پرینت سه بعدی

تکنولوژی های پرینت سه بعدی

به طور کلی، تکنولوژی چاپ سه بعدی شامل سه نوع تف جوشی یا زینترینگ ، ذوب کردن و استریولیتوگرافی می باشد.

از فرآیند تف جوشی به منظور ساخت محصولاتی با وضوح بالا استفاده می شود. در این فرآیند، از پودر فلز برای تف جوشی لیزری مستقیم (DMLS) استفاده می شود و از پودرهای ترموپلاستیک برای تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) استفاده می شود.

روش های ذوبی پرینت سه بعدی نیز شامل ذوب لیزری مبتنی بر بستر پودر (LPBF) ، ذوب پرتو الکترون الکترونی (EBM)، لایه نشانی مستقیم انرژی (DED) می باشند. در این نوع روش ها از لیزر، قوس الکتریکی یا پرتوهای الکترونی برای چاپ محصولات همراه با ذوب مواد در دماهای بالا استفاده می شود.

روش SLS در تری دی پرینت

در فناوری استریولیتوگرافی (خدمات پرینت SLA)، از فوتوپلیمریزاسیون برای ایجاد قطعات استفاده می شود. در این روش، از منبع نور مناسب برای برهمکنش با مواد به صورت انتخابی استفاده می شود تا مقطعی از جسم را در لایه های نازک، سفت و جامد کند.

استریولیتوگرافی

فرآیندهای پرینت سه بعدی

فرآیندهای چاپ سه بعدی به چند دسته کلی بایندر جت ، لایه نشانی مستقیم انرژی، اکستروژن مواد، متریال جت، ذوب لیزری مبتنی بر بستر پودر و پلیمریزاسیون VAT تقسیم می شوند که در ادامه به توضیح هر یک پرداخته شده است.

چاپ سه بعدی به روش بایندر جت

در پرینت سه بعدی به روش بایندر جتینگ ، لایه ای نازک از مواد مانند فلز، ماسه پلیمری یا سرامیک را بر روی پلتفرم ساخت قرار داده می شود. پس از آن قطرات چسب توسط هد چاپ رسوب می کنند تا ذرات را به هم بچسبانند. این بخش، قطعات را لایه به لایه می سازد و پس از تمام کاری، ممکن است پس پردازش برای اتمام ساخت لازم باشد.

روش بایندر جت

در عملیات پس پردازش، قطعات فلزی ممکن است به صورت حرارتی زینتر شوند یا با یک فلز با نقطه ذوب پایین مانند برنز نفوذ کنند. در حالی که قطعات پلیمری یا سرامیکی تمام رنگ ممکن است با چسب سیانواکریلات اشباع شوند. بایندر جت را می توان برای کاربردهای مختلفی از جمله پرینت 3d فلز ، نمونه های اولیه تمام رنگ و قالب های سرامیکی در مقیاس بزرگ استفاده کرد.

پرینت سه بعدی به روش لایه نشانی مستقیم انرژی (DED)

در روش لایه نشانی مستقیم انرژی در پرینت 3 بعدی از انرژی حرارتی متمرکز مانند قوس الکتریکی ، لیزر یا پرتو الکترونی استفاده می شود تا مواد اولیه سیم یا پودر را در هنگام ته نشین شدن ذوب کند. این فرآیند، برای ساخت یک لایه انجام می شود و لایه ها به صورت عمودی برای ایجاد قطعه مورد نظر روی هم قرار می گیرند. لازم به ذکر است که این فرآیند را می توان با مواد مختلفی از جمله فلزات، سرامیک ها و پلیمرها انجام داد.

روش DED در چاپ 3 بعدی

پرینت سه بعدی به روش اکستروژن مواد

در پرینت 3d به روش اکستروژن مواد یا FDM ، از یک قرقره فیلامنت استفاده می شود که با یک نازل گرم شده به سر اکستروژن داده می شود. سر اکستروژن پس از گرم شدن، نرم می شود و مواد گرم شده در مکان های مشخص شده قرار می گیرند تا خنک شوند. پس از آن که لایه ای از مواد ایجاد شد، پلتفرم ساخت به سمت پایین حرکت می کند تا برای لایه بعدی آماده شود.

روش FDM در تری دی پرینت

FDM فرآیندی مقرون به صرفه است و در زمان کوتاهی انجام می شود. اما این روش دقت ابعادی کمی دارد و اغلب نیاز به عملیات پس پردازش دارد. همچنین، این فرآیند تمایل به ایجاد قطعات ناهمسانگرد دارد، به این معنی که در یک جهت ضعیف تر عمل می کنند و بنابراین برای کاربردهای حساس مناسب نیستند.

چاپ سه بعدی به روش متریال جت

پرینت 3 بعدی به روش متریال جت مشابه پرینتر جوهر افشان عمل می کند. با این تفاوت که به جای جوهر روی صفحه، لایه هایی از مواد مایع از یک یا چند سر پرینت رسوب داده می شود. سپس لایه ها قبل از شروع مجدد فرآیند برای لایه بعدی، پخت می شوند. فرآیند متریال جت در پرینت سه بعدی ، نیاز به استفاده از ساختارهای پشتیبان دارد. اما می توان این ساختارهای پشتیبان را از یک ماده محلول در آب ساخت که پس از اتمام ساخت، شسته شود.

روش متریال جت در تری دی پرینت

چاپ 3 بعدی به روش متریال جت ، علی رغم دقت بالای فرآیند، یکی از گران ترین روش های پرینت سه بعدی است. در این روش، قطعات معمولا شکننده هستند و در طول زمان تخریب می شوند. با این حال، این فرآیند امکان ایجاد قطعات تمام رنگی را در مواد مختلف فراهم می کند.

پرینت سه بعدی به روش ذوب مبتنی بر بستر پودر (PBF)

پرینت 3d به روش PBF ، فرآیندی است که در آن انرژی حرارتی (مانند لیزر یا پرتو الکترونی) به طور انتخابی مناطقی از یک بستر پودر را ذوب می کند و لایه هایی را تشکیل می دهد. این لایه ها بر روی یکدیگر ساخته می شوند تا قطعه مورد نظر ایجاد شود.

نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که PBF در پرینت سه بعدی ، هر دو فرآیند پخت و ذوب را پوشش می دهد. مبنای اصلی کار همه سیستم‌های مبتنی بر بستر پودری، یکسان است. در این نوع فرآیند یک تیغه یا غلتک، لایه ای نازک از پودر را بر روی پلتفرم ساخت رسوب می دهد. سپس سطح بستر پودری با یک منبع حرارتی اسکن می شود که به طور انتخابی ذرات را گرم می کند تا آنها را به یکدیگر بچسباند. هنگامی که یک لایه یا مقطع توسط منبع گرما اسکن شد، پلتفرم به سمت پایین حرکت می کند تا فرآیند دوباره در لایه بعدی آغاز شود.

پرینت 3 بعدی به روش PBF

در فرآیند PBF هنگامی که ساخت کامل شد، بستر به طور کامل بلند می شود تا اجازه دهد قطعات از پودر دگرگون نشده جدا شوند و هر گونه پس پردازش مورد نیاز شروع شود.

روش SLS نیز در پرینت سه بعدی ، اغلب برای ساخت قطعات پلیمری استفاده می شود. فقدان ساختارهای پشتیبان امکان ایجاد قطعات با هندسه های پیچیده را فراهم می کند. همچنین، در این روش قطعات تولید شده ممکن است دارای سطح دانه ای و تخلخل داخلی باشند، به این معنی که اغلب انجام عملیات پس پردازش ضروری است.

روش های DMLS، SLM، EBPBF مشابه روش SLS هستند. با این تفاوت که در این نوع از فرآیندهای تری دی پرینت ، از لیزر برای پیوند ذرات پودر به صورت لایه به لایه استفاده شده و قطعاتی از فلز ایجاد می کنند. در حالی که در پرینت 3 بعدی به روش SLM، ذرات فلز به طور کامل ذوب می شوند و در DMLS فقط آنها را تا نقطه همجوشی گرم می کند تا در سطح مولکولی به هم بپیوندند.

روش DMLS در پرینت 3d

SLM و DMLS هر دو به ساختارهای پشتیبان نیاز دارند که دلیل آن گرمای ورودی زیاد مورد نیاز فرآیند است. سپس این ساختارهای پشتیبانی در اتر در عملیات پس پردازش، به صورت دستی یا از طریق ماشینکاری CNC حذف می شوند. در نهایت، قطعات ممکن است تحت عملیات حرارتی قرار گیرند تا تنش های پسماند حذف شوند.

هر دو روش DMLS و SLM در پرینت سه بعدی قطعاتی با خواص فیزیکی بسیار خوب تولید می کنند. آنها را می توان با سوپرآلیاژهای فلزی و گاهی سرامیک هایی که پردازش آنها با روش های دیگر دشوار است استفاده کرد. با این حال، این فرآیندها می تواند گران باشد و اندازه قطعات تولید شده توسط پرینتر سه بعدی استفاده شده، محدود می شود.

پرینت سه بعدی به روش فوتوپلیمریزاسیون VAT

فوتوپلیمریزاسیون VAT را می توان به دو روش استریولیتوگرافی (خدمات پرینت SLA) و پردازش نور دیجیتال (DLP) تقسیم کرد. هر دوی این فرآیندها قطعات را لایه به لایه، از طریق استفاده از نور برای پخت انتخابی رزین مایع در VAT ایجاد می کنند. خدمات پرینت SLA از یک لیزر نقطه ای یا منبع UV برای فرآیند پخت استفاده می کند، در حالی که DLP یک تصویر منفرد از هر لایه کامل را روی سطح VAT می تاباند. قطعات باید پس از چاپ از رزین اضافی تمیز شوند و سپس در معرض منبع نور قرار گیرند تا استحکام قطعات بهبود یابد. هر گونه ساختار پشتیبانی نیز باید برداشته شود و می توان از پس پردازش اضافی برای ایجاد یک پرداخت با کیفیت بالاتر استفاده کرد.

فوتوپلیمریزاسیون VAT در تری دی پرینت

انواع فیلامنت پرینت سه بعدی

به طور کلی، انواع فیلامنت پرینت سه بعدی ، در واقع ترموپلاستیک های رشته ای هستند که در خدمات پرینترهای سه بعدی FDM به عنوان مواد اولیه مورد استفاده قرار می گیرد. انوع فیلامنت پرینت سه بعدی شامل ABS ، PLA، PET، Nylon و … است. در ادامه به معرفی پرکاربردترین انواع فیلامنت پرینت سه بعدی پرداخته شده است.

انواع فیلامنت پرینت سه بعدی

فیلامنت PLA

یکی از انواع فیلامنت پرینت سه بعدی ، PLA یا PolyLactic Acid است که معروف ترین و آسان ترین پلیمر برای تری دی پرینت است. این نوع فیلامت به دلیل دمای پایین پرینت، پرینت پذیری بالایی دارد و همچنین از استحکام خوبی برخوردار است. فیلامنت PLA دارای ویژگی هایی مانند زمان نگه داری بالا، مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش، بدون بو، تجدیدپذیری و قیمت پایین است. در مقابل، مقاومت کمی در برابر گرما و رطوبت دارد و به سادگی چسب کاری نمی شود.

فیلامنت ABS

یکی دیگر از پرکاربردترین انواع فیلامنت پرینت سه بعدی ، ABS یا Acrylonitrile Butadiene Styrene است که معمولا زمانی استفاده می شود که مقاومت دمایی بیشتر و سختی بالاتری نسبت به سایر فیلامنت ها مورد نیاز باشد. همچنین، این نوع فیلامنت مقاومت خوبی در برابر سایش دارد و می توان پس پردازش و رنگ کاری بر روی آن انجام دارد. لازم به ذکر است که فیلامنت ABS مقاومت کمی در برابر اشعه ماوراء بنفش دارد و پرینت پذیری پایینی دارد. همچنین، بوی نامطلوب و بخاراتی هنگام انجام عملیات چاپ 3 بعدی ساطع می شود.

خدمات چاپ سه بعدی

خدمات پرینت سه بعدی شامل مدل سازی سه بعدی قطعات برای پرینت و پرینت سه بعدی فلزات، پلیمرها، سرامیک ها و مواد کامپوزیتی است. ارائه خدمات چاپ سه بعدی عمدتاً به صورت سفارش آنلاین پرینت سه بعدی صورت می گیرد. در هنگام ثبت سفارش پرینت 3 بعدی باید طرح و مدل مورد نظر مشخص شود یا در صورت تمایل ، انجام مدلسازی قطعه مورد نظر از ارائه دهنده خدمات چاپ سه بعدی درخواست شود.

خدمات پرینت سه بعدی

هزینه چاپ سه بعدی

هزینه چاپ سه بعدی معمولا بر اساس میزان ساعت استفاده از خدمات پرینترهای سه بعدی تعیین می شود. مدت زمان دقیق اجرای خدمات پرینت سه بعدی بر اساس سرعت پرینت ، دقت لایه های پرینت، ضخامت تعیین شده، میزان چگالی محصول در حال پرینت و … مشخص می شود که در نهایت بر قیمت چاپ سه بعدی تاثیر می گذارد.

قیمت پرینت سه بعدی به مواد اولیه مصرفی و نوع دستگاه نیز بستگی دارد. به عنوان مثال، هزینه پرینت سه بعدی با استفاده از دستگاه صنعتی بیشتر از دستگاه غیر صنعتی است، زیرا دستگاه های صنعتی دقت بیشتری دارند.

در مجموع باید گفته شود که ضخامت لایه پرینت، مقدار چگالی و ضخامت دیواره کار، تاثیر بسزایی بر قیمت چاپ سه بعدی دارد و توصیه می شود که پیش از سفارش آنلاین پرینت سه بعدی ، این موارد به درستی مشخص شود و در اختیار ارائه دهنده خدمات چاپ سه بعدی قرار بگیرد.