیز قطعات کاربردی را از پودر نایلون میسازد. به جای استفاده از لیزر برای تفجوشی پودر، MJF از یک آرایه ی جوهر افشان برای اعمال مواد در حال ذوب بر روی بستر پودر نایلون استفاده می کند. سپس یک جسم (المنت) حرارتی از روی بستر عبور نموده تا هر لایه را جوش دهد. این امر منجر به ایجاد خواص مکانیکی سازگارتر در مقایسه با SLS و همچنین بهبود سطح می شود. یکی دیگر از مزایای فرآیند MJF، تسریع زمان ساخت است که منجر به کاهش هزینه های تولید می شود.
مدلسازی رسوب ذوب شده (FDM)
مدلسازی رسوب ذوب شده (FDM) یک فناوری پرینت سه بعدی رومیزی رایج برای قطعات پلاستیکی است. یک پرینتر FDM با اکسترود کردن رشته ای پلاستیکی، لایه به لایه بر روی پلتفرم ساخت کار می کند. این یک روش مقرون به صرفه و سریع برای تولید مدل های فیزیکی است. مواردی وجود دارد که میتوان از FDM برای آزمایش عملکردی استفاده نمود؛ اما این فناوری به دلیل داشتن سطوح نسبتا ناهموار و عدم استحکام قطعات، محدود می باشد.
فرآیندهای پرینت سه بعدی فلزی
تفجوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS)
پرینت سه بعدی فلزی امکانات جدیدی را برای طراحی قطعات فلزی فراهم مینماید. فرآیندی که ما در مجموعه برای پرینت سه بعدی قطعات فلزی استفاده می کنیم، تفجوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS) است. این روش اغلب برای کاهش مجموعه های فلزی و چند قسمتی به یک جزء یا قطعات سبک وزن با اتصالات داخلی یا اجزای توخالی استفاده می شود. DMLS هم برای نمونه سازی و هم برای تولید مناسب است؛ زیرا چگالی قطعات به اندازه ی قطعاتی است که با روش های سنتی ساخت فلز مانند ماشینکاری یا ریختهگری ساخته می شوند. ساخت اجزای فلزی با هندسه های پیچیده نیز آن را برای کاربردهای پزشکی که طراحی قطعه باید بر اساس ساختاری ارگانیک باشد، مناسب میسازد.
ذوب پرتو الکترونی (EBM)
ذوب پرتوهای الکترونی یکی دیگر از فناوری‌های پرینت سه بعدی فلزی است که از یک پرتو الکترونی که توسط سیم پیچ‌های الکترومغناطیسی کنترل می‌شود، برای ذوب پودر فلز استفاده می‌کند. بستر چاپ در حین ساخت گرم شده و در شرایط خلاء قرار میگیرد. دمایی که ماده تا آن حد گرم می شود، توسط ماده ی مورد استفاده تعیین می گردد.
زمان استفاده از پرینت سه بعدی
همانطور که قبلا گفته شد، چند وجه مشترک میان کاربردهای پرینت سه بعدی وجود دارد. اگر مقدار قطعات شما نسبتا کم است، پرینت سه بعدی میتواند گزینه ای بهینه باشد – مطابق راهنمایی که ما به مشتریان خدمات پرینت سه بعدی خود ارائه می دهیم، این امر معمولا مربوط به 1 تا 50 قطعه است. از جایی که حجم آن به صدها میرسد، ارزش بررسی سایر فرآیندهای تولید را خواهد داشت. اگر طراحی شما دارای هندسه ی پیچیده ای می باشد که برای عملکرد قطعه ی شما ضروری است، مانند یک قطعه ی آلومینیومی با کانال خنک کننده ی داخلی، پرینت سه بعدی ممکن است تنها گزینه ی پیش روی شما باشد.
انتخاب فرآیند مناسب، در هم راستایی مزایا و محدودیت های هر فناوری با مهمترین نیازهای کاربرد مد نظر شما محقق می شود. در مراحل اولیه، زمانی که ایده‌ها مطرح شده و تنها چیزی که نیاز دارید یک مدل برای به اشتراک گذاشتن با همکارتان است، ارائه ی این سطوح پله‌ای و ناصاف از طرف شما چندان نگران کننده نیستند. اما هنگامی که به نقطه ای رسیدید که باید آزمایش مد نظر کاربر را انجام دهید، اهمیت عواملی مانند زیبایی ظاهری و ماندگاری آشکار می شود. اگرچه هیچ راه حل یکسانی وجود ندارد، اما استفاده صحیح از فناوری پرینت سه بعدی در طول توسعه ی محصول، ریسک طراحی را کاهش داده و در نهایت منجر به تولید محصولات بهتر می شود.
