تاریخچه چاپگر سه بعدی
چاپگر سه بعدی دستگاهی است که ابتدا طرح سه بعدی شیء مورد نظر را باید به
آن داد و پس از آن دستگاه یاد شده یک نمونه فیزیکی از طرح داده شده را با
مواد اولیه مخصوص، تولید خواهد کرد. این محصول اساسا یک جعبه است که دارای
بخشی فوقانی است و لایه های پلاستیک را روی یکدیگر قرار می دهد. پلاستیک،
داغ و جامد بوده و در سه زاویه، طرح مورد نظر را به صورت فیزیکی تولید می
کند.
چاپگر های سه بعدی قابلیت تولید
انواع مختلف اسباب بازی ها، قطعات وسایل بازی و مواردی از این قبیل را
دارند. به ویژه این دستگاه ها می توانند اشیاء مختلفی که به صورت روزمره از
آنها استفاده می کنیم را هم تولید کنند، مانند لوازم ساده آشپزخانه.
هم اکنون حتی کفش های سه بعدی هم تولید شده اند. هر چند که ما هنوز دقیقا
مطمئن نیستیم اینگونه کفش ها چقدر راحت و مناسب هستند. برای استفاده از
چاپگرهای سه بعدی باید علاوه بر خرید خود این دستگاه، مواد اولیه آن را هم
خریداری کنید که عموما نوعی پلاستیک است و حکم جوهر در چاپگرهای کاغذی را
دارد. البته در برخی از چاپگرهای سه بعدی از مواد دیگری هم به عنوان ماده
اولیه استفاده می شود.
انقلابی در تکنولوژی
پرینتر سه بعدی یکی از فناوری های نوظهور است و این قابلیت را ایجاد می
کند که هر گونه جسم سه بعدی را با هر نوع پیچیدگی تولید کند و برای این کار
لازم است تنها شکل مورد نظر در یکی از نرم افزارهای سه بعدی ساز طراحی و
بعد آن را با متریال های مختلف چاپ کرد. اولین چاپگر سه بعدی در سال 1987
توسط چاک هال بنیانگذار سیستم های سه بعدی توسعه داده شد. این پرینتر ها
اولین بار به صورت عمده برای نمونه سازی سریع مورد استفاده قرار گرفتند و
امروزه عمدتاً به طور مستقیم برای چاپ قطعات محصولات و بالا بردن سرعت چرخه
تولید مورد استفاده قرار می گیرد.
اولین پرینتر سه بعدی
اولین پرینتر سه بعدی در سال 1987 توسط چاک هال بنیانگذار سیستم های سه
بعدی توسعه داده شد. این پرینتر ها اولین بار به صورت عمده برای نمونه سازی
سریع مورد استفاده قرار گرفتند و امروزه عمدتاً به طور مستقیم برای چاپ
قطعات محصولات و بالا بردن سرعت چرخه تولید مورد استفاده قرار می گیرد. این
چاپگرها برای استفاده های شخصی نیز مفید هستند. چاپگرهای سه بعدی و یا
تولید افزایشی فرایندی است که در آن مواد به صورت لایه به لایه از مدل های
سه بعدی به نمونه مورد نظر تبدیل می شود.
در صورتی که این روش کاملا با روش سنتی در تضاد است، در روش سنتی فرایند
تولید کاهشی را داریم به این صورت که این فرآیند از حذف یک قطعه بزرگ از
مواد انتخابی تشکیل می شود. و اصطلاح چاپ سه بعدی برای این منظور به کار می
رود که کاملا مترادف و سازگار با تولید افزایشی بوده و چون در این روش
اشکال پیچیده هستند و ساختار آنها را نمی توان به راحتی با استفاده از
ماشینکاری سنتی طراحی کرد، از این روش استفاده می شود. به طور کلی هفت
فناوری تولید افزایشی اولیه وجود دارد که هر کدام از آنها با مواد اولیه
مختلفی از جمله پلاستیک یا فلز ساخته می شود.
این روش در محافل دانشگاهی از سال 1950 مورد بحث و بررسی قرار گرفته
است. اما زمانی صنعت چاپ سه بعدی به طور رسمی متولد شد که هال که یکی از
بنیانگذاران سیستم های سه بعدی است فرایندهای استرولیتوگرافی را در سال
1988 به ثبت رسانید درهمین سال سیستم چاپ سه بعدی SLA که در آن زمان اولین
سیستم ساخت افزایشی تجاری در دسترس در کل جهان بود، معرفی شد و هال با
استفاده از نرم افزار CAD طرح سه بعدی نمونه خود را طراحی کرده و با فرمت
STL ذخیره و به چاپ رسانید.
با
گذشت زمان چندین فناوری تولید افزایشی جدید توسعه یافت که در همه فناوری ها
مواد اولیه مختلفی مورد استفاده قرار گرفت، همچنین پروفیل هایی با هزینه
های مختلف برای استفاده در صنایع مختلف به وجود آمد (به عنوان مثال پودر
همجوشی تخت) برای اولین بار در سال 1992 به وجود آمد در حالی که ریخته گری
یعنی همان تولید پوسته چسب (جهش به سمت چسب) یک سال بعد از آن روی کار آمد.
در این سال با استفاده از مواد فرایند جهشی نقطه عطفی در صنعت سیستم های
سه بعدی به وجود آمد. در این سال بازار جهانی تولید افزایشی برای محصولات و
خدمات تولید به 400 میلیون دلار رسید.
کاربرد اولین پرینتر های سه بعدی
اولین پرینترهای سه بعدی به منظور نمونه سازی سریع و تسهیل در فرایند
طراحی محصول صنایع سنگین و یا قالب که در آن قطعات تولید شده با استفاده از
پرینتر سه بعدی ساخته می شود، برای توسعه روش تولید سنتی مورد استفاده
قرار می گیرد. در حال حاضر این صنعت در بخش تولید مستقیم به خصوص در چاپ
قطعات فلزی در حال رشد است. چندین کشور اروپایی مانند EOS آلمان، Arcsm
سوئد، Renishaw انگلیس با توجه به تخصص خود در زمینه پودر همجوشی موقعیت
خوبی در سود حاصل از این روند نصیب خود کرده اند و اما در ایالت متحده بر
اساس سیستم های سه بعدی در این تکنولوژی به سرعت به این نام تبدیل می شود.
امروز پرینتر های سه بعدی
امروزه بخش عظیمی از این تکنولوژی در بخش بهداشت و درمان کاربرد دارد.
نمونه های بارز از این نوع چاپ مثل قطعات شامل: سمعک، براکت ارتودنسی، تاج
دندان، جایگزاری مفاصل ران را می توان نام برد. در صنعت هوا فضا نیز چاپ سه
بعدی می تواند وزن هواپیما را کاهش دهد، بهره وری موتور را بالا برده و به
بیان ساده تر جایگزین مرقون به صرفه تری برای ماشین کاری های جاری باشد.
به طور مثال بوئینگ بیش از 200 بخش مختلف از ده هواپیمای خود را با استفاده
از پرینتر سه بعدی تولید کرده است. شرکتهای بوئینگ،
ایرباس، رولز و جنرال الکتریک استقبال قابل توجهی از این فناوری داشته اند
اما این تکنولوژی هنوز در مقیاس های بزرگ کاملا تصویب نشده است. تاکنون
قطعاتی که بار زیادی را تحمل نمی کنند مانند F18 را شرکت بوئینگ برای
هواپیما تولید کرده است.
بخش خودرو سازی به احتمال زیاد به دنبال برتری نسبت به بخش هوافضا می باشد.
اما باز هم شرکتهایی که دارای تجربه در فلزات مبتنی بر پرینت سه بعدی
هستند مانند همچوشی پودر تخت، دارای موقعیتی خاص برای عرضه کالای خود در
بخش های هوایی و خودرو هستند. بسیاری از صنایع دیگر نیز هستند که از چاپ سه
بعدی استفاده می کنند که در جدول زیر برخی از برنامه های کاربردی در
استفاده تجاری امروز برای پرینترهای سه بعدی همراه با فناوری تولید افزایشی
به طور معمول استفاده شده، آورده شده است.
این سیستم ها می توانند از 5.000 تا 1 میلیون دلار هزینه بر باشند که این
هزینه ها نسبت به دهه گذشته حدود یک چهارم کاهش پیدا کرده اند. و گارتنر
معتقد است که پرینتر های سه بعدی در سال 2016 با قیمت 2.000 دلار در دسترس
خواهد بود. بازار استفاده از پرینترهای سه بعدی شخصی سریعترین بخش استفاده
از این پرینترهاست که نمودار این امر را به وضوح نشان می دهد. با توجه به
آمارهای گرفته شده توسط wohlers و همکاران بین سالهای 2007 تا 2011 فروش
پرینتر های سه بعدی شخصی از 66 واحد به 23265 واحد رسیده است. چند
کیت چاپگر سه بعدی در حال حاضر با قیمتهای مختلفی از 500 دلار تا 5.000
دلار در دسترس است.
