انواع مختلف فن آوری های چاپ سه بعدی و پرینتر سه بعدی کدامند؟
اولین چیزی که باید بدانید این است که «چاپ سه بعدی» در واقع نوعی اصطلاح «همه چیز» است که گروهی از فناوری‌ها و فرآیندهای تولید افزودنی را پوشش می‌دهد.
در کل، ده نوع مختلف از فناوری های چاپ سه بعدی وجود دارد که امروزه توسط پرینترهای سه بعدی استفاده می شود.
جهت افزایش آگاهی و اطلاعات شما عزیزان، ما به تمام ده فناوری پرینت سه بعدی و فرآیندهای مربوط به هر یک، کاربردهای آنها، به همراه نقاط قوت و محدودیت‌های آنها خواهیم پرداخت.
1. مدل سازی رسوب ذوب شده Fused deposition modeling (FDM)
که گاهی به نام Fused Filament Fabrication (FFF) نامیده می شود، یک فناوری چاپ سه بعدی است که از فرآیندی به نام اکستروژن مواد استفاده می کند. دستگاه های اکستروژن مواد در دسترس ترین – و ارزان ترین – از انواع فناوری چاپ سه بعدی در جهان امروز هستند.
آنها با فرآیندی کار می کنند که در آن یک قرقره از رشته مواد گرمانرم جامد (PLA، ABS، PET) در پرینتر سه بعدی بارگذاری می شود. سپس توسط یک موتور از طریق یک نازل گرم شده رانده می شود و در آنجا ذوب می شود. سپس سر اکستروژن چاپگر در امتداد مختصات خاصی حرکت می کند و مواد پرینت سه بعدی را روی یک پلتفرم ساختمانی قرار می دهد که در آن رشته چاپگر سرد و جامد می شود و یک جسم جامد را تشکیل می دهد.
هنگامی که لایه کامل شد، چاپگر یک لایه دیگر می گذارد و این فرآیند را تا زمانی که جسم به طور کامل تشکیل شود تکرار می کند. بسته به پیچیدگی و هندسه جسم، گاهی اوقات ساختارهای پشتیبانی اضافه می‌شوند، به عنوان مثال، اگر جسم دارای قسمت‌های شیب‌دار باشد.
کاربردهای متداول FDM شامل محفظه های الکتریکی، تست های فرم و تناسب، جگ و فیکسچرها و الگوهای ریخته گری سرمایه گذاری می شود.
نقاط قوت FDM این است که بهترین سطح را به همراه رنگ کامل ارائه می دهد و همچنین مواد متعددی برای استفاده از آن وجود دارد.
به دلیل شکننده بودن محدود شده است، بنابراین برای قطعات مکانیکی مناسب نیست. همچنین هزینه بالاتری نسبت به SLA/DLP دارد.
2. Stereolithography (SLA)
اولین فناوری چاپ سه بعدی در جهان است. این دستگاه توسط چاک هال در سال 1986 اختراع شد. این روش با روش چاپ سه بعدی به نام پلیمریزاسیون Vat کار می کند که در آن ماده ای به نام رزین فوتوپلیمر (استاندارد، ریخته گری، شفاف، دمای بالا) در یک خمره به طور انتخابی توسط یک منبع نور پخت می شود.
به طور خاص، یک چاپگر SLA از آینه هایی به نام گالوانومتر یا گالووس استفاده می کند که در آن یکی روی محور X و دیگری در محور Y قرار دارد. این گالوها نقطه پرتو لیزر را در سراسر محفظه رزین هدف قرار می دهند، به طور انتخابی مقطعی از جسم را در ناحیه ساخت و ساز سخت می کنند و آن را لایه به لایه می سازند.
3. پردازش نور دیجیتال (DLP)
یک فناوری چاپ سه بعدی است و تقریباً همان نوع دستگاه SLA است. تفاوت اصلی این است که DLP از یک پروژکتور نور دیجیتال استفاده می کند که یک تصویر از هر لایه را در یک زمان فلش می کند – یا چندین فلاش را برای قسمت های بزرگتر انجام می دهد.
نور توسط صفحات دیود ساطع نور (LED) یا منبع نور ماوراء بنفش (UV) مانند لامپ به رزین تابانده می شود. توسط یک دستگاه میکروآینه دیجیتال (DMD)، که مجموعه ای از آینه های ریز است که مکان تابش نور را کنترل می کند و الگوی نور را روی سطح ساختمان ایجاد می کند، روی سطح ساخت و ساز هدایت می شود.
از آنجایی که پروژکتور یک صفحه دیجیتال است، تصویر هر لایه از پیکسل های مربعی تشکیل شده است، بنابراین هر لایه از بلوک های مستطیلی کوچکی به نام وکسل تشکیل شده است.
DLP زمان های چاپ سریع تری نسبت به SLA دارد زیرا هر لایه به یکباره در معرض دید قرار می گیرد، به جای اینکه سطح مقطع یک ناحیه را با نقطه لیزر ردیابی کند.
کاربردهای رایج SLA و DLP عبارتند از: نمونه های اولیه پلیمری نوع قالب تزریقی، جواهرات، کاربردهای دندانپزشکی و سمعک.
نقاط قوت آنها این است که دارای جزئیات ویژگی های ظریف و سطح صاف هستند.
آنها به دلیل شکننده بودن محدود هستند، بنابراین برای استفاده به عنوان قطعات مکانیکی مناسب نیستند.
4. لیزر پخت و جوش نقطه ای (SLS)
از فرآیند چاپ سه بعدی به نام Power Bed Fusion استفاده می کند. یک سطل پودر ترموپلاستیک (نایلون 6، نایلون 11، نایلون 12) تا زیر نقطه ذوب آن گرم می شود. سپس، یک تیغه برف پاک کن لایه نازکی از پودر – معمولاً 0.1 میلی متر ضخامت – را بر روی سکوی ساخت قرار می دهد.
یک پرتو لیزر شروع به اسکن سطح می کند، جایی که به طور انتخابی پودر را «سینه» می کند، به این معنی که سطح مقطع جسم را جامد می کند. مانند SLA، لیزر بر روی یک مکان توسط یک جفت گالو متمرکز می شود.
هنگامی که کل سطح مقطع اسکن می شود، سکو به اندازه یک ضخامت از ارتفاع لایه به پایین حرکت می کند و کل فرآیند تا زمانی که شی به طور کامل ساخته شود تکرار می شود. پودری که زینتر نشده است در جای خود باقی می ماند و جسمی که زینتر شده است را نگه می دارد و نیاز به ساختارهای نگهدارنده را از بین می برد.
کاربردهای متداول SLS عبارتند از ساخت قطعات کاربردی، مجرای پیچیده که نیاز به طرح های توخالی دارند و تولید کم مصرف.
نقاط قوت آن در ایجاد قطعات کاربردی، قطعات با خواص مکانیکی خوب و هندسه های پیچیده است.
SLS با نیاز به زمان های طولانی تر و هزینه بالاتر آن در مقایسه با FDM/FFF محدود می شود.
5. فوران کردن مواد Material jetting (MJ)
یک فناوری چاپ سه بعدی است که فرآیند آن به همین نام انجام می شود. از رزین فوتوپلیمر (استاندارد، ریخته‌گری، شفاف، دمای بالا) استفاده می‌کند و به روشی مشابه چاپگر جوهرافشان معمولی عمل می‌کند. تفاوت این است که به جای چاپ یک لایه جوهر، چندین لایه بر روی یکدیگر ساخته می شوند و یک جسم جامد ایجاد می کنند.
MJ با انواع دیگر فن‌آوری‌های پرینت سه‌بعدی که مواد ساختمانی را با رسوب‌گذاری نقطه‌ای رسوب، تف جوشی یا درمان می‌کنند، متفاوت است. در عوض، هد چاپ صدها قطره فوتوپلیمر را پرتاب می‌کند و با استفاده از نور UV آنها را خشک می‌کند. هنگامی که یک لایه رسوب و پخت شد، ضخامت پلت فرم ساخت یک لایه کاهش می یابد و این روند تا زمانی که شی 3 بعدی ساخته شود تکرار می شود.
تفاوت دیگر با فناوری های چاپ سه بعدی این است که به جای استفاده از یک نقطه برای دنبال کردن مسیری که لایه مقطع را مشخص می کند، دستگاه های MJ مواد ساختمانی را به روشی سریع و خطی رسوب می دهند.
مزیت این کار این است که چاپگرهای MJ می توانند چندین شی را در یک خط واحد بدون تأثیر بر سرعت ساخت بسازند. تا زمانی که مدل ها به درستی با فاصله بهینه چیده شوند، MJ می تواند قطعات را سریعتر از انواع دیگر پرینتر سه بعدی تولید کند.
اشیاء ساخته شده با MJ در حین چاپ نیاز به پشتیبانی دارند و همزمان در طول فرآیند ساخت با مواد قابل حلی که در پس پردازش حذف می شود چاپ می شوند. MJ یکی از تنها انواع فناوری چاپ سه بعدی است که می تواند اشیاء ساخته شده از مواد متعدد و با رنگ کامل را ایجاد کند.
6. Drop on demand (DOD)
نوعی فناوری چاپ سه بعدی است که از فرآیند فوران مواد نیز استفاده می کند. از یک جفت جوهر افشان استفاده می کند. یکی مواد ساختمانی موم مانند را رسوب می دهد، دومی مواد پشتیبانی قابل حل را رسوب می دهد. مانند سایر انواع معمولی فناوری چاپ سه بعدی، چاپگر DOD یک مسیر از پیش تعیین شده را برای پرتاب مواد در یک رسوب نقطه ای دنبال می کند و سطح مقطع یک شی را لایه به لایه ایجاد می کند.
چاپگرهای DOD همچنین از چیزی به نام «fly-cutter» استفاده می‌کنند که پس از ایجاد هر لایه، سطح ساخت‌وساز را بررسی می‌کند و قبل از شروع لایه بعدی، سطح کاملاً صافی را تضمین می‌کند.
کاربردهای رایج برای MJ و DOD نمونه های اولیه محصول تمام رنگی، نمونه های اولیه مشابه قالب گیری تزریقی، قالب های تزریق کم مصرف و مدل های پزشکی است.
نقاط قوت پوشش سطح، توانایی استفاده از مواد متعدد و رنگ کامل آن است.
محدودیت ها شامل شکنندگی است که آن را برای قطعات مکانیکی نامناسب می کند و هزینه بیشتری نسبت به SLA/DLP دارد.
7. Sand binder jetting
فناوری چاپ سه بعدی است که از فرآیند Binder Jetting استفاده می کند. این فرآیند مشابه SLS است زیرا به یک لایه اولیه پودر، در این مورد، ماسه یا سیلیس، روی پلت فرم ساخت نیاز دارد. تفاوت آن با SLS در این است که به جای استفاده از لیزر برای پودر جوش، یک سر چاپ روی سطح حرکت می کند و قطرات چسبنده را رسوب می دهد که پودر را به هم متصل می کند و هر لایه از جسم را تولید می کند.
هنگامی که یک لایه چاپ می شود، پلت فرم ساخت پایین می آید و لایه جدیدی از پودر روی لایه تازه چاپ شده پخش می شود. این روند تا زمانی که شی تکمیل شود تکرار می شود.
برای مدل های تمام رنگی، اشیاء با استفاده از پودر گچ بر پایه یا پودر اکریلیک همراه با ماده اتصال دهنده مایع ساخته می شوند. هد چاپ اول عامل اتصال را پرتاب می کند در حالی که هد چاپ دوم رنگ را پرتاب می کند و امکان چاپ مدل تمام رنگی را فراهم می کند.
پس از خشک شدن کامل قطعات، از پودر شل و بدون چسب خارج شده و تمیز می شوند. یک ماده نفوذی (رزینی با پخت سریع برای تقویت مدل‌های پرینت سه بعدی) اغلب برای افزایش خواص مکانیکی معرفی می‌شود. همچنین می‌توان پوشش‌هایی را برای افزایش رنگ اضافه کرد.
Sand Binder Jetting یک فناوری کم هزینه برای تولید قطعات و قالب ها و هسته های ریخته گری شن و ماسه است. پس از چاپ، هسته‌ها و قالب‌ها از محل ساخت خارج شده و تمیز می‌شوند و هرگونه شن و ماسه سست از بین می‌رود. سپس آنها برای ریخته گری فوری آماده می شوند. پس از ریخته‌گری، قالب از هم جدا می‌شود و جزء فلزی نهایی جدا می‌شود.
8. Metal Binder Jetting
از Binder Jetting برای ساخت اجسام فلزی استفاده می کند. پودر فلز با استفاده از یک عامل اتصال پلیمری متصل می شود. این امکان تولید اشیایی با هندسه های پیچیده را فراهم می کند که بسیار فراتر از قابلیت های تکنیک های ساخت مرسوم است.
اجسام فلزی کاربردی نیاز به یک فرآیند ثانویه مانند نفوذ دارند که بدون آن قطعه خواص مکانیکی ضعیفی خواهد داشت.
با نفوذ، پودر فلز توسط یک عامل اتصال متصل می شود. پس از پخت، جسم را در یک کوره قرار می دهند، جایی که بایندر می سوزد. این باعث می شود که جسم با چگالی حدود 60٪، با حفره هایی که در سرتاسر چسب سوخته باقی می ماند، باقی بماند.
سپس برنز با عمل مویرگی برای نفوذ به حفره ها اضافه می شود، که منجر به یک جسم با تراکم 90٪ و استحکام بسیار بیشتر می شود. لازم به ذکر است که اجسام ساخته شده توسط Metal Binder Jetting معمولاً دارای خواص مکانیکی پایین تری نسبت به موارد ساخته شده با پودر بستر فیوژن هستند.
کاربردهای رایج Sand and Metal Binder Jetting عبارتند از ریخته گری شن و ماسه، قطعات فلزی کاربردی و مدل های تمام رنگی.
نقاط قوت شامل حجم کم هزینه و ساخت بزرگ به علاوه قطعات فلزی کاربردی است.
یک محدودیت این است که خواص مکانیکی به خوبی همجوشی بستر پودر فلزی نیست.
پس از خشک شدن کامل قطعات، از پودر شل و بدون چسب خارج شده و تمیز می شوند. یک ماده نفوذی (رزینی با پخت سریع برای تقویت مدل‌های پرینت سه بعدی) اغلب برای افزایش خواص مکانیکی معرفی می‌شود. همچنین می‌توان پوشش‌هایی را برای افزایش رنگ اضافه کرد.
Sand Binder Jetting یک فناوری کم هزینه برای تولید قطعات و قالب ها و هسته های ریخته گری شن و ماسه است. پس از چاپ، هسته‌ها و قالب‌ها از محل ساخت خارج شده و تمیز می‌شوند و هرگونه شن و ماسه سست از بین می‌رود. سپس آنها برای ریخته گری فوری آماده می شوند. پس از ریخته‌گری، قالب از هم جدا می‌شود و جزء فلزی نهایی جدا می‌شود.
9. Direct metal laser sintering (DMLS) و Selective laser melting (SLM)
فن آوری های چاپ سه بعدی هستند که از Metal Powder Bed Fusion استفاده می کنند، فرآیندی که در آن از یک منبع گرما برای ذوب ذرات فلزی در یک لایه در یک زمان استفاده می شود. هر دو اشیاء را به روشی مشابه SLS می سازند. تفاوت اصلی این فناوری ها در تولید قطعات فلزی به جای پلاستیک است. مواد معمولی مورد استفاده عبارتند از پودر فلز، آلومینیوم، فولاد ضد زنگ و تیتانیوم.
DMLS برای تولید قطعات از آلیاژهای فلزی استفاده می شود. DMLS به جای ذوب آن، پودر فلز را با لیزر گرم می کند تا جایی که در سطح مولکولی به هم جوش می خورد.
SLM از لیزر برای ذوب کامل پودر فلز استفاده می کند تا یک قسمت همگن تشکیل دهد، به عبارت دیگر، از مواد تک عنصری مانند تیتانیوم قطعات می سازد.
همچنین متفاوت از فرآیندهای SLS، DMLS و SLM به پشتیبانی ساختاری نیاز دارند تا امکان اعوجاج را که می‌تواند ناشی از دماهای بالای استفاده شده در حین چاپ باشد، محدود کند.
10. ذوب پرتو الکترونی (EBM)
همچنین از فرآیند همجوشی بستر پودر فلز استفاده می کند. بر خلاف DMLS و SLM، به جای لیزر، از پرتو پرانرژی الکترون‌ها برای القای همجوشی بین ذرات فلز در یک پودر استفاده می‌کند.
یک پرتو متمرکز از الکترون ها روی لایه نازکی از پودر اسکن می کند و باعث ذوب موضعی و جامد شدن در یک سطح مقطع خاص می شود. سپس نواحی برای ایجاد یک جسم جامد ساخته می شوند.
به دلیل چگالی انرژی بالاتر، EBM سرعت ساخت بسیار بهتری نسبت به DMLS یا SLM دارد. حداقل اندازه ویژگی، اندازه ذرات پودر، ضخامت لایه، و پرداخت سطح به طور کلی با EBM بزرگتر است.
همچنین به دلیل ماهیت فرآیند، قطعات EBM باید در خلاء ساخته شوند و فقط با مواد رسانای الکتریکی قابل استفاده هستند.
کاربردهای رایج این سه فناوری چاپ سه بعدی آخر، قطعات فلزی کاربردی برای صنایع هوافضا، خودروسازی، پزشکی و دندانپزشکی است.
نقاط قوت ساخت قوی ترین قطعات فلزی کاربردی و توانایی تولید هندسه های پیچیده است.
محدودیت ها هزینه بالا و اندازه های ساخت کوچک است.
جمع بندی شرح پرینتر سه بعدی
اکنون با هفت فرآیند مختلف تولید افزودنی آشنا هستید که باعث ایجاد این ده فناوری چاپ سه بعدی (و تعداد شگفت انگیزی از نام های اختصاری!) شده است که امروزه توسط پرینتر سه بعدی استفاده می شود.
سفارش و خرید انواع پرینتر سه بعدی
3dnium شرکت تولید پرینترهای سه بعدی در آلمان است. کارگاه جواهرات لئوپارد تنها نماینده انحصاری این شرکت در خاورمیانه بوده و کلیه محصولات آن را با وارانتی 1 ساله و گارانتی 5 ساله به فروش می رساند. جهت سفارش و خرید این پرینتر های سه بعدی ویژه با آخرین تکنولوژی با شماره ما تماس گرفته و از مشاوره کارشناسان ما بهره مند شوید.