تکنولوژی پرینت سه بعدی در دهه 1980 ابداع شد و در ابتدا یک نمونه سازی سریع بود. این فناوری شرکت‌ها را قادر می‌سازد تا نمونه‌های اولیه را با سرعت و دقت بیشتری نسبت به روش‌های دیگر توسعه دهند. با بیش از 30 سال نوآوری، امروزه پرینت سه بعدی کاربرد بسیاری دارد. با رشد انواع پرینترها، چاپ سه بعدی برای تولیدکنندگان، مهندسان، طراحان، مربیان و پزشکان کاربردهای بسیاری را به دنبال دارد. پرینت سه بعدی فرآیندی است که جسم فیزیکی را به فایل دیجیتالی تبدیل می‌کند. در این فناوری با افزودن لایه به لایه مواد یک شی کامل ساخته میشود. در ادامه به معرفی این تکنولوژی می‌پردازیم.
چاپ سه بعدی چیست؟
چاپ سه بعدی (3D Printing) در تعریف ساده به فرایند تولید اجسام سه بعدی از فایلهای دیجیتال گفته میشود. در این روش اجسام سه بعدی به کمک فرایندهای افزودنی تولید می‌شوند. در فرایند افزودنی، اجسام با روی هم قرار گرفتن لایه‌های متعدد ساخته می‌شوند. هر یک از این لایه‌ها به عنوان برشی افقی با ضخامت کم در نظر گرفته می‌شوند. پرینت سه بعدی یا ساخت افزودنی فرآیندی است که در آن اجسام سه بعدی از یک فایل دیجیتال ساخته می‌شوند.
مراحل چاپ سه بعدی
با اینکه روش‌های مختلفی برای پرینت سه بعدی وجود دارد، اما مراحل اصلی همه آن‌ها مشترک است که در ادامه توضیح می‌دهیم.
ساخت فایل سه بعدی
اولین مرحله در فناوری سه بعدی ساخت مدل سه بعدی آن در کامپیوتر است. این کار با نرم افزارهای مدل سازی سه بعدی رایج یا CAD انجام میشود. در برخی موارد از مهندسی معکوس و اسکن سه بعدی قطعه‌ای که موجود است نیز می‌توان برای ساخت مدل سه بعدی استفاده کرد.
ساخت فایل STL مدل
برای اینکه چاپگر سه بعدی بتواند مدل سه بعدی طراحی شده را شناسایی کند، فرمت CAD این مدل باید به فرمتی تبدیل شود که برای چاپگر 3بعدی قابل خواندن باشد. به همین منظور، فایل باید به فرمت STL (STL: STereoLithography) تبدیل شود. کاربرد فرمت‌های 3DP و OBJ نیز با محبوبیت کم‌تری دارند. فرمت STL برای معرفی مدل به چاپگر از چند وجهی‌ها یا مثلث‌ها استفاده می‌کند. فایل STL پس از ساخته شدن در داخل یک برنامه که عمل لایه گذاری فایل را انجام می‌دهد، قرار می‌گیرد و نام آن «Slicer» می‌باشد. به این کار در اصطلاح Import نامیده میشود. برنامه Slicer مدل را به G-code تبدیل می‌کند. جی کد زبان برنامه نویسی دستگاه‌های Z CNC و چاپگرهای سه بعدی است.
چاپ مدل
دستگاه‌های مختلفی وجود دارند که هر کدام با روش‌های مختلفی مدل را چاپ می‌کنند.
جدا کردن قطعه چاپ شده
در بعضی دستگاه‌ها جدا کردن قطعات کاملا ساده و بدون مشکل انجام میشود. البته در بعضی مدل‌های صنعتی‌تر، این کار یک فرایند کاملا فنی و دقیق است.
پس پردازش (Post-Processing)
فرایند پس پردازش یا مرحله پس از تولید در فناوری‌های مختلف متفاوت است. در برخی موارد قطعه باید در برابر اشعه‌ی فرابنفش تولید شود.
پرینت سه بعدی چگونه کار می‌کند؟
نحوه کار پرینتر سه بعدی به این صورت است که فایل سه بعدی بعد از اسلایس شدن و اعمال تنظیمات به دستگاه منتقل میشود. سپس دستگاه شروع به کار می‌کند و مدل فیزیکی را به صورت لایه به لایه پرینت نموده و می‌سازد. یکی از کاربردهای پرینترهای سه بعدی، مدلسازی‌های اولیه و در بعضی از موارد ساخت محصول نهایی است.
کاربرد چاپ سه بعدی
همانطور که از آینده تکنولوژی پیداست، پرینت سه بعدی همه چیز را دگرگون خواهد کرد. در حال حاضر چاپ سه‌بعدی یا تولید افزودنی (Additive manufacturing) این امکان را برای طراحان، مهندسان، کارخانه‌ها و استارتاپ‌ها فراهم کرده است تا به سرعت و با صرف هزینه بسیار پایین‌تر، نمونه اولیه محصول یا قطعات مورد نیاز را تولید کنند و این تازه شروع راه است. این تکنولوژی در حال حاضر صنعت ساختمان سازی، طراحی خودرو و محصولات را متحول کرده است. کاربردهای این فناوری در آینده می‌تواند بسیار گسترده‌تر از این موارد باشد.
هوا و فضا
تولید افزودنی حتی در ساخت موشک‌هایی که انسان را به سیاره مریخ می‌فرستد نیز نقش بزرگی دارد. با کاهش هزینه‌های چاپ سه‌بعدی می‌توان انتظار داشت نمونه‌های آن در همه جا دید شود. اما در حال حاضر به کارگیری چنین ابزاری بسیار پرهزینه است و برای شرکت‌های تولیدی بزرگ به اندازه‌ی کافی سریع نیست. البته ممکن است این روند تا چند دهه دیگر تغییر کند. محققان در روشی جدید و به کمک لیزر توانستند چاپ سه بعدی سازه‌هایی با ابعاد کوچک (در مقیاس نانو) و با سرعتی بسیار بالا را فراهم کنند. چاپ سه‌بعدی در مسیر درستی قرار گرفته است و در آینده باید منتظر اتفاق‌های هیجان‌انگیزتری در این زمینه باشیم.
معماری
ساخت سریع معماری ساختمان، مدل‌ها و ماکت‌های بادوام با چاپ سه‌بعدی امکان پذیر شده است. فناوری چاپ سه‌بعدی به معماران کمک می‌کند که ماکتی دقیق از مدل‌های مختلف ایجاد کنند.
تجهیزات پزشکی
تولید تجهیزات پزشکی و طراحی‌های دقیق در این زمینه و همچنین تولید اندام‌های مصنوعی به قالب‌هایی با ابعاد و متریال بادوام نیاز دارد. چاپگرهای سه‌بعدی پاسخگوی این نیاز در علم پزشکی‌اند. برخی موسسات خصوصی و دانشگاه‌ها توانسته‌اند به کمک سلول‌های بنیادی و چاپ سه‌بعدی، اندام‌های درونی بدن انسان از جمله قلب را تولید کنند. این ویژگی برای پیوند عضو به کار می‌رود. در آینده غذا و ویتامین‌های مورد نیاز را می‌توان متناسب با نیازهای بیولوژیکی از طریق چاپ سه‌بعدی تهیه کرد.
خودروسازی
در صنعت خودرو سازی چاپ سه‌بعدی از کوچک‌ترین خطاها جلوگیری می‌کند و به طراحی دقیق‌تر تجهیزات کمک خواهد کرد. مهندسان می‌توانند با چاپ سه‌بعدی قطعات با کم حجم، بررسی‌های لازم را به طور دقیق انجام دهند و از اشتباهات احتمالی جلوگیری کنند. چاپ سه‌بعدی به رشد نوآوری در تولید کمک می‌کند و حرکت در راستای تولید مطمئن را سرعت می‌بخشد.
در سال 2014، شرکت کونیگزگ یک ابرخودرو ساخت که قطعات آن با پرینترهای سه بعدی طراحی کرد. این خودرو اوربی نام دارد.
زیست چاپ سه بعدی چگونه است؟
زیست چاپ سه‌بعدی اصطلاحی است که در تعریف کاربرد راهکارهای چاپ سه‌بعدی برای تولید ساختارهای زیستی مانند بافت‌ها و اعضای بدن استفاده میشود. در زیست چاپ از جوهر زیستی استفاده میشود. این کار در مایکروپیپت‌ها انجام میشود که نقش کارتریج را در چاپگر ایفا می‌کند. از مهم‌ترین و پرکاربردترین ابزارهای موجود در بخش‌های مختلف آزمایشگاه‌ها می‌باشد که برای برداشت و انتقال مایعات و محلول‌ها استفاده میشود.
اعضا و نسوج (بافت‌های سلولی تشکیل دهنده بدن) حاصل از فناوری زیست پرینت سه بعدی به کمک سلول‌های بنیادی در پزشکی ترمیمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فناوری به بیمارانی که نیاز به پیوند اعضا دارند کمک شایانی می‌کند. فناوری چاپ زیستی سه‌بعدی با چاپ اندام‌های زنده به کمک سلول‌های بنیادی و مواد زیستی می‌تواند این مشکل را حل کند.
نتیجه گیری
بطور کلی می‌توان گفت که مهم‌ترین کاربرد پرینتر سه بعدی نمونه سازی اولیه محصول جهت کنترل، عیب یابی محصول، رفع ایرادهای احتمالی و در نهایت تولید انبوه محصول است. در تعریف ساده، به فرایند تولید اجسام سه بعدی از فایلهای دیجیتال چاپ سه بعدی (3D Printing) گفته میشود. اجسام سه بعدی در این روش به کمک فرایندهای افزودنی تولید می‌شوند.
