مقدمه
در علوم ساخت دو روش مرسوم در جهان وجود دارد که یکی از این روش‌ها ساخت کاهشی است. در این روش قطعات از مواد اولیه خام تولید می‌شوند و روش بعدی ساخت افزایشی می‌باشد که از روی هم قرار دادن مواد اولیه، محصول نهایی تولید می‌شود. پرینتر سه بعدی اصطلاحی است که برای ساخت افزایشی به کار می‌رود. امروزه با وجود انواع چاپ سه بعدی، کار چاپ بسیار جذاب شده است. این جذابیت سبب شده است تا علاوه بر استفاده کاربران معمولی به عنوان سرگرمی، مشاغلی چون پزشکی، دندان پزشکی، مدل‌سازی‌های صنعتی، خودروسازی، هوافضا، الکترونیک و غیره نیز روی خوش به آن نشان بدهند. در این مقاله قصد داریم انواع پرینتر و چاپ های سه بعدی را مورد بررسی قرار دهیم تا با تکنولوژی آنها آشنا شوید.
انواع پرینترهای سه بعدی
اولین بار فرایند چاپ سه بعدی در سال 1980 توسط چارلز هال تجاری‌سازی شده است که در حال حاضر جایگاه ویژه‌ای را در صنایع مختلف یافته است. به نظر می‌رسد در آینده بیشترین کاربران پرینتر های سه بعدی کشورهای جهان سوم باشند زیرا کمبود برخی منابع و ابزارها، عرصه را برای تولید با چنین پرینترهایی باز می‌کند.
انواع چاپ سه بعدی
انواع چاپ سه بعدی با عملکردهای مختلف توسعه یافته است. طبق استاندارد ASTM F2792 فناوری‌های چاپ سه بعدی در هفت گروه زیر تقسیم‌بندی شده است. هیچ بحثی در مورد اینکه کدام فناوری بهتر است وجود ندارد چون هریک از آنها کاربردهای هدفمند خود را دارند.
بایندر جت
این تکنولوژی یک فرایند نمونه سازی سریع است که در آن از یک ماده اتصال دهنده مایع (چسب شیمیایی) به طور انتخابی برای اتصال ذرات پودر استفاده می‌شود. فرایند بایندر جت می‌تواند برای مواد مختلفی از جمله فلزات، سرامیک، ماسه و مواد هیبریدی استفاده شود. برخی از مواد مانند ماسه نیاز به عملیات پرداخت اضافی ندارند. این فرایند ساده، سریع و ارزان است زیرا تنها ذرات پودر به هم چسبانده می‌شوند و توانایی چاپ محصولات بسیار بزرگ را دارد.
اکستروژن مواد
فناوری اکستروژن مواد توسط اسکات کرامپ در سال 1989 توسعه‌یافته و به‌عنوان مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM) به ثبت رسید. در حال حاضر، در بین انواع پرینتر سه بعدی، پرینت سه بعدی FDM محبوب‌ترین روش برای ساخت کامپوزیت‌های پلیمری است. در این روش، یک رشته از مواد ترموپلاستیک از طریق یک نازل با دمای بالا ذوب شده و از طریق فشار به بیرون رانده می‌شود. در واقع، لایه‌ها با اکسترود کردن مواد مذاب بر روی بستر ایجاد می‌شوند. برای تولید یک جزء جامد، لازم است که یک‌لایه با لایه قبلی چسبانده شود. در فرایند FDM می‌توان از مواد ترموپلاستیک مختلف مانند ABS، نایلون، PLA و پلی‌کربنات استفاده کرد.
انتقال انرژی مستقیم
لایه نشانی با استفاده از توزیع مستقیم انرژی یکی از پیچیده‌ترین تکنیک پرینت سه بعدی است و معمولاً برای تعمیر یا افزودن ماده اضافه به اجزای موجود استفاده می‌شود. در فرایند DED، یک منبع حرارت متمرکز استفاده می‌شود که می‌تواند قوس پلاسما، لیزر یا پرتو الکترونی باشد که باعث ذوب شدن موادی می‌شود که توسط یک نازل به شکل پودر یا سیم رسوب می‌کند. در یک چاپگر DED یک سر نازل وجود دارد که می‌تواند در اطراف یک جسم ثابت در جهات مختلف حرکت کند. در فرایند تولید، زمانی که لایه اول رسوب می‌کند، نازل و منبع انرژی برای رسوب لایه بعدی حرکت داده می‌شوند. DED شامل خنک‌سازی سریع است و عمدتاً برای چاپ کامپوزیت‌های زمینه فلزی و مواد درجه‌بندی عملکردی استفاده می‌شود و می‌توان از مواد اولیه پودری و سیمی استفاده کرد.
جت کردن مواد
جت مواد یک فرایند AM نسبتاً جدید و پیشرفته است که شبیه به یک چاپگر دو بعدی است. فرایند MJ از مجموعه‌ای از نازل‌ها برای رسوب انتخابی مواد استفاده می‌کند که توسط یک منبع انرژی منطقه وسیعی پخت می‌شود. در این روش قطرات مایع بر روی صفحه کار رسوب داد می‌شود تا لایه قبلی نرم شود و به عنوان یک قسمت جامد شود. در نهایت، جسم باید جدا شده و مواد افزودنی حذف شوند. این مواد، عناصر ضروری هستند که در طول فرایند چاپ موقت هستند و معمولاً باید در پایان فرایند ساخت حذف شوند. در حال حاضر فتو پلیمرها (به شکل مایع) و موم ریخته‌گری رایج‌ترین مواد مورداستفاده در MJ هستند.
اتصال با ورق
این نمونه که یکی از جالبترین انواع پرینتر سه بعدی است را Feygin و Pakat در شرکت Helisys در سال 1991 معرفی کردند. در این فرایند که به اتصال ورق مشهور است، ورقه‌های نازک مواد لایه به لایه به هم متصل می‌شوند تا یک جزء تولید شود. سپس جسم مورد نیاز بریده می‌شود. هر ورق را می‌توان به عنوان یکی از لایه‌های مقطعی در نظر گرفت. در SL، صفحات مواد را می‌توان با لیزر برش داد یا با اولتراسونیک ترکیب کرد. دودسته اصلی از این روش AM وجود دارد: (الف) ساخت هدف چندلایه (LOM) و (ب) ساخت افزودنی اولتراسونیک (UAM). در LOM از چسب‌ها برای اتصال استفاده می‌شود، درحالی‌که در UAM از چسب اولتراسونیک برای اتصال ورق‌ها استفاده می‌شود. فرایند SL را می‌توان برای مواد مختلفی مانند پلیمر، کاغذ، سرامیک و فلز استفاده کرد. برای چسباندن ورق‌های هر ماده باید از روش مناسبی استفاده شود.
ذوب کردن بستر
از آنجایی که همجوشی بستر پودری در اواسط دهه 1980 توسعه یافت، به عنوان یکی از اولین فرایندهای تجاری AM شناخته شده است. در این تکنیک از یک منبع حرارتی، همجوشی بین ذرات پودر فلز ایجاد شده و هر بار یک‌لایه شکل می‌گیرد. تمام موادی که می‌توانند ذوب شوند و دوباره جامد شوند، از نظر تئوری می‌توانند در تکنیک‌های PBF استفاده شوند. به نظر می‌رسد پرینترهای این شیوه، یکی از بهترین انواع پرینتر در زمینه صرفه جویی در مصرف مواد باشد.
جامد کردن رزین مایع فتوپلیمر
اولین AM تجاری که از فرایند پلیمریزاسیون یا استریولیتوگرافی استفاده کرد چارلز هال بنیان‌گذار فرایند سه بعدی بوده است. در این فرایند نور با طول موج خاص در معرض تابش با رزین حساس به نور قرار گرفته و سبب واکنش‌های شیمیایی و جامد شدن رزین می‌گردد. وضوح محصول نهایی در فرایند VP می‌تواند به 200 نانومتر با سطح عالی برسد. می‌توان از تکنیک VP برای ساخت قطعات با اندازه بزرگ استفاده کرد.
سخن پایانی
در حال حاضر فناوری پرینت سه بعدی در صنایعی شروع شده است که مزایای زیادی برای مردم، شرکت‌ها و دولت داشته باشد. بنابراین، اطلاعات بیشتری برای پیشرفت در راه‌های افزایش پذیرش فناوری چاپ سه بعدی موردنیاز است. اطلاعات بیشتر در مورد فناوری وانواع چاپ سه بعدی به شرکت و دولت کمک می‌کند تا زیرساخت فناوری چاپ سه بعدی را ارتقا بخشند. بنابراین، در این مقاله به بررسی اجمالی انواع فناوری‌های پرینت سه بعدی، مواد مورد استفاده برای فناوری چاپ سه بعدی پرداخته شد که در آینده، محققان می‌توانند در مورد پرینترهای سه بعدی و مواد مناسب برای استفاده در هر نوع ماشینی مطالعه کنند.
