تکنولوژی چاپگر سه بعدی (پارت دوم)

همانطور که در پارت اول این مقاله اشاره نمودیم پرینتر سه بعدی انواع گوناگونی دارد و در هر یک از آن ها از تکنولوژی متفاوتی نسبت به سایر پرینتر های سه بعدی استفاده شده است. عملکرد این پرینتر های سه بعدی با یکدیگر متفاوت می باشد و هر یک کارایی بخصوصی دارند. از این رو در مقاله تکنولوژی چاپگر سه بعدی (پارت اول) به معرفی برخی از این چاپگر های سه بعدی پرداختیم. در این مقاله پیرو مقاله های پیشین قصد داریم پرینتر سه بعدی را بهتر بشناسیم و سایر مدل های آن را مورد بررسی قرار دهیم. تکنولوژی به کار رفته در ساخت پرینترها به طور فهرست وار عبارتند از:

1. استریو لیتوگرافی (Stereo lithography)
2. پردازش نور دیجیتال (Digital Light Processing)
3. مدل سازی رسوبی (Fused Deposition Modeling)
4. پخت لیزر انتخابی (Selective Laser Sintering)
5. پاشش مواد (Material Jetting)
6. پخش بایندر (Binder Jetting)
7. پخت لیزری و ذوب لیزری (Laser Sintering/ Laser Melting)
8. تولید شئ ورقه ای (Laminated Object Manufacturing)
9. ذوب شدن پرتو الکترون (Electron Beam Melting)
10. دستگاه استریولیتوگرافی (Setereo Lithography Aparatus)

در پارت اول مقاله تکنولوژی چاپگر سه بعدی به 4 مدل اول از تکنولوژی های پرینتر سه بعدی پرداختیم و در این مقاله 6 مورد باقی مانده را شرح می دهیم.

پاشش مواد

تکنولوژی پخش یا پاشش مواد نیز یکی دیگر از تکنولوژی هایی می باشد که در چاپگر و پرینتر سه بعدی از آن استفاده شده است. این مدل از چاپگرها فرایندی مشابه چاپگر های جوهر افشان انجام می دهند با این تفاوت که چاپگر جوهر افشان جوهر را روی کاغذ می پاشد. ولی این پرینتر سه بعدی لایه های فتوپلیمر را روی یک سینی مخصوص می پاشد. در نهایت با کمک نور یووی محصول تولید شده را فرم می دهد.

فرایند ساخت و تولید در این چاپگرها زمانی آغاز می شود که پرینتر مواد مایع را روی سینی می‌پاشد. با شکل گرفتن لایه به لایه این مواد روی سینی شئ نهایی تولید می شود. این پرینتر دارای کاربردهای صنعتی می باشد و دارای مزیت های بسیاری می باشد. قالب سازی با سرعت بالا و نمونه سازی اولیه با کیفیت عالی و دقیق از جمله کاربرد های این تکنولوژی می باشد. محصولات تولید شده با این تکنولوژی به طور کلی دارای خواص زیر می باشند:

1. انعطاف پذیری مطلوب
2. عبور دهنده نور
3. سختی محصول
4. و …

پخش بایندر

تکنولوژی به کار رفته در این چاپگر سه بعدی بسیار شبیه به تکنولوژی به کار رفته در پرینتر سه بعدی SLS می باشد. این تکنولوژی نیز با ساخت لایه های نازک پودری کار خود را آغاز می نماید اما به جای استفاده از لیزر برای اتصال لایه ها از عمل بایندر استفاده می شود. در این سیستم مــواد بایندر از نازل مربوطــه بیرون می آیند. سپس پودر هــایی که روی سطــح پخش شــده اند لایه نازکــی را می سازند. این فـرایند ادامه می یابد تا تمام لایه ها بر اساس طرح مفروض ساخته شوند تا شئ مطلوب همانطور که طراحی شده است تولید گردد. نهایتا پودرهای اضافی را از شئ ساخته شده جدا می نمایند. سپـس سطح جسـم را با یک چسب مخصــوص می پوشـانند. این چسـب از تغییــر ناخواسـته رنگ آن جلوگیـری می نماید. خواص و ویژگی های این چاپگر به قرار ذیل می باشد:

1. کاربرد صنعتی این چاپگر سه بعدی بسیار گسترده می باشد.
2. این تکنولوژی در چاپ های تمام رنگی نیز بسیار کارآمد می باشد.
3. پودر استفاده شده در این دستگاه غالبا ماسه سنگ می باشد.
4. ساخت مجسمه های رنگی و انواع ماکت های معماری یکی دیگر از کاربرد های این فناوری می باشد.
5. انرژی مصرف شده در این چاپگر سه بعدی کمتر از انرژی مصرف شده در سیستم SLS می باشد.
6. استحکام نمونه های چاپگر SLS از این چاپگر ها بیشتر می باشد.
7. سایر ویژگی های این چاپ مشابه چاپ SLS می باشد.

پخت لیزری / ذوب لیزری

پخت لیزری و ذوب لیزری دو روش چاپ سه بعدی می باشند که در پرینتر سه بعدی استفاده می شوند. در این دو روش با توجه به متریال محصول نهایی از یکی از پودر های موجود استفاده می شود. علاوه بر پودر، ابزار دیگری که وجود آن حیاتی می باشد لیزر می باشد. در این روش ها ابتدا لیزر طرح مطلوب را بر روی پودر های پخش شده بر روی صفحه مورد نظر ترسیم می نماید. سپس با تاباندن لیزر به پودر موجود ماده مورد نظر یا پخت می شود و یا ذوب می گردد. در ادامه پودر مورد نظر سفت می گردد. سپس لایه مذکور به سمت پایین حرکت می نماید و یک غلطک سطح پودر بعدی را هموار می نماید. به همین ترتیب لایه های دیگر نیز ساخته می شوند. در ادامه چند نکته مهم در باب این چاپگر سه بعدی بیان می نماییم:

• فلز و پلاستیک مواد اولیه ای می باشند که در این تکنولوژی مورد استفاده قرار می گیرند.
• توجه شود جهت انجام صحیح این فرایند لازم است دمای آن به درستی تنظیم گردد.
• در واقع دما باید بر اساس نقطه ذوب پودر مورد استفاده تنظیم گردد.
• پس از پایان فرایند چاپ، شئ ساخته شده را از دستگاه خارج می نمایند.
• سپس پودر های اضافی را با کمک ضربه یا باد خارج می نمایند.
• این تکنولوژی نیازی به فرایند حمایتی ندارد.
• چاپ انواع طرح های پیچیده با این پرینتر سه بعدی ممکن شده است.
• فلز جهت پخت و ذوب شدن به دمای بالاتری نیاز خواهد داشت.
• لیزر قوی تری برای فلزات استفاده می شود.

تولید شئ ورقه ای

در چاپگر شئ ورقه ای موسوم به LOM از ورقه‌ هایی استفاده می شود که یک لایه پوشش چسب دارند. این ورقه ها را مابین صفحه کار و غلطک گرم قرار می دهند. از آنجا که غلطک مذکور یک غلطک گرم می باشد آن را از روی ورقه چسب دار عبور می دهند تا چسب ورقه ذوب گردد. پس از آن لیزری وجود دارد که طرح مورد نظر را روی این ورقه ترسیم می نماید. پس از اتمام این کار یک لایه صفحه مفروض به مقدار ناچیزی (حدود 1.5 میلی متر) به سمت پایین حرکت می نماید. در ادامه ورقه دیگری روی کار کشیده می شود و توسط غلطک گرم به لایه زیرین می چسبد.

این فرایند آنقدر تکرار می گردد تا شئ مورد نظر به طور کامل چاپ گردد. در آخر با جداسازی قطعه تولید شده از مواد اضافی می توان آن را سمباده زد تا سطح نرمتری داشته باشد و یا آن را رنگ نمود.

• استفاده از مواد کاغذی در این چاپ موجب آسیب پذیر شدن قطعه در مقابل رطوبت می گردد.
• رنگ نمودن این قطعات مقاومت آن ها در برابر رطوبت را افزایش می دهد.
• چاپ سه بعدی LOM بی شک یکی از سریع ترین روش های چاپ سه بعدی می باشد.
• هزینه چاپ به این روش پایین می باشد.
• این پرینتر سه بعدی جهت پرینت و چاپ قطعات بزرگ نیز قابل استفاده می باشد.

ذوب شدن پرتو الکترون

ذوب شدن پرتو الکترون یا به طور مختصر EBM نوع دیگری از چاپگر های سه بعدی می باشد که جهت ساخت قطعات فلزی به کار می رود. این دستگاه در ابتداری هزاره سوم میلادی تولید شده است و در سالهای اخیر جایگاه ویژه ای در چاپ سه بعدی برای خود دست و پا نموده است.

در این سیستم مانند روش SLM ماده اولیه به صورت پودر می‌باشد. با این تفاوت که در سیستم SLM از لیزری قدرتمند استفاده می شود. در حالی که منبع انرژی این تکنولوژی یک پرتو الکترونی می باشد. همانند غالب سیستم های دیگر در این چاپ نیز با تابش پرتو الکترون پودر فلزی مورد استفاده ذوب می شود و سپس لایه های مورد نظر ساخته می شوند تا شکل نهایی تکمیل گردد. دمای این فرایند عموما بالای 1000 درجه سانتی گراد می باشد و همواره پودر فلزی به طور کامل ذوب می گردد. نکات قابل توجه در این پرینتر سه بعدی عبارتند از:

1. روش EBM نسبت به روش SLM از سرعت خوبی برخوردار نمی باشد.
2. هزینه بالا و دسترسی محدود به مواد نیز دیگر معایب این شیوه چاپ سه بعدی می باشند.
3. تیتانیوم یکی از مواد پر استفاده در این تکنولوژی می باشد.
4. عموما از این روش در ساخت ایمپلنت های دندان پزشکی و صنایع هوافضا استفاده می شود.

دستگاه استریولیتوگرافی

دستگاه استریولیتوگرافی ملقب به SLA در واقع نخستین روش چاپ سه بعدی می باشد. این دستگاه از رزین فتوپلیمر جهت ساخت و تولید قطعات استفاده می نماید. در این روش از لیزر جهت سفت نمودن لایه های قطعات ساخته شده استفاده می گردد. فرایند این پرینتر سه بعدی به قرار زیر می باشد:

1. این دستگاه دارای سکوی ساخت می باشد.
2. سکوی ساخت محلی می باشد که قطعه مورد نظر بر روی آن ساخته می شود.
3. داخل این دستگاه یک مخزن قرار دارد که حاوی رزین ها می باشد.
4.  این مخزن در جهت عمودی حرکت می نماید.
5. در بالای این دستگاه لیزری تعبیه شده است که با تابش به سطح رزین موجب سفت شدن آن و تشکیل قطعه مورد نظر می گردد.
6. در این پرینتر سه بعدی لایه ها به همین منوال یکی پس از دیگری ساخته می شوند.
7. قابل ذکر است ضخامت هر لایه در این روش چاپی چیزی مابین 70 تا 500 میکرون می باشد که با توجه به طراحی آن قابل تغییر می باشد.

جمع بندی

در این مقاله سعی شد درباره تکنولوژی پرینترهای سه بعدی صحبت شد و سعی کردیم با انواع مدل های این فناوری صحبت کنیم. بسیاری از افراد تلقی که از پرینتر دارند؛ دستگاه‌های چاپگر معمولی می‌باشد که اغلب به صورت چاپ افست و یا چاپ دیجیتال استفاده می شود. اما ما در این مقاله سعی کردیم شما را با انواع تکنولوژی های جدید صنعت چاپ آشنا کنیم.