طراحی 3 بعدی چیست و چگونه کار می کند؟

تصور کنید که بتوانید یک شیء 3 بعدی را بطور مستقیم از یک پرینتر در خانه پرینت بگیرید. اگر این حرف را به یک کودک دبستانی بگویید، ممکن است دلش بخواهد بک بسته چیپس پرینت بگیرد! البته این مطلب قرار نیست به این سمت برود، اما به هر حال، در سالیان گذشته این مبحث به نوعی نهایت علم تلقی می شده، که امروز دست یافتنی شده است.

درست همانند پرینترهای معمولی که یک برگه سفید تحویل می گیرند و یک عکس 2 بعدی با یک متن تحویل می دهند، پرینتر 3 بعدی نیز یک شیء حقیقی 3 بعدی را از هیچ پدید می آورند؛ و این یک رویه شگفت انگیز است که در شماری از زمینه ها می تواند مفید باشد.

خلاصه ای از تاریخچه پرینت 3 بعدی

در سال 1986 میلادی، فردی به نام Charlesw.hwl اختراعی را در زمینه استریولیتوگرافی (سنگ چاپ 3 بعدی) به ثبت رساند، که همین امر به عنوان اولین روش پرینت 3 بعدی شناخته می شود.
اختراع این متد منجر به عصری جدید در فرآیندهای ماشینی شد. در حالی که بسیاری از اشیاء از فرآیندی کاهش بوجود می آیند (مانند تراشکاری، متدزنی، حکاکی و ...) چاپ 3 بعدی از فرآیند افزایش بهره می برد.
پرینترهای 3 بعدی بسیار گران هستند. پرینترهای 2 بعدی اولیه، ممکن بود صدها دلار قیمت داشته باشند، اما چاپگرهای 3 بعدی ده ها هزار دلار قیمت دارند. البته نیازی نیست که شما حتماً یک چاپگر 3 بعدی شخصی داشته باشید. امروزه تعدادی از شرکت ها هستند که پرینترهای 3 بعدی در اختیار دارند و اشیاء مورد نیاز شما را چاپ می کنند.

تکنیک های چاپ 3 بعدی

استریو لیتوگرافی (SLA , Stereolithography) اولین تکنیک چاپ 3 بعدی بود. عملکرد آن هم این گونه بود که مواد پلیمری خاص را به صورت لایه لایه بر روی هم پیاده می کرد. این مواد پلیمری در ابتدا به صورت مایع غلیظ بودند، که با تاباندن پرتوهای متمرکز شده ی فرابنفش به آنها، منجمد می شدند.

پردازش نوری دیجیتال (DLP , Digital light processing) هم تکنیکی شبیه بهSLA  است، که از پرتو نوری برای تبدیل مایع به جامد استفاده می کند. با این تفاوت که مایع ابتدا به طور کامل در ظرفی خمره مانند ریخته می شود، و تنها سطح آن در معرض نور قرار می گیرد. هنگامی که سخت و سفت شد، قسمت سفت شده خارج می شود و مایع جدید که در سطح قرار می گیرد نوردهی می شود؛ و به همین ترتیب، یک مدل و شی ء جامد ساخته می شود.

رسوب لیزری انتخابی (SLS , Selective laser sintering) از یک لیزر بسیار قوی برای گداخته و مذاب کردن مواد اولیه ای مانند پلاستیک، شیشه، سرامیک و فلز، و در ادامه تبدیل آن به شیء 3 بعدی مورد نظر استفاده می کند.

ذوب با پرتو الکترون (EBM , Electron beam melting) شیوه ای است که برای قطعات فلزی مورد استفاده قرار می گیرد. فرآیند در یک محیط خلا صورت می گیرد و شروع به ریختن لایه ای از پودر فلز می کند (معمولاً فلز تیتانیوم). یک پرتوی الکترون هم پودر را ذوب کرده و به یک لایه جامد بدل می کند اشیاء ی که با این روش تولید می شوند، به طور خارق العاده ای مستحکم و چگال هستند.

طراحی مولتی جت (MJM , Multi jet modeling) نیز شباهت بسیاری به پرینترهای 2 بعدی جوهرافشان دارند. لایه ای از پودر زرین (ضمع) را می ریزد، و بعد شیرازه ای رنگی و چسب مانند را به عنوان جوهره شیء و برای سخت کردن پودر به یک لایه اسپری می کند. MJM بسیار پر کاربرد است، چرا که هم سرعت بالایی دارد، و هم قابلیت چاپ اشیاء رنگی را دارا می باشد.

طراحی ورقه ذوب شده (FDM , Fused deposition modeling) به نوعی در مقایسه با عمران، همانند بتن ریزی، اما در مقیاس کوچک تر عمل می کند. این گونه که یک لوله خروجی داغ، ماده اولیه را ذوب و خارج می کند. این لوله در دو جهت افقی و عمودی حرکت می کند، و براساس موقعیت دهی کامپیوتری، مواد را در مکان های دلخواه می ریزد تا اینکه سفت شوند.
تقریباً تمام مدل های چاپ 3 بعدی به فایل STL نیاز دارند. یک فایل STL فرصتی خاص برای چاپ 3 بعدی است  که به چاپگر این امکان را می دهد که به راحتی و بطور موثر، شالوده اصلی شیء را به لایه های مختلف برای چاپ تقسیم بندی کند. اکثر فایل های STL در کامپیوتر و به کمک برنامه اتوکد طراحی می شود.

فواید پرینت 3 بعدی

پرینت 3 بعدی در هر دو مقیاس تجاری و شخصی کاربرد دارد. تنها مانع اصلی پرینت 3 بعدی شخصی، هزینه بیش از اندازه، و همچنین دانش ایجاد مدل های STL است.
کارهایی که با طراحی سر و کار دارند، در مقوله چاپ 3 بعدی راحت تر عمل می کنند. طراحان به راحتی مفهوم و ایده چاپ 3 بعدی را درک می کنند و می توانند فرآیند چاپ را به صورت نمونه سازی به سرعت به سرانجام برسانند.
شرکت ها و کارخانجات تولید کننده نیز می توانند از چاپ 3 بعدی، برای ساخت نمونه اولیه محصولاتشان سود ببرند.
دقت چاپ 3 بعدی بطور فوق العاده ای در مقایسه با اشیاعی که با دست تولید می شوند بی همتاست. دقت یک پرینتر 3 بعدی می تواند تا 4 میکرون هم پیش برود. این مقدار حتی از یک تار موی انسان هم باریک تر است.
پرینت 3 بعدی قرار نیست دنیا را تغییر دهد، اما قطعا شگفت انگیز و ارزشمند است. شرکت های مختلف در سرتاسر دنیا پرینترهای 3 بعدی سفارش می دهند؛ علاقه مندان به این امر، اشیاء مختلف را برای سرگرمی تولید می کنند؛ و اینکه در ده سال آینده به طور حتم، شاهد حضور پرینترهای 3بعدی خانگی در خانه های خود خواهیم بود.

منبع: Makeuseof