در اینجا، ما به تمام این سوالات پاسخ می دهیم و بررسی می کنیم که چگونه چاپ سه بعدی با تولید سنتی مقایسه می شود تا به شما در درک وضعیت فعلی تکنولوژی کمک کند.
چاپ سه بعدی چگونه کار می کند؟
هر چاپگر سه بعدی قطعات را بر اساس همان اصل اساسی ایجاد می کند: یک مدل دیجیتال با اضافه کردن یک لایه در یک زمان به یک شیء فیزیکی سه بعدی تبدیل می شود.از اینجاست که جایگزین افزودنی های ساختمانی ظاهر می شوند.
چاپ سه بعدی یک روش اساسا متفاوت برای تولید قطعات در مقایسه با تکنیک های کمکی (ماشینکاری CNC) یا قالب سازی (قالب گیری تزریقی) است.
در چاپ سه بعدی هیچ ابزار خاصی لازم نیست (به عنوان مثال، یک ابزار برش با هندسه خاص یا یک قالب). در عوض، این بخش به طور مستقیم بر روی لایه لایه ی ساخته شده ساخته می شود که منجر به یک مجموعه ی منحصر به فرد از مزایا و محدودیت ها می شود
یک تصویر از فرآیند تولید افزودنی ساده
این فرایند همیشه با یک مدل 3D دیجیتال - طرح شیء فیزیکی آغاز می شود. این مدل توسط نرم افزار چاپگر به لایه های نازک و دو بعدی شده و سپس به مجموعه ای از دستورالعمل ها در زبان ماشین (G-code) برای پرینتر اجرا می شود.
از اینجا، نحوه کارکرد پرینتر 3D، در نحوه فرایند متفاوت است. به عنوان مثال، پرینترهای رومیزی FDM ذرات فیلامنت های پلاستیکی را ذوب می کنند و از طریق یک نازل بر روی پلت فرم چاپ (مانند یک تفنگ چسبان کامپیوتری با دقت بالا) قرار میدهند. ماشین آلات صنعتی SLS صنعتی از لیزر استفاده می کنند تا لایه های نازک از پودرهای فلزی یا پلاستیکی را ذوب یا رسوب دهند.
مواد موجود در فرآیند با توجه به آن متفاوت هستند. پلاستیک ها بسیار شایع هستند، اما فلزات نیز می توانند پرینت سه بعدی شوند. قطعات تولید شده همچنین می توانند طیف گسترده ای از خواص فیزیکی خاص از اشیاء واضح و شفاف گرفته تا به لاستیک مشابه را داشته باشند.
بسته به اندازه قسمت و نوع چاپگر، چاپ معمولا 4 تا 18 ساعت طول می کشد تا تکمیل شود. قطعات چاپ شده به ندرت آماده استفاده از دستگاه خارج می شوند. آنها اغلب به پردازش بعدی برای رسیدن به سطح مطلوب یعنی سطح به پایان نیاز دارند. این مراحل زمان بیشتری را صرف کرده و احتیاج به تلاش (معمولا دستی) دارند.
تاریخچه ای کوتاه از پرینت سه بعدی
نویسنده Arthur C. Clarke، نویسنده ی علمی تخیلی، اولین توصیف کننده عملکرد اساسی چاپگر 3D در سال 1964 بود. اولین چاپگر سه بعدی در سال 1987 توسط چاک هال از سیستم های سه بعدی منتشر شد و از "فرایندStereolithography" ( SLA).استفاده میکرد.
در دهه 90 و 00 دیگر تکنولوژی چاپ سه بعدی از جمله FDM توسط Stratasys و SLS توسط 3D Systems منتشر شد. این چاپگرها گران هستند و عمدتا برای نمونه سازی صنعتی استفاده می شوند.
در سال 2009، کمیته ASTM F42 یک سند حاوی اصطلاحات استاندارد در تولید افزودنی را منتشر کرد. این چاپ سه بعدی را به عنوان یک تکنولوژی تولید صنعتی معرفی کرد..
در همان سال، اختراعات ثبت شده در FDM منقضی شده و اولین چاپگر های ارزان سه بعدی توسط پروژه RepRap به دنیا آمدند. چیزی که زمانی 200000 دلار قیمت داشت ، ناگهان برای کمتر از 2000 دلار در دسترس قرار گرفت.
طبق گفته Wohlers، پذیرش چاپ سه بعدی در حال افزایش است: بیش از 1 میلیون چاپگر دسکتاپ 3D بین سالهای 2015 تا 2017 به فروش می رسد و فروش پرینترهای فلزی صنعتی در سال 2017 تقریبا دو برابر شده است.
بنابراین امروز چاپ سه بعدی کجاست؟ آیا هیجان مردم نسبت به آن کم شده ؟ خوب، شاید ...
هیجان سالهای قبل بر اساس ایده تصویب مصرف کننده گسترده بود. این تفسیر گمراه کننده ای از ارزش و اهمیت این فناوری است.
امروزه چاپ سه بعدی نقش بسیار مهمی در دنیای تولید پیدا کرده است. انتظارات متفاوت سال های گذشته جای خود را به افزایش بهره وری داده اند. بسیاری از جنبه های این تکنولوژی در حال حاضر جریان اصلی و پذیرفته شده توسط متخصصین و علاقه مندان است.
البته چاپ سه بعدی تکنولوژی ای در حال تحول است. هر ساله چاپگرهای 3D جدید روانه بازار میشوند که می توانند تاثیر قابل توجهی در صنعت داشته باشند. به عنوان مثال، HP اولین سیستم چاپ 3D خود را در همین اواخر (در سال 2016) راه اندازی شده، اما یکی از پرطرفدارترین چاپگر های سه بعدی در سال 2017 است.
مهم است که درک کنیم که چاپ سه بعدی یک فناوری در حال توسعه سریع است. این محصول با مجموعه ای منحصر به فرد از مزایای آن می آید، اما بعضی از جهات نیز از تولید سنتی ضعیف تر است.
در اینجا ما مهمترین مزایا و محدودیت های چاپ 3D را خلاصه می کنیم نقاط مثبت و منفی فن آوری های سه بعدی که در حال حاضر در دسترس است بررسی میکنیم. از آنها برای درک اینکه در حال حاضر چاپ 3D چه موقعیتی دارد و چه موقعیتی در آینده نزدیک خواهد داشت استفاده کنید.
مزایای چاپ سه بعدی
- پیچیدگی هندسی بدون هزینه اضافی
- هزینه های راه اندازی بسیار کم است
- سفارشی و تخصصی کردن هر بخش
- مدل سازی کم هزینه با چرخش بسیار سریع
- طیف وسیعی از مواد (مخصوص)
- محدودیت های چاپ سه بعدی
- مواد قدرت و مقاومت کمتری دارند
- برای حجم بالا مقرون به صرفه گی کمتر
- دقت و تحمل محدود
- پردازش بعد پرینت و حذف پشتیبانی
کاربرد چاپ سه بعدی
در اینجا چند نمونه برای نشان دادن نحوه استفاده افراد از چاپ سه بعدی و اینکه چرا آن را برای موارد استفاده خاص خود انتخاب کردند، جمع آوری کرده ایم.
- هوافضا
- خودرو
- روباتیک
- ابزار دستی
- مراقبت های بهداشتی
- طراحی
- سینما
- تحصیلات
- DIY
مهندسان هوا فضا و فضایی از چاپ سه بعدی برای تولید قطعات با کارایی بالا استفاده می کنند. توانایی ساخت ساختارهای بهینه سازی توپولوژی با نسبت قدرت به وزن بالا و امکان ترکیب اجزاء چندگانه در یک بخش، به طور ویژهای جذاب است.
Optisys LLC ارائه دهنده محصولات آنتن میکرو برای برنامه های کاربردی هوا فضا و دفاع است. آنها از چاپ 3D فلزی برای کاهش تعداد قطعات گسسته آنتن ردیابی خود از 100 به تنها 1 استفاده کردند. با این ساده سازی، Optisys موفق به کاهش زمان هدایت از 11 به2 ماه و در عین حال رسیدن به کاهش وزن 95٪ ای شد.
داستان کامل را در Handbook of 3D Printing بخوانید
3DP 101 - برنامه های کاربردی - فضا
چاپ سه بعدی در مقابل تولید سنتی
چاپ سه بعدی یک ابزار استثنایی برای ساخت قطعات سفارشی و نمونه سازی است. هرچند که با توجه به ویژگی های منحصر به فرد آن بهتر است که از آن برای کاربرد های خاص استفاده شود.
هنگام انتخاب بین تکنولوژی افزودنی (چاپ سه بعدی)، ماشینکاری کمکی (CNC machining) و یا قالب سازی (قالب گیری تزریقی)، چند دستورالعمل ساده وجود دارد که میتوانند به تصمیم گیری شما کمک کنند.
"به عنوان یک قاعده کلی چاپ سه بعدی ، زمانی که یک قسمت (یا فقط چند قطعه) در یک زمان چرخشی سریع و کم هزینه نیاز است و یا زمانی که هندسه بخش را نمیتوان با هر تکنولوژی دیگری تولید کرد، بهترین گزینه است ."
انتخاب یک تکنولوژی کمکی (ماشینکاری CNC) در سناریوهای زیر منطقی تر است:
هندسه نسبتا ساده: به ویژه برای قطعات فلزی، زمانی که طراحی را می توان به راحتی از طریق یک فرایند کم هزینه تولید کرد، ماشینکاری CNC بهترین گزینه است.
الزامات مواد بالا: هنگامی که کیفیت بالا ضروری هست، ماشینکاری CNC یک گزینه بهتر است، ب قطعات چاپ شده به صورت سه بعدی به طور معمول دارای قدرت پایین تری هستند.
دقت بالا: برای قطعات کاربردی با تحمل بالا، ماشینکاری CNC بهترین گزینه است. برای هندسه های پیچیده، یک روش ترکیبی (چاپ اول، دستگاه CNC بعد از آن) نیز یک گزینه قابل قبول است.
برای تولید زیاد (> 1000 بخش)، فن آوری های شکل گیرنده (مانند قالب گیری تزریقی) هزینه های کمتری دارند و معمولا بیشتر از لحاظ مالی منطقی نظر می رسند.
برای احتساب سریع در هزینه واحد، از نمودار زیر استفاده کنید. در این ساده سازی، فرض بر این است که تمام تکنولوژی ها می توانند هندسه ی محصول را تولید کنند. هنگامی که این مورد صدق نمیکند ، چاپ 3D به طور کلی راه حل مورد نظر است.
به طور خلاصه چاپ سه بعدی انعطاف پذیری هندسی را ارائه می دهد و می تواند قطعات و نمونه های سفارشی را به سرعت و ارزان قیمت تولید کند، اما وقتی که حجم زیاد، تحمل و سختی و کیفیت مواد مورد نیاز است، تکنولوژی تولید سنتی اغلب گزینه ای بهتر است. "
