کاربرد و نحوه ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی با هزینه کم!

پرینتر سه‌بُعدی یک ابزار تولیدی است که برای ساخت اشیاء سه‌بُعدیِ طراحی‌شده بر روی کامپیوتر استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها در انواع و اندازه‌های مختلف عرضه می‌شوند؛ اما اساس کار همه آن‌ها فرایند تولید افزایشی است و توسط کامپیوتر کنترل می‌شوند. مشابه چاپگرهای کاغذی که جوهر را در یک لایه قرار می‌دهند تا تصویری ایجاد کنند، پرینترهای سه‌بُعدی نیز مواد را لایه‌به‌لایه روی هم می‌چینند تا شیء سه‌بُعدی شکل بگیرد. پرینترهای سه‌بُعدی در حوزه‌های مختلفی کاربرد دارند و طراحان از آن‌ها برای آزمایش ایده‌های محصول، شرکت‌های تولیدی برای ساخت قطعات پیچیده و مخترعان و سازندگان برای ساخت پروژه‌های دست‌ساز استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ها امکان ساخت قطعاتی را فراهم می‌کنند که ساخت آن‌ها به روش‌های سنتی امکان‌پذیر نیست یا بسیار سخت و پرهزینه است. اکنون در این مقاله با نحوه ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی به‌طور مفصل آشنا خواهیم شد؛ پس با ما همراه باشید.

مراحل ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی

مرحله	توضیحات
1- ایجاد مدل سه‌بعدی	طراحی مدل سه بعدی قطعه در نرم‌افزارهای تخصصی مانند Fusion 360، SolidWorks
2- تقسیم‌بندی مدل (Slicing)	تقسیم مدل به لایه‌های نازک توسط نرم‌افزارهای برش مانند Cura یا PrusaSlicer
3- انتخاب مواد مصرفی	انتخاب مواد مناسب برای چاپ مانند ABS، PLA، کربن فیبر، فلز، چوب
4- فرایند چاپ سه‌بعدی	ساخت قطعه لایه به لایه با استفاده از روش‌هایی مانند FDM، SLA، DLP، SLS
5- پس‌پردازش	صاف کردن سطح، جدا کردن مواد پشتیبانی، رنگ‌آمیزی یا پرداخت سطحی

پرینتر سه‌بُعدی یک فرایند ساخت افزودنی است که لایه‌هایی از مواد را به‌صورت پیاپی روی هم قرار می‌دهد تا یک جسم سه‌بُعدی را ایجاد کند. برای ساخت قطعات با استفاده از پرینتر سه‌بُعدی، مراحل مختلفی وجود دارد که در ابتدا شامل طراحی، آماده‌سازی مدل، راه اندازی پرینتر سه بعدی ، چاپ و پس‌پردازش می‌شود.

در ادامه این مراحل را مشاهده می‌کنید:

1- ایجاد مدل سه‌ بُعدی

اولین قدم در ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی، مدل‌سازی سه‌بُعدی قطعه است. برای این کار از نرم‌افزارهای مدل‌سازی سه‌بُعدی مانند Autodesk Fusion 360، SolidWorks و Tinkercad استفاده می‌شود. این نرم‌افزارها امکان طراحی دقیق و پیچیده را برای طراح فراهم می‌کنند.

طراحی مدل در این مرحله بسیار حائز اهمیت است؛ زیرا هرگونه خطا یا بی‌دقتی در این مرحله مستقیماً روی کیفیت نهایی قطعه تأثیر می‌گذارد. مدل‌سازی به طراح این امکان را می‌دهد که همۀ جزئیات و ابعاد دقیق را درنظر بگیرد. در صنایع مختلف، این مرحله به‌خصوص در تولید قطعات پیچیده مانند ایمپلنت‌های پزشکی یا قطعات مهندسی اهمیت زیادی دارد. ایجاد مدل مرحله ای مهم در ساخت قاب گوشی با پرینتر سه بعدی نیز می باشد.

2- تقسیم‌بندی مدل (Slicing)

پس‌از اتمام طراحی مدل، برای ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی باید مدل را به لایه‌های کوچک تقسیم کرد تا پرینتر بتواند آن را لایه‌به‌لایه چاپ کند. این فرایند با استفاده از نرم‌افزارهای خاصی به نام slicing software انجام می‌شود. نرم‌افزارهای Cura و PrusaSlicer از معروف‌ترین ابزارهای برش مدل هستند.

در این مرحله، نرم‌افزار مدل را به صدها یا حتی هزاران لایه تقسیم می‌کند. این لایه‌ها به پرینتر می‌گویند که چگونه در هر مرحله باید حرکت کند و مواد را بریزد. این نرم‌افزار همچنین مشخص می‌کند که چگونه پرینتر فضای داخلی مدل را با مواد پر کند تا قطعه ساخته‌شده از استحکام لازم برخوردار باشد.

3- انتخاب مواد مصرفی

برای ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی می‌توان از مواد مختلفی استفاده کرد که بسته به نیاز و کاربرد قطعه انتخاب می‌شوند. برخی از رایج‌ترین مواد مورد استفاده در پرینترهای سه‌بُعدی عبارت‌اند از:

• ABS: پلاستیکی مقاوم و انعطاف‌پذیر که در ساخت قطعاتی مانند قطعات خودرویی و اسباب‌بازی‌های لگو کاربرد دارد.
• PLA: ماده‌ای زیست‌تخریب‌پذیر که برای چاپ سریع و مقرون‌به‌صرفه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• Carbon Fiber Filaments: برای ساخت قطعاتی که نیاز به استحکام بالا و وزن کم دارند، مانند قطعات هواپیما کاربردی است.
• Flexible Filaments: برای چاپ قطعات انعطاف‌پذیر مانند قاب‌های گوشی و دستبندها استفاده می‌شود.
• Metal Filament: از فیلامنت‌های فلزی برای ساخت قطعاتی با ظاهر و حسی مشابه فلزات استفاده می‌شود.
• Wood Filament: ماده‌ای که ظاهری شبیه چوب ایجاد می‌کند و در ساخت اجسام چوبی کاربرد دارد.

4- فرایند چاپ سه‌بُعدی

پس‌از آماده‌سازی مدل و انتخاب مواد، نوبت به مرحله چاپ می‌رسد. در این مرحله، پرینتر سه‌بُعدی شروع به کار می‌کند و لایه‌به‌لایه مواد را بر روی یکدیگر قرار می‌دهد تا مدل نهایی ساخته شود. روش‌های مختلفی برای چاپ سه‌بُعدی وجود دارد که بسته به نوع پرینتر و مواد مورد استفاده، انتخاب می‌شوند. FDM، SLS، SLA و DLP از جمله معروف‌ترین روش‌های چاپ سه‌بُعدی هستند.

• در روش FDM، مواد پلاستیکی ذوب‌شده از طریق یک نازل بر روی بستر چاپ قرار می‌گیرند و هر لایه به‌طور جداگانه ساخته می‌شود.
• در روش SLA، از نور لیزر برای جامدکردن رزین مایع استفاده می‌شود و مدل با دقت بسیار بالا ساخته می‌شود.
• روش DLP نیز شبیه به SLA است؛ اما از نور دیجیتالی برای جامدکردن لایه‌ها استفاده می‌کند که سرعت بیشتری دارد.
• SLS نیز برای ساخت قطعات با استفاده از پودر و لیزر در صنعت کاربرد دارد.

5- پس‌پردازش (Post-Processing)

پس‌از اتمام چاپ، قطعه ممکن است نیاز به عملیات پس‌پردازشی داشته باشد تا سطح آن صاف‌تر و جزئیات آن بهتر شوند. در برخی موارد، نیاز به سمباده‌کاری، رنگ‌آمیزی یا پرداخت سطحی وجود دارد. همچنین، اگر از مواد پشتیبانی‌کننده در چاپ استفاده شده باشد، باید این مواد به‌دقت از قطعه جدا شوند.

به نقل از سایت  builtin.com   فرایند چاپ سه بعدی شامل مراحل زیر است:

3D printing is part of the additive manufacturing family and uses similar methods to a traditional inkjet printer — albeit in 3D. Additive manufacturing describes the process of creating something in layers, adding material continuously until the final design is complete. This term most often refers to molding and 3D printing.
چاپ سه‌بعدی بخشی از خانواده تولید افزودنی است و از روش‌هایی مشابه چاپگرهای جوهرافشان سنتی استفاده می‌کند – البته در قالب سه‌بعدی. تولید افزودنی به فرایند ایجاد یک شیء به‌صورت لایه به لایه اشاره دارد که در آن مواد به‌طور مداوم اضافه می‌شود تا طرح نهایی کامل شود. این اصطلاح بیشتر به قالب‌گیری و چاپ سه‌بعدی اشاره دارد.

کاربرد تولید قطعه با پرینتر سه بعدی

کاربردهای ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی بسیار متنوع و گسترده هستند و در حوزه‌های مختلفی از پزشکی گرفته تا هوافضا، آموزش و حتی غذا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ساخت پروتز

یکی از مهم‌ترین کاربردهای پرینتر سه‌بُعدی در ساخت پروتزها است. این فنّاوری به پزشکان و مهندسان امکان می‌دهد که پروتزهای سفارشی‌سازی‌شده و منطبق بر نیازهای هر بیمار را به‌سادگی و با دقت بالا تولید کنند. در صورت نیاز به تغییر در طراحی پروتز به‌راحتی می‌توان فایل طراحی را به‌روز و مجدداً چاپ کرد که این امر باعث کاهش هزینه‌ها و زمان تولید می‌شود.

ساخت قطعات یدکی

یکی دیگر از کاربردهای این فنّاوری در ساخت قطعات جایگزین است. به‌جای انتظار طولانی برای تأمین قطعات یدکی از کارخانه‌ها، کاربران می‌توانند با استفاده از پرینتر سه‌بُعدی قطعات موردنیاز خود را به‌سرعت و در همان محل تولید کنند. این امر به صرفه‌جویی در زمان و هزینه کمک شایانی می‌کند، به‌ویژه در صنایعی که نیاز به قطعات پیچیده و خاص دارند.

ایمپلنت‌های پزشکی

ایمپلنت‌های پزشکی نیز یکی دیگر از حوزه‌های مهم استفاده از پرینتر سه‌بُعدی هستند. همانند پروتزها، ایمپلنت‌های سفارشی نیز به‌صورت دقیق برای هر بیمار ساخته می‌شوند و این به بهبود نتایج درمان و کاهش خطرات کمک می‌کند. از جمله ایمپلنت‌های قابل‌تولید با پرینتر سه‌بُعدی می‌توان به ایمپلنت‌های دندانی، زانو و حتی دریچه‌های قلب اشاره کرد. دانشمندان همچنین در حال بررسی امکان چاپ سه‌بُعدی اندام‌های کامل برای کاهش زمان انتظار بیماران نیازمند به پیوند اعضا هستند.

صنعت داروسازی

صنعت داروسازی نیز از این فنّاوری بهره‌مند شده است. با استفاده از پرینترهای سه‌بُعدی، می‌توان داروهایی با دوزهای دقیق و مشخص برای بیماران خاص تولید کرد. هرچند که تاکنون تنها یک داروی سه‌بُعدی به‌نام Spritam با این روش تولید شده است؛ اما این فنّاوری می‌تواند در آینده منجر به تولید داروهای سفارشی در سطح جهانی شود.

ساخت خانه و بیمارستان

ساختارهای اضطراری مانند خانه‌ها و بیمارستان‌های موقت نیز می‌توانند به‌سرعت و با هزینه کمتر توسط پرینترهای سه‌بُعدی ساخته شوند. ساخت خانه با پرینتر سه بعدی در مواقع بحران‌های طبیعی بسیار کارآمد خواهد بود. علاوه‌بر آن، پرینترهای سه‌بُعدی در صنایع هوافضا نیز جایگاه ویژه‌ای دارند. این فنّاوری می‌تواند ابزارها، قطعات و حتی سازه‌های فضایی را به‌صورت سفارشی‌سازی‌شده و با دقت بالا تولید کند. این امر در کاهش هزینه‌های تولید و افزایش کارایی سفرهای فضایی بسیار مؤثر است. به طور خلاصه کاربرد پرینتر سه بعدی در معماری بسیار متنوع و کارآمد است.

کاربرد در صنعت مُد

از دیگر کاربردهای جالب پرینتر سه‌بُعدی می‌توان به صنعت مد اشاره کرد. این فنّاوری به طراحان مد امکان می‌دهد تا لباس‌ها و لوازم جانبی با طراحی‌های منحصربه‌فرد و منطبق با اندازه دقیق مشتریان تولید کنند. این امر نه‌تنها باعث کاهش هدررفت مواد اولیه می‌شود، بلکه به تولید لباس‌های سفارشی با کیفیت بالا کمک می‌کند.

ساخت لوازمی مانند نیز و صندلی سفارشی

همچنین، ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی به‌صورت شخصی‌سازی‌شده مانند صندلی‌ها، کیبوردها و میزها که به‌طور خاص برای هر فرد تولید می‌شوند به افزایش راحتی و بهره‌وری افراد کمک می‌کنند.

کاربرد در حوزه آموزش

آموزش نیز از دیگر حوزه‌هایی است که از پرینتر سه‌بُعدی بهره‌مند می‌شود. دانش‌آموزان می‌توانند با استفاده از مدل‌های چاپ‌شده، مفاهیم پیچیده را به‌صورت ملموس‌تر یاد بگیرند و خلاقیت و مهارت‌های کارگروهی خود را تقویت کنند.

در نهایت، حتی غذا نیز می‌تواند با استفاده از این فنّاوری چاپ شود. محققان در حال بررسی روش‌هایی برای چاپ گوشت و سبزیجات به‌منظور تغذیه جمعیت روبه‌رشد جهان و کاهش استفاده از زمین‌های کشاورزی و دامداری هستند.

بهترین پرینتر سه بعدی برای ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی کدام است؟

برندهای معتبر در زمینه تولید پرینترهای سه‌بُعدی شامل Ultimaker، Creality، Prusa Research، Formlabs و ELEGOO هستند. این برندها، پرینترهای باکیفیت و متنوعی برای چاپ قطعات سه‌بُعدی در صنایع مختلف تولید می‌کنند. برای مثال، برخی از مدل‌های برجسته پرینترها در سال 2024 عبارت‌اند از:

• پرینتر سه بعدی ELEGOO Neptune 4 Max: مناسب برای چاپ قطعات بزرگ با دقت بالا؛
• ELEGOO Neptune 4: پرینتری با دقت و کیفیت بالا که از مواد مختلف پشتیبانی می‌کند و برای پروژه‌های حرفه‌ای و خانگی مناسب است​؛
• Creality K1C: پرینتری پرسرعت و با دقت فوق‌العاده از نوع فیلامنتی؛
• Creality Ender-3 V3: پرینتری با ساختار پایدار و قیمت مناسب برای کارهای خانگی و صنعتی.

سخن پایانی

ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی به‌عنوان یک روش نوین و پیشرفته، تحولی بزرگ در صنعت و تولید ایجاد کرده است. این فنّاوری امکان تولید سریع، مقرون‌به‌صرفه و دقیق قطعات را برای صنایع مختلف از پزشکی تا هوافضا فراهم می‌کند. با وجود قابلیت‌های متنوع در انتخاب مواد و روش‌های مختلف چاپ، پرینترهای سه‌بُعدی به‌عنوان ابزاری کلیدی برای تولید محصولات سفارشی و پیچیده مطرح شده‌اند. با ادامه پیشرفت در این حوزه، به‌زودی شاهد استفاده گسترده‌تری از این فنّاوری در همۀ بخش‌های صنعتی و خانگی خواهیم بود.

 

سوالات متداول

1- کاربرد تولید قطعه با پرینتر سه بعدی چیست؟

کاربردهای پرینتر سه بعدی بسیار گسترده و متنوع است. از ساخت قطعات پزشکی مانند پروتز و ایمپلنت گرفته تا تولید قطعات صنعتی، ساخت خانه و حتی چاپ غذا، این فناوری در حال متحول کردن صنایع مختلف است. با استفاده از پرینتر سه بعدی می‌توان قطعات سفارشی و پیچیده را با سرعت و دقت بالا تولید کرد که این امر به کاهش هزینه‌ها، صرفه‌جویی در زمان و افزایش بهره‌وری کمک می‌کند.

2- بهترین پرینتر سه بعدی برای ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی کدام است؟

پرینتر سه بعدی ELEGOO Neptune 4 Max،  پرینتر سه بعدی ELEGOO Neptune 4، پرینتر سه بعدی Creality K1C و  پرینتر سه بعدی Creality Ender-3 V3 از بهترین پرینترهای سه بعدی برای ساخت قطعات مختلف هستند.