وب کلیک

۱۰ فناوری برتر چاپ سه بعدی در سال ۲۰۱۸

۱۸ مرداد ۱۳۹۷

برای کسب هشدارات افزایش در مورد همه ی ۱۰ نوع تکنولوژی چاپ سه بعدی که پرینترهای سه بعدی امروزه از آن هستفاده می کنند، شما را به خواندن این مقاله از آی تی ویکی دعوت میکنیم. این روش ها با عباراتی نظیر FDM، SLA، DLP، SLS، DMLS، SLM، EBM، Material Jetting، DOD و باندینگ جتینگ شناخته می شوند که در ادامه آن ها را توضیح خواهیم داد.

اگر شما برای نخستین بار میخواهید با دنیای شگفت انگیز چاپ سه بعدی آشنا شوید به شما یک خوش آمد گویی گرم میگویم. در این مکان قرار هست مطالب سرگرم کننده ای برای شما بیان شود. در ابتدا نخستین چالشی که افراد در چاپ سه بعدی با آن رو برو می شوند نوع فرایند های چاپ و مواد مختلف مصرفی هست.

نخستین چیزی که باید درک کنیم اینست که چاپ سه بعدی در واقع شامل یک گروه از فرفرداای چاپ سه بعدی می شود.

درسال ۲۰۱۵ هستاندارد ISO / ASTM 52900 برای طبقه بندی هر یک از انواع پرینتر های سه بعدی و اصطلاحات مربوط به آن ها ایجاد انجام گرفت. در این هستاندارد هفت طبقه بندی مختلف ایجاد انجام گرفت که در این هفت نوع پردازش چاپ سه بعدی، ده نوع مختلف تکنولوژی چاپ سه بعدی ارائه انجام گرفت که امروزه پرینترهای سه بعدی از آن هستفاده می کنند.

چاپ سه بعدی به روش اکستروژن ماده (Matrial Extrusion)

چاپ سه بعدی به روش اکستروژن ماده

روش اکستروژن ماده یک فرآیند چاپ سه بعدی هست که در آن یک رشته از مواد جامد گرمانرم ذوب می شوند و از طریق یک نازل گرم، تحت فشار قرار می گیرد تا طبق پلن ی از پیش تعیین انجام گرفته در یک پلتفرم مخصوص ساخته شوند و در آنجا خنک شوند تا شکل نهایی به صورت جامد شکل گیرد.

  • انواع تکنولوژی چاپ سه بعدی: مدل سازی رسوب دهی (FDM)، گاهی اوقات هم با نام (Fused Filament Fabrication (FFF شناخته می شود.
  • مواد مورد هستفاده: رشته های گرمانرم (PLA,ABS,PET,TPU)
  • دقت ابعاد: ± ۰.۵٪ (حد پایین ± ۰.۵ میلیمتر)
  • پلن های کاربرد:
  • نقاط قوت: بهترین ساختار سطح پرینت انجام گرفته را اراعه می کند و قابلیت رنگ پذیری را دارد
  • نقاط ضعف: شکننده هست به همین دلیل برای قطعات مکانیکی معقول نیست، اگر برای اهداف بصری تولید بشود هزینه ی بالاتری نسبت SLA / DLP دارد.

مدل سازی رسوب انجام گرفته (FDM)

دستگاه های اکستروژن مواد شایع ترین و ارزان ترین تکنولوژی چاپ سه بعدی در جهان هستند. ممکن هست شما این تکنولوژی را با نام های (Fused Deposition Modeling (FDM و یا (Fused Filament Fabrication (FFF دیده باشید.

روش کار به این گونه هست که ابتدا یک یک رول رشته به چاپگر سه بعدی بارگذاری انجام گرفته و از طریق یک نازل چاپگر از اکستروژن پر می شود. نازل پرینتر حرارت داده می شود تا به دمای مد نظر برسد، در نتیجه یک موتور رشته را از طریق نازل داغ فشار میدهد تا مواد ذوب انجام گرفته از نازل بیرون بیایید. چاپگر سپس سر اکستروژن را در امتداد مختصات مشخصی حرکت می دهد و مواد مذاب را بر روی یک صفحه ی ساخت قرار می میگیرد تا در آن سرد و خنک شود.

هنگامی که یک لایه از مواد تکمیل انجام گرفت، پرینتر مجدد یک لایه ی دیگر بر روی آن می سازد. این فرایند تا تکمیل انجام گرفتن شکل نهایی ادامه می یابد. بسته به هندسه شی، گاهی لازم هست که سازه های حمایتی اضافه شود،به عنوان مثال اگر مدل دارای قطعات شیب دار اضافه داشته باانجام گرفت.

فرایند چاپ سه بعدی: چاپ سه بعدی به روش پلیمریزاسیون VAT

چاپ سه بعدی به روش پلیمریزاسیون VAT

پلیمریزاسیون VAT یک فرآیند چاپ سه بعدی هست که در آن یک رزین تصویرش پلیمر در یک vat به طور انتخابی توسط منبع نور شکل داده می شود.دو شکل رایج پلیمریزاسیون vat عبارتند از SLA) Stereolithography) و DLP) Digital Light Processing).

تفاوت اساسی بین این نوع تکنولوژی چاپ سه بعدی، منبع نور هست که آنها برای شکل دادن رزین هستفاده می کنند. چاپگرهای SLA در مقایسه با یک چاپگر DLP  از لیزر نقطه ای هستفاده می کند.

  • انواع تکنولوژی چاپ سه بعدی: پردازش مستقیم نور (DLP) و  هستریولیتوگرافی (SLA)
  • مواد مورد هستفاده:رزین فتو پلیمر (دارای ویژگی های هستاندارد، جامد، شفاف، درجه حرارت بالا هست)
  • دقت ابعاد: ± ۰.۵٪ (حد پایین ± ۰.۱۵ میلیمتر)
  • پلن های کاربرد:نمونه های پلیمری مانند تزریق قالب؛جواهر (ریخته گری )؛ پلن های دندانپزشکی؛ سمعک
  • نقاط قوت:سطح صاف و دارای جزئیات بالا برای ضریف کاری
  • نقاط ضعف: شکننده هست به همین دلیل برای قطعات مکانیکی معقول نیست

هستریولیتوگرافی (SLA)

SLA دارای تمایزی تاریخی از نخستین تکنولوژی چاپ ۳D در جهان هست. Stereolithography توسط Chuck Hull در سال ۱۹۸۶ اختراع انجام گرفت، که حق ثبت اختراع را در زمینه فناوری ثبت کـــرد و شرکت ۳D Systems را برای تجاری سازی آن تاسیس کـــرد.

یک چاپگر SLA با هستفاده از آینه هایی که به عنوان گالوانومتر یا گالو شناخته می شود، با یک محور X و دیگری در محور Y قرار دارد. پرتو لیزر رزین را دنبال قرار می دهد،تا درون محوطه ی ساخت به طور انتخابی و دنبال گذاری انجام گرفته یک مقطع از جسم را جدا کند و شکل نهایی لایه به لایه تشکیل شود.

اکثر چاپگرهای SLA از لیزر حالت جامد برای شکل دادن قطعات هستفاده می کنند. ضعف این تکنیک های چاپ سه بعدی با هستفاده از لیزر نقطه ای این هست که در مقایسه با DLP، می تواند طول عمر کاهشی داشته باشند.

پردازش نور دیجیتال (DLP)

به دنبال دستگاه های پردازش نور دیجیتال، این نوع تکنولوژی چاپ ۳D تقریبا همانند SLA هست.تفاوت کلیدی این هست که DLP از یک پروژکتور نور دیجیتال برای فلاش یک تصویر در هر واحد از هر لایه در یک زمان مشخص  (یا تعدادین فلاش برای قطعات بزرگتر) هستفاده می کند.

از آنجا که پروژکتور یک صفحه دیجیتال هست، تصویر هر لایه از پیکسل مربع تشکیل انجام گرفته هست، و در نتیجه یک لایه از بلوک های مستطیلی کوچک به نام واکسل تشکیل انجام گرفته هست.

DLP در مقایسه با SLA می تواند زمان چاپ سریعتری را به دست آورد. این دلیل که به جای اینکه لایه با لیزر نقطه ای تماس داشته باانجام گرفت، کل لایه در یک واحد زمان در معرض نور قرار میگیرد.

ور بر روی رزین با هستفاده از صفحه نمایش LED یا منبع نور UV که به وسیله دستگاه Micromirror Digital (DMD) به سطح ساختار هدایت می شود. یک DMD مجموعه ای از میکرو آینه ها هست که کنترل می کند که دلیل نورساتع بشود و الگوی نور را بر روی سطح ساخت مورد نظر ایجاد می کند.

فرایند چاپ سه بعدی: POWDER BED FUSION (پلیمر)

POWDER BED FUSION (پلیمر)

Powder Bed Fusion یک فرآیند چاپ سه بعدی هست که در آن یک منبع انرژی حرارتی به طور انتخابی و دنبالمند منجر به همجوشی بین ذرات پودر در داخل یک ناحیه ساخت انجام گرفته و تشکیل یک شی جامد را می دهد.

  • انواع تکنولوژی چاپ سه بعدی: پخت لیزر دنبالمند (SLS)
  • مواد مورد هستفاده:پودر ترموپلهستیکی (نایلون ۶، نایلون ۱۱، نایلون ۱۲)
  • دقت ابعاد: ±۰.۳٪ (حد پایین ± ۰.۳ میلیمتر)
  • پلن های کاربرد:مجتمعی از مجرای های توخالی که نیاز کمی به مواد دارد.
  • نقاط قوت:خواص مکانیکی نیکو. هندسه عالی 
  • نقاط ضعف: زمان بر بودن و هزینه ی بالاتر نسبت به FFF

پخت لیزر انتخابی (SLS)

ایجاد یک شی با فن آوری Powder Bed Fusion و پودر پلیمر به طور کلی به عنوان پلاسما انتخابی (SLS) شناخته می شود. همانطور که اختراعات صنعتی منقضی می شود، این نوع تکنولوژی چاپ سه بعدی به طور فزاینده ای رایج و ارزان تر هست.

روش کار به این شکل هست که نخست، یک مقداری از پودر پلیمر به مقدار دمای زیر نقطه ذوب پلیمر گرم می شود. سپس، یک تیغه یا جارو برقی، یک لایه زیاد نازک از مواد پودر – معمولا ۰.۱ میلیمتر ضخامت – را به یک پلت فرم ساخت منتقل میکند.

سپس یک پرتو لیزر CO2 شروع به اسکن کـــردن سطح می کند. لیزر پودر را انتخاب می کند و مثل SLA مقطعی از جسم را دشوار می کند.

هنگامی که یک سطح نخستیه ایجاد انجام گرفت، پلت فرم یک لایه پایین رانده میشود و دستگاه مجدد یک لایه از پودر را به سطح ساخته انجام گرفته انتقال می دهد تا لایه ی بعدی شکل بگیرد.

این مراحل تا زمانی که شی تکمیل شود ادامه می یابد.

فرایند چاپ سه بعدی: جت مواد

جت مواد

این روش یک فرایند چاپ سه بعدی هست که قطرات مواد به طور دنبالمند در یک ورق ساختمانی پوشیده انجام گرفته و بر روی آن قرار می گیرند. با هستفاده از پلیمرهای فوم یا قطره های موم تایمی که در معرض نور قرار می گیرند تولید یک شی را میدهند.

ماهیت روند جت مواد اجازه می تا از تعداد مواد برای ساخت شی مورد نظر هستفاده کـــرد.

  • انواع تکنولوژی چاپ سه بعدی: مواد جتینگ (MJ)، Drop on Demand  (DOD)
  • مواد مورد هستفاده: رزین فتو پلیمر (هستاندارد، جامد، شفاف، درجه حرارت بالا)
  • دقت ابعاد: ± ۰.۱ میلیمتر
  • پلن های کاربرد:نمونه هایی دارای رنگ تکمیل.نمونه های تزریقی مانند ؛ قالب تزریق مدل های پزشکی
  • نقاط قوت:سطحی با ساخت نیکو،هستفاده از تعدادین مواد،رنگ کـــردن
  • نقاط ضعف:برای قطعات مکانیکی معقول نیست،هزینه های بالاتر از SLA / DLP برای اهداف بصری

جت مواد (MJ)

روش جت مواد (MJ) به روش مشابه با یک چاپگر هستاندارد جوهر افشان کار می کند. تفاوت کلیدی این هست که به جای چاپ یک لایه جوهر، لایه های متفاوتی بر روی یکدیگر ساخته می شوند تا یک شی جامد ایجاد شود.

در این روش سری جت پرینتر صدها قطره از مواد فوم پلیمر را یر روی پلت فرم قرار میدهد،سپس نور ماوراء بنفش (UV) به آن ها تابیده می شود و موجب دشوار انجام گرفتن آن ها می شود،بعد از آن پلت فرم ساخت به پایین می رود و مجدد سری جت مجدد مواد را بر روی لایه قرار می دهد. این فرایند تا زمان ساخت تکمیل قطعه ادامه می یابد.

MJ متفاوت از انواع دیگر تکنولوژی چاپ ۳D هست. به جای هستفاده از یک نقطه برای دنبال کـــردن راهی که سطح مقطع یک لایه را مشخص می کند، ماشین آلات MJ ساختن مواد را به شیوه ای سریع و به صورت خطی ایجاد می کنند.

مزیت رسم خطی این هست که چاپگرهای MJ قادر به ساخت اشیاء تعدادگانه بدون تاثیر بر سرعت ساخت در یک خط هستند. تا زمانی که مدل ها به درستی مرتب انجام گرفته اند و فضای درون هر خط ساختمانی بهینه سازی انجام گرفته هست، MJ قادر به تولید قطعات با سرعت افزایشی نسبت به سایر انواع چاپگر ۳D هست.

اشیاء ساخته انجام گرفته با MJ نیاز به پشتیبانی دارند که با هم در طول ساخت از یک ماده قابل حل که در مرحله پس از پردازش حذف می شود، به طور با هم چاپ می شود. MJ یکی از تنها نوع فن آوری چاپ سه بعدی برای ارائه اشیاء ساخته انجام گرفته با توانایی ایجاد تعداد نوع رنگ و یا پایان رنگ هست.

این روش چاپ سه بعدی به گونه ای هست که از دو نوع ماده هستفاده میکند. یکی از این مواد برای ساختن شی به کار می رود و دیگری برای پشتیبانی از شی ساخته انجام گرفته هستفاده می شود.این روش مانند روش های دیگر چاپ سه بعدی یک راه برای جت ها را پلن ریزی می کند تا لایه های مورد نظر ساخته شوند.

چاپگرهای DOD همچنین از یک برش فلزی هستفاده می کنند تا پس از ایجاد هر لایه روی همدیگر ،سطح تکمیلا صاف را تضمین می کند.چاپگرهای DOD معمولا برای ایجاد الگوهای معقول برای ریخته گری موم یا ریخته گری جواهر سازی و دیگر پلن های کاربردی قالب سازی هستفاده می شود.

فرایند چاپ سه بعدی: باندینگ جتینگ

Binder Jetting یک فرایند چاپ سه بعدی هست که در آن یک مایع عامل اتصال دهنده درات پودر به همدیگر را ایفا می کند.

Binder Jetting یک تکنولوژی چاپ ۳D مشابه با SLS هست که نیاز به یک لایه نخستیه پودر در پلت فرم ساخت دارد. اما تفاوت SLS این هست که که از یک لیزر برای دشوار انجام گرفتن پودر هستفاده میکند. Binder Jetting یسر چاپ را روی سطحی که پودر بر روی ان باید ساخته شود هدایت می کند (که معمولا ۸۰ میکرون قطر دارد). سپس این  ذرات پودر را به هم متصل می کنند تا لایه ای از شکل مورد نظر ساخته شود شود.

هنگامی که یک لایه چاپ انجام گرفت، بستر مخخانوم پودر کاهش می یابد و یک لایه جدید از پودر بر روی لایه هایی که چاپ انجام گرفته پخش می شود. این روند تا زمانی که یک شی تکمیل تشکیل انجام گرفته باانجام گرفت تکرار می شود.

سپس وارد مرحله ی ظریف کاری و هستحکام می شود.س از آن، جسم از محیط ساخت خارج می شود و هر قسمت های دشوار نانجام گرفته ی ناخوهسته با هستفاده از هوای فشرده حذف می شود.

  • انواع تکنولوژی چاپ سه بعدی: (Binder Jetting (BJ
  • مواد مورد هستفاده: شن و ماسه یا پودر فلز: ضد خانومگ / برنز، شن و ماسه تکمیل، سیلیکا (ریخته گری شن و ماسه)
  • دقت ابعاد: ± ۰.۲ میلی متر (فلز) یا ± ۰.۳ میلی متر (شن)
  • پلن های کاربرد:قطعات فلزی کاربردی؛مدلهای رنگی تکمیل ریخته گری شن و ماسه
  • نقاط قوت: کم هزینه؛ امکان ساخت جسم های بزرگ؛ هستفاده از قطعات فلزی کاربردی
  • نقاط ضعف: خواص مکانیکی پایین

باندینگ جتینگ شن و ماسه

این نوع کم هزینه تکنولوژی چاپ سه بعدی برای تولید قطعات از شن و ماسه هست. برای مدل های رنگی تکمیل، اشیا با هستفاده از یک پودر گچ یا PMMA در ارتباط با عامل اتصال دهنده مایع ساخته می شوند.

هنگامی که قطعات به طور تکمیل ایجاد می شوند، از پودر بدون چسبندگی جدا می شوند و تمیز می شوند. و برای افزایش خواص مکانیکی، قطعات اغلب در معرض مواد غشایی قرار می گیرند.

همچنین این روش برای تولید قالب سیمان ریخته گری شن و ماسه مفید هست.قالب ها به طور کلی با شن و ماسه چاپ می شوند، گرچه شن و ماسه مصنوعی (سیلیکا) می تواند برای کاربردهای خاص مورد هستفاده قرار گیرد.

پس از چاپ، هسته ها و قالب ها از ناحیه ساخت برداشته می شوند و برای حذف شن و ماسه شسته می شوند. قالب ها معمولا بلافاصله برای ریخته گری آماده می شوند. پس از ریخته گری، قالب از هم جدا انجام گرفته و قطعات فلزی نهایی حذف می شود.

مزیت بزرگ تولید هسته های ریخته گری شن و ماسه با Binder Jetting، تولید اجسام با هندسه بزرگ و پیچیده در عین هزینه ی کم می باانجام گرفت. همچنین، این روش این فرایند زیاد آسان هست.

باندینگ جتینگ فلز

این روش می تواند برای ساخت اشیاء فلزی مورد هستفاده قرار گیرد. پودر فلز با هستفاده از یک عامل اتصال پلی یر محکم می شود.این روش اجازه می دهد که اشیاء فلزی با هندسه های پیچیده که زیاد فراتر از توانایی های تکنیک های عادی هست، ساخته شوند.

با این حال، اشیاء فلزی تنها می توانند از طریق یک فرآیند ثانویه مانند نفوذ یا پختن تولید شوند. هزینه و کیفیت نتیجه نهایی به طور کلی تعیین می کند که کدام فرآیند ثانویه معقول ترین راه برای یک نتیجه ی خاص هست. بدون این مراحل اضافی، آن شی ساخته انجام گرفته با  تنها این روش دارای خواص مکانیکی ضعیفی هست.

فرآیند ثانویه نفوذ به شرح زیر عمل می کند: در ابتدا ذرات پودر فلز با هستفاده از یک عامل اتصال دهنده برای ایجاد یک شی با یکدیگر  متصل می شوند. هنگامی که شی به طور تکمیل ساخته انجام گرفت، آن را از پودر های اضافی حذف می کنند و در یک کوره قرار می گیرند،این کوره باعث می شود بعضی از مواد از بین برود و ۶۰ درصد شی فضای خالی شود.

سپس با روش مویینگی برنز به آن شی تزریق میکنند. در نتیجه ۹۰ درصد به قدرت و تراکم آن شی افزوده می شود.با این حال، اشیاء ساخته انجام گرفته با فلزی Binder Jetting به طور کلی خواص مکانیکی پایینتری نسبت به قطعات فلزی ساخته انجام گرفته با Powder Bed Fusion دارند.

فرایند ثانویه پخته انجام گرفتن می تواند در جایی که قطعات فلزی بدون فضای خالی مورد نیاز هست هستفاده شود. پس از چاپ تکمیل ،شی در یک کوره قرار می گیرد. بعدا آنها در کوره ای با چگالی بالا تقریبا ۹۷٪ پخته می شوند. با این حال، انحراف غیر یکنواخت می تواند در طول زمان پخت ایجاد شود و باید در مرحله طراحی مورد توجه قرار گیرد.

فرایند چاپ سه بعدی: POWDER BED FUSION (فلز)

پودر فلزی Fusion یک فرایند چاپ سه بعدی هست که اشیای جامد را تولید می کند و در یک زمان از یک منبع حرارتی برای ایجاد ذرات پودر فلزی بوتون یک لایه هستفاده می کند.

یشتر تکنولوژی های Fusion پودر مکانیسم هایی برای اضافه کـــردن پودر به عنوان جسم در حال ساخت هست، و در نتیجه قطعه نهایی در پودر فلزی قرار می گیرد. تغییرات اصلی در این تکنولوژی هستفاده از منابع مختلف انرژی(مانند لیزرها یا پرتوهای الکترون) هست.

  • انواع تکنولوژی چاپ سه بعدی: پخت مستقیم لیزر (DMLS)؛ ذوب لیزری انتخابی (SLM)؛ذوب انجام گرفتن الکترون (EBM)
  • مواد مورد هستفاده:پودر فلز: آلومینیوم، فولاد ضد خانومگ، تیتانیوم
  • دقت ابعاد: ± ۰.۱ میلیمتر
  • پلن های کاربرد:قطعات فلزی کاربردی (هوا فضا و خودرو)؛ دندان پزشکی
  • نقاط قوت: قوی ترین قطعات را می سازد؛هندسه هایی با جزییات بالا
  • نقاط ضعف: اندازه ی کوچک؛ هزینه ی بالا نسبت به پایان روش های چاپ سه بعدی

پخت لیزر مستقیم (DMLS) / انتخاب ذرات لیزر (SLM)

هر دو روش لیزر فلز (DMLS) و ذوب لیزری انتخابی (SLM) تولید شیئی را به شیوه ای مشابه SLS تولید می کنند. تفاوت اصلی این نوع تکنولوژی این هست که برای تولید قطعات فلزی هستفاده می شود.

DMLS پودر را ذوب نمی کند اما به جای رساندن فلز به نقطه ی ذوب آن را حرارت می دهد تا بتواند در یک سطح مولکولی با هم مخلوط شود.SLM از لیزر برای رسیدن به نقطه ی دوب هستفاده می کند تا بتوان از تعداد مواد آلیازی هستفاده کـــرد.

تفاوت اصلی بین DMLS و SLM این هست که ؛ DLMS فقط یک نوع فلز به کار می رود اما در SLM تعداد مواد و آۀیاز های مختلف به کار می رود.

بر خلاف SLS، فرایندهای DMLS و SLM نیازمند پشتیبانی ساختاری هستند تا امکان هرگونه ناهماهنگی که ممکن هست رخ دهد را از بین ببرد .

به دلیل دمای بالا، قطعات DMLS / SLM به علت تنش های باقی مانده تولید انجام گرفته در طول چاپ، ممکن هست خطا داشته باشند. قطعات نیز به طور معمول پس از چاپ با حرارت تحت بازسازی قرار می گیرند.

ذوب پرتو الکترونی (EBM)

(EBM) از دیگر روشه های پودر پیوند Fusion هست که از یک پرتو انرژی بالا یا الکترون برای ایجاد همجوشی بین ذرات پودر فلز هستفاده می کند.

پرتو الکترونی به یک لایه نازک پودر تابیده می شود تا مقداری از آن ذوب شود و برای ساخت محصول هستفاده می شود.

در مقایسه با SLM و DMLS، EBM عمدتا به دلیل تراکم انرژی بالاتری دارد سریع تر ساخته می شود. با این حال، چیزهایی مانند حداقل اندازه ویژگی، اندازه ذرات پودر، ضخامت لایه و سطح پوشش معمولا نسبت به روش دیگر دقت کاهشی دارد .

همچنین لازم به ذکر هست که در روش  EBM شی در یک خلاء ساخته انجام گرفته و این فرایند تنها می تواند با مواد رسانا انجام شود.

امتیاز کاربر: نخستین نفر باشید!