عملکرد پرینتر سه بعدی و مزایای استفاده از این چاپگر

چاپگر یا پرینتر سه بعدی یک دستگاه کوچک اما فوق العاده می باشد که می تواند اشیاء را به شکل سه بعدی چاپ نماید. عملکرد پرینتر سه بعدی با اضافه نمودن لایه های متعدد انجام می پذیرد به شکلی که برش هایی به شکل مقاطع افقی بر روی هم قرار گرفته و در نهایت فرم شیء به وجود خواهد آمد.

نحوه عملکرد پرینتر سه بعدی

سال ۱۹۸۷ بود که انقلابی بزرگ در تکنولوژی به وسیله فردی به نام هال شکل گرفت. چاک هال فردی بود که سیستم های سه بعدی را بنیان گذاری نمود. چاک هال در شرکتی که روکش های فوتوپلیمری برای میز و صندلی ها تولید می نمود، مشغول به کار بود.

فوتوپلیمرها در واقع یکی از انواع پلیمرها می باشند که با تابش نور فرابنفش، به حالت جامد در خواهد آمد. هال به این موضوع فکر می کرد که می توان چند لایه را به شکل جامد در آورد و به یک طرح سه بعدی دست یافت. بعد از آن چاک هال ایده خویش را با مدیران شرکت در میان نهاد، مدیران تلاش کردند تا جای ممکن دست هال را در اجرای ایده باز گذارند و امکانات مورد نیاز را در اخبار او قرار دادند. با انجام آزمون و خطاهای مختلف و بسیار، بالاخره چاک نتوانست یک دستگاه سه بعدی را بسازد و اولین نوع از پرینترهای فرمت SLA را ابداع نماید. در این مطلب می خواهیم به بررسی عملکرد پرینتر سه بعدی و قسمت های مختلف آن بپردازیم و بیشتر با آن آشنا شویم.

چاپگر سه بعدی

چاپکر سه بعدی یک نوع ابزار است که می توان با استفاده از آن عکس هایی را که دوست دارید به شکل سه بعدی چاپ نمایید یا بسازید. شرکت CONNEX یکی از مهمترین شرکت هایی است که در این مورد به خوبی کار کرده است.

در عملکرد پرینتر سه بعدی دستگاه پرینتر سه بعدی این امکان را در اختیار فرد قرار می دهد تا از ماده های کامپوزیتی در چاپ طرح های سه بعدی استفاده نماید. همچنین در انواع جدید این پرینترهای سه بعدی افزونه ای به اسم Object connex به آن اضافه کرده اند. این افزونه باعث بالا رفتن دقت چاپ طرح سه بعدی شده است و باعث شده تا طرح ها واقعی تر به نظر برسند.

عملکرد پرینتر سه بعدی به شکلی می باشد که به کاربران اجازه استفاده از ۱۴ ماده مختلف را برای چاپ کردن طرح دلخواه خود خواهد داد. دستگاه های جدید چاپگرهای سه بعدی توانایی دارند تا طرح ها را به شکل واقعی نشان دهند. این فناوری همچنان در حال پیشرفت می باشد و باعث می شود تا هر چیزی را که دوست داشته باشید به صورت اشیاء بسازید.

مزایای پرینترهای سه بعدی

قبل از بررسی عملکرد پرینتر سه بعدی بهتر است با مزایای آن آشنا شویم. یکی از مهمترین و البته اولین مزیت برای دستگاه های چاپگر سه بعدی این موضوع است که نیازی به متصل شدن به رایانه ندارد و فایل ها را از راه SD memory خواهد ساخت. در این حین تمام عملیات چاپ به وسیله پردازشگر دستگاه صورت می گیرد. همچنین در حین چاپ می توان خیلی راحت سرعت و کیفیت چاپ را تعیین کرد. از دیگر مزایای این دستگاه می توانیم به دقت در چاپ و واقعی بودن طرح های خروجی اشاره نماییم.

نحوه کار با پرینتر سه بعدی

عملکرد پرینتر سه بعدی به این شکل می باشد که دستگاه پرینتر فایل مد نظر را از نرم افزارهای سه بعدی گرفته و سپس با استفاده از لایه گذاری ساخت طرح را آغاز می نماید. در آغاز کار پلاستیکی از جنس ABS به شکل مفتول که دارای قطر ۳ سانتی متر می باشد را وارد دستگاه می نماید.

در ادامه عملکرد پرینتر سه بعدی دستگاه با دمای ۳۰۰ درجه مفتول وارد شده را ذوب می نماید و هد دستگاه با قدرتی معادل ۳۳ میکرون جابجا می گردد. هد چاپگر سه بعدی دارای قابلیت حرکت در سه جهت X, Y, Z است.

کاربرد پرینتر سه بعدی در صنعت

پرینترهای سه بعدی در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند که در ادامه با آن ها آشنا خواهیم شد:

• در شرکت های معماری برای ساخت انواع ماکت
• در صنایع پزشکی به منظور ساختن اجزای مصنوعی
• در آزمایشگاه های شیمی برای  تجهیزات آزمایشگاهی و ساختن مدل های مولکولی
• در صنعت رباتیک برای ساخت اجزا و قطعات پیچیده
• به منظور ساخت آثار فرهنگی و تاریخی در میراث فرهنگی
• کارگاه های مجسمه سازی برای ساخت مجسمه ها و تندیس های افراد مشهور و مهم
• به منظور ساخت قطعه های بزرگ و کوچک صنعتی
• علاوه بر این در دیگر صنایع مانند سینما، تلویزیون و … نیز استفاده می شود.

چگونگی عملکرد چاپگر سه بعدی

بعد از خرید یک دستگاه پرینتر سه بعدی باید قبل از استفاده از آن با روش کار نمودن با این دستگاه به خوبی آشنا شوید. البته باید بدانید که انجام کار با این پرینترهای سه بعدی کار سختی نیست و بسیار سرگرم کننده خواهد بود. هدف از استفاده از پرینترهای سه بعدی آموزش، سرگرمی و تولید کردن یک نمونه کار صنعتی می باشد. نحوه کار با پرینترهای سه بعدی و عملکرد این دستگاه ها مهمترین موضع می باشد که قبل از انجام کار با دستگاه به خوبی باید با آن آشنا شوید.

فناوری FDM دستگاه چاپگر سه بعدی

به پرینترهای سه بعدی که اغلب برای انجام کارهای خانگی آموزشی و نمونه سازی اولیه از آن ها استفاده می شود، پرینتر های سه بعدی دستکتاپ گفته می شود. این نوع از پرینترها از فناوری FDM استفاده می نمایند. در چاپگر سه بعدی FDM مواد اولیه که به شکل چلاستیک و رشته ای رولی با نام فلامنت شناخته می گردند، مورد مصرف قرار می گیرد.

فلامینت ها پس از وارد شدن به هد دستگاه اکسترود می شوند و در ناحیه داغ نازل ذوب شده و بعد با فشار تنظیم شده ای از نوک نازل که اغلب دارای سوراخی بین ۲ تا ۷ میکرون می باشد خارج می گردند.

نازل چاپگر سه بعدی FDM از سه محور X, Y , Z تغذیه می نماید. این محورها آزاد حرکت می نمایند و در حول محور طول، عرض و ارتفاع در حرکت می باشند. در ادامه عملکرد پرینتر سه بعدی بعد از ذوب شدن مواد در دستگاه، چاپگر سه بعدی طرح مورد نظر را از پایه می سازد و مرحله به مرحله در محور ارتفاع یا Z دستگاه بالا می رود تا عمل پرینت تمام شود.

فناوری SLA در چاپگر سه بعدی

در فناوری SLA از مواد مایع رزین به منظور ساخت یک جسم جامد استفاده می گردد. در این فناوری از اشعه های فرابنفش و لیزرهای فرابنفش به منظور ساخت لایه ها استفاده می گردد.

به منظور چاپ نمودن طرح سه بعدی خود با کمک روش SLA باید از تاباندن نور UV به مایع رزین استفاده گردد، تا حجم مایع رزین شکل گرفته و سفت شود. از جمله پرینترهای سه بعدی که در رده این نوع پرینترها وجود دارند می توان به پرینتر Formlabs اشاره نمود. از این نوع پرینتر در صنایعی مثل صنعت الکترونیک، نمونه سازی دقیق پزشکی و دندانسازی، معماری و ماکت سازی، طلاسازی و … استفاده می گردد. این نوع پرینترها دارای دقت بسیار بالایی هستند و می توانند قطعاتی را تولید نمایند که بسیار ظریف و زیبا هستند.

فناوری SLS در چاپگرهای سه بعدی

تکنولوژی SLS دارای امتیاز بالایی در ساخت اجسام و شکل های بسیار پیچیده دارا می باشد. از این رو از این فناوری به منظور ساختن قطعات پیچیده و نمونه های اولیه در صنایع استفاده می گردد.

از این فناوری اخیرا در صنعت خودروسازی و هواپیماسازی بیشتر استفاده می شود. می توانیم بگوییم که علت استفاده نشدن این دستگاه در کارگاه های کوچک قیمت بسیار بالای آن و همچنین مواد اولیه آن می باشد، کار کردن با این فناوری نیاز به هزینه بالایی داشته است.

نحوه عملکرد این پرینتر سه بعدی به این شکل می باشد که از یک منبع تغذیه مثل لیزر استفاده می نماید و مخلوطی از ذرات ریز اولیه مثل فلز، سرامیک و یا پودر شیشه را به توده ای جامد و سه بعدی تبدیل می نماید.

استفاده این پرینتر سه بعد در طلاسازی یکی از مهمترین و عجیب ترین کاربردهای این دستگاه می باشد. پس از لایه گذاری اولیه به وسیله دستگاه و خشک نمودن این لایه به وسیله لیزر تمام مرحله ها به همین صورت پشت سر هم انجام می گردند. روند لایه گذاری تا آخر کار و کامل شدن طرح مورد نظر ادامه می یابد.

زنجیره ابزار

مرحله زنجیره ابزار، یکی از مراحل کار با پرینتر سه بعدی می باشد که اغلب افراد در این مرحله از کار کردن با پرینترهای سه بعدی ناامید می گردند، به این خاطر که ابزارها را به خوبی نمی شناسند. برای دانستن این که زنجیره ابزار چیست و به شکل دقیق چه عملی را انجام می دهد به این مثال ساده دقت نمایید:

ما برای چاپ یک متن با پرینتر کاغذی گزینه های مختلفی را داریم، می توانیم خودمان متن را بنویسیم و از ابزارهای مختلف برای نوشتن متن استفاده نماییم، یا اینکه از یک متن که قبلا نوشته شده است و در سیستم وجود دارد استفاده نماییم. می توانیم نوشته خودمان را با هر نوع رنگ و اندازه و فونتی که می خواهیم با هر کاغذی چاپ کنیم. ولی در حالت کلی کار در دو مرحله انجام می شود، مرحله اول فایل نوشتاری را با نرم نرم افزار دلخواه آماده می شود و در مرحله بعد فایل نوشتاری به پرینتر داده می شود و طرح و نوشته مورد نظر از چاپگر دریافت می شود.

این اعمال خود یک زنجیره ابزار می باشد که برای چاپ یک نوشته بر روی کاغذ با هر سایزی انجام می گیرد.

زنجیره ابزار پرینتر سه بعدی

باید بدانید که زنجیره ابزار یک پرینتر سه بعدی دقیقا شبیه به زنجیره چاپ یک نوشته می باشد، با این فرق که پرینتر سه بعدی یک فناوری به روزتر و پیشرفته تر می باشد. در زمان کار کردن با پرینتر سه بعدی فرد باید تمام گزینه را به درستی انتخاب کند، در این صورت است که دستگاه خواهد فهمید چطور باید کار تولید طرح سه بعدی را به انجام برساند. در همین مرحله است که زنجیره ابزار معنا خواهد یافت. در آغاز طرح از اینترنت یا با استفاده از بانک های طرح انتخاب می شود، در مرحله بعد باید فرمت طرح به فرمت STL تغییر یابد و پس از آن با استفاده از نرم افزار آنرا به G-CODE تغییر یابد و در ادامه با کمک نرم افزار های مخصوص این کد را به پرینتر سه بعدی انتقال می یابد. در مرحله آخر هم دکمه استارت برای شروع کار باید زده شود.

برای بهتر متوجه شدن این موضوع در ادامه عملکرد پرینتر سه بعدی همراه ما باشید.

طراحی فایل سه بعدی

اولین چیز مورد نیاز برای تولید کردن جسم به وسیله پرینتر سه بعدی، یک مدل سه بعدی برای تولید توسط پرینتر می باشد.

هر فرد می تواند با کمک یک نرم افزار سه بعدی ساز، مدل سه بعدی خود را ایجاد نماید یا اینکه از مدل های سه بعدی موجود در اینترنت و مدل هایی که دیگران دارند استفاده نماید. بعضی از انواع نرم افزارهای محبوب مدل سازی سه بعدی شامل Blender, Autocad, Sketchup می شوند. ولی در ویکی پدیا می توانید فهرست های عالی و بیشتری داشته باشید.

نرم افزاری که برای به وجود آوردن مدل سه بعدی از آن استفاده می شود باید بتواند فرمت STL برای فایل سه بعدی را ایجاد نماید. ولی اگر به دنبال کار دیگری در تولید سه بعدی هستید می توانید از وب سایت هایی که تمام جوامع مدل های سه بعدی خود را به اشتراک می گذارند استفاده نمایید. یکی از این سایت ها Thingiverse.com می باشد که حدود یک میلیون فایل سه بعدی، تولید سه بعدی در آن وجود دارد.

تبدیل فرمت فایل سه بعدی به فرمت STL

بعد از ایجاد مدل سه بعدی، گام بعدی این است که مدل سه بعدی خود را به شکل فرمت STL تکمیل نمایید.

حال اگر در مرحله قبل مدل خود را از وب سایت ارائه فایل های سه بعدی مثل  Thingiverse.com یا CGtrader.com گرفته باشید، به احتمال زیاد این مدل خود دارای فرمت STL می باشد، ولی باید حتما قبل از انتقال فایل سه بعدی به پرینتر سه بعدی آن را چک کنید. البته در حال حاضر پرینترهایی وجود دارند که با فرمت های OBJ و AMF نیز می توانند عمل تولید سه بعدی را انجام دهند. فرمت STL یک فرمت استاندارد برای تمام پرینترهای سه بعدی می باشد که کار تولید سه بعدی به بهترین حالت انجام می شود.

تبدیل فایل سه بعدی به جی کد

جی کد به منظور تولید یک مدل سه بعدی به وسیله پرینتر سه بعدی مورد نیاز است. این فرآیند جی کد کردن فایل سه بعدی، به وسیله یک نرم افزار اسلایسر صورت می گیرد. شرکت های تولید کننده پرینترهای FDM دسکتاپ نرم افزار اسلایسر کیورا را برای پرینترهای سه بعدی خویش ارائه نموده است، ولی می توان از نرم افزارهای مختلف دیگری نیز استفاده نمود.

استفاده از نرم افزار میزبان به منظور ارسال جی کد به پرینتر سه بعدی

نرم افزار میزبان به نرم افزاری گفته می شود که به وسیله کمپانی سازنده به منظور کنترل پرینتر سه بعدی در آن استفاده می شود. این سیستم فرامین زیادی را به شکل هوشند نظارت می نماید وای برخی از فرمان های انجام تولید سه بعدی به شکل دستی صادر می شوند و عامل اصلی تولید پرینتر سه بعدی هستند.

نرم افزارهای میزبان به منظور کنترل حرکت محورهای Z, Y, X مورد نیاز و ضروری می باشند و به شکلی مغز حرکتی پرینتر سه بعدی محسوب می شوند. تمام وظایف اکسترودر با توجه به نوع مواد اولیه مثل PLA, ABS و … با همین نرم افزار میزبان هستند. همینطور برای میزان کردن و کنترل درجه حرارت نازل و صفحه ساخت قطعات سه بعدی کاربرد دارد.

برای آشنایی با عملکرد اتوکلاو و سیستم صاعقه گیر هواپیما نیز می توانید با کلیک بر روی لینک های قرار داده شده مطالب مفیدی را کسب نمایید.

منبع : آرگا