تری دی پرینت یا همان پرینت سه بعدی چیست و چگونه انجام می شود؟

با مملو شدن بیمارستان ها از بیماران مبتلا به کوید-19 و کمبود جهانی تجهیزات مراقبتی شخصی و تجهیزات پزشکی، جهان برای حل این مشکلات، به تکنولوژی روی آورد. در واقع بسیاری از مراکز درمانی به پرینت سه بعدی روی آوردند تا برای پرسنلشان تجهیزات مراقبتی فراهم کنند و ونتیلاتورهایشان را با قطعات پرینت شده تعمیر کنند. کمپانی های بزرگ، استارت آپ ها و حتی دانش آموزان دبیرستانی با پرینترهای سه بعدی جلو آمدند و به این درخواست ها پاسخ دادند. به لطف پرینت سه بعدی، میلیون ها قطعه ی PPE و ونتیلاتور به خط مقدم این جنگ کشنده فرستاده شدند. و این تنها شروع کارهایست که پرینت سه بعدی قادر به انجام آن است. در ادامه این مطلب با ما همراه باشید تا ببینیم تری دی پرینت یا همان پرینت سه بعدی چیست و چگونه انجام می شود؟

نگاره 1) پرینت سه بعدی چیست؟

اما اصلا پرینت سه بعدی چیست؟ پرینت سه بعدی با استفاده از مدل های CAD، به شیوه ی لایه لایه و با متریال های متنوع، از پلاستیک تا پودرها، قطعات سه بعدی می سازد. متریال های مورد استفاده در لایه های پرینت سه بعدی شامل پلاستیک، کامپوزیت یا متریال های بیولوژیکی و… است و برای ساخت قطعاتی با شکل، ابعاد، سختی و رنگ متنوع استفاده می شود.

این پرینترهای سه بعدی از نظر قابلیت ساخت قطعات متنوع، بسیار انعطاف پذیر هستند. می توانند از پلاستیک برای ساخت قطعات سخت همچون عینک های آفتابی استفاده کنند. همچنین می توانند قطعات انعطاف پذیری مانند کیس موبایل و یا دسته های دوچرخه را با لاستیک هایبرید / پودرهای پلاستیک بسازند. برخی پرینترها حتی قادر به پرینت با فیبر کربن و پودرهای متالیک برای تولید قطعات مستحکم صنعتی هستند.

چرا پرینت سه بعدی برای آینده اهمیت بالایی دارد؟

همان طور که پیش تر به آن اشاره کردیم، پرینترهای سه بعدی انعطاف بالایی دارند، نه تنها از نظر متریال مورد استفاده، بلکه در نوع قطعه ای که می سازند. به علاوه بسیار هم سریع و دقیق هستند که آن ها را به ابزارهای تولید آینده داری تبدیل می کند. امروزه بسیاری از پرینترها با هدف نمونه سازی سریع Rapid Prototyping استفاده می شوند. کمپانی های سراسر دنیا در عوض هزینه کردن میلیون ها و صرف ماه ها برای تحقیق و توسعه، از پرینت سه بعدی برای ساخت پروتوتایپ هایشان، آن هم در عرض تنها چند ساعت، استفاده می کنند که 10 ها برابر سریع تر از روش سنتی و 5 برابر کم هزینه تر است.

پرینترهای سه بعدی تقریبا در هر صنعتی می توانند نقشی را به عهده بگیرند و صرفا به منظور پروتوتایپینگ استفاده نمی شوند. بسیاری از پرینترها وظیفه ی تولید محصولات نهایی را به عهد دارند. در بخش درمانی هم بسیاری قطعات پرینت سه بعدی جهت تعمیر ونتیلاتورها استفاده می شود. صنعت ساخت و ساز هم از این روش پرینت فوتوریستی برای ساخت خانه ها استفاده می کند. بسیاری از مدارس هم از این تکنولوژی جهت فراهم کردن آموزش عملی استفاده می کنند، مانند پرینت استخوان های دایناسورها و یا قطعات رباتیک. انعطاف پذیری و انطباق پذیری این تکنولوژی آن را تبدیل به عنصر مؤثری در صنعت کرده است.

پرینترهای سه بعدی چگونه عمل می کنند؟

پرینت سه بعدی جزئی از خانواده ی AM است و از روش های مشابه پرینتر اینکجت استفاده می کند. پرینت سه بعدی از ترکیب نرم افزار، متریال پودر مانند و ابزار دقیق استفاده می کند تا قطعه ای سه بعدی ساخته شود. در ادامه به یک سری از اصلی ترین مراحل پرینت سه بعدی اشاره کرده ایم.

نگاره 2) پرینت سه بعدی چیست؟ و چگونه عمل می کند؟

• نرم افزار مدلسازی سه بعدی

در ادامه سوال تری دی پرینت یا همان پرینت سه بعدی چیست؟ باید بدانیم که اولین مرحله از هر پروسه ی پرینت سه بعدی، مدلسازی سه بعدی است. بعضی از طرح ها برای تولید به روش سنتی بسیار پیچیده و پر جزئیات هستند. در همین مواقع است که نرم افزاهای CAD به کار می آیند. مدلسازی به پرینترها امکان سفارشی سازی محصول را تا کوچکترین جزئیات فراهم می کند. قابلیت نرم افزارهای مدلسازی سه بعدی برای تعریف جزئیات دقیق است که پرینت سه بعدی را به یکی از عناصر مهم صنایع تبدیل کرده است. این نرم افزارهای مدلسازی به ویژه برای دندانپزشکی از اهمیت بالایی برخوردار هستند و امروزه در بسیاری از آزمایشگاه های دندانپزشکی از آن ها برای طراحی الاینرهای دندان استفاده می کنند که برای هر شخص به طور اختصاصی تولید می شوند. همچنین برای صنعت هوافضا هم از اهمیت بالایی برخوردار هستند زیرا که از این نرم افزارها برای طراحی برخی از پرجزئیات ترین قطعات موشک ها استفاده می شود.

• برش مدل

پس از طراحی مدل نوبت به برش آن می رسد. از آن جا که پرینتر مانند انسان قادر به فهم سه بعد نیست، مهندسین باید هر مدل را به صورت لایه ای برش بزنند تا پرینتر قادر به درک آن شود. نرم افزارهای برش از هر لایه اسکن می گیرند و به پرینتر دستوری از چگونگی پرینت هر لایه را می دهند. همچنین نرم افزارهای برش، قسمت هایی از مدل که باید پر شود را هم برای پرینتر مشخص می کنند. این قسمت های تو پر به شکل گیری و استحکام قطعه کمک می کنند. پس از برش مدل به پرینتر فرستاده می شود.

• پروسه ی پرینت

پرینتر سه بعدی به طور کلی عملکرد مشابه پرینترهای اینکجت را را دارد؛ نازل به عقب و جلو حرکت می کند و لایه لایه پلیمر پلاستیکی یا موم را خارج می کند؛ پس از کمی خشک شدن لایه، به سراغ لایه ی بعدی می رود. می توان گفت صدها یا هزاران پرینت دو بعدی را روی یکدیگر قرار می دهد تا مدل سه بعدی شکل بگیرد. تنوع زیادی از متریال های مورد استفاده ی پرینت سه بعدی وجود دارد که به برخی از آن ها اشاره می کنیم.

• اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS): متریالی پلاستیکی که به راحتی شکل می گیرد و به سختی می شکند. LEGO از همین متریال ساخته می شود.
• فیلامنت فیبر کربن: فیبر کربن برای ساخت قطعاتی که نیازمند استحکام بالا و در عین حال وزن کم هستند استفاده می شود.
• فیلامنت رسانا: این نوع متریال همچنان در مرحله ی آزمایش است و می تواند برای پرینت مدارهای الکتریکی بدون نیاز به سیم استفاده شود.
• فیلامنت منعطف: برای پرینت قطعاتی که قابلیت خم شدن دارند و در عین حال سخت هستند؛ استفاده می شود. مانند ساعت های مچی و یا کیس موبایل.
• فیلامنت فلزی: این نوع متریال از فلزات خرد شده و چسب تهیه می شود و می تواند از جنس استیل، برنج، برنز و مس باشد تا ظاهر و حس واقعی فلز را بدهد.
• فیلامنت چوب: این فیلامنت ها حاوی پودر چوب و چسب پلیمری هستند. بسته به دمای پرینت می توانند مانند چوب روشن یا تیره به نظر برسند.

پروسه ی پرینت می تواند از چند ساعت برای قطعات ساده و کوچک تا چند هفته برای پروژه های بزرگ و پرچزئیات به طول بی انجامد.

همچنین انواع مختلفی پرینت سه بعدی وجود دارد که در ابعاد، جزئیات و وسعت پروژه تفاوت دارند. هر کدام از این روش ها تفاوت های مختصری در شیوه ی پرینت دارند. می توان گفت پرینت سه بعدی FDM پرکاربردترین این روش هاست. به خصوص در خصوص تولید قطعات پلاستیکی و پروتوتایپ ها. روش SLA روش بسیار سریعی برای پروتوتایپینگ است و مناسب قطعات پر جزئیات است. روش DLP یکی از قدیمی ترین این روش ها است.

نمونه های پرینت سه بعدی

پرینت سه بعدی تقریبا در هر بخشی ورود کرده است و راه حل های نوآورانه ای را در سرتاسر جهان ارائه داده است. در ادامه مطلب تری دی پرینت یا همان پرینت سه بعدی چیست؟ به برخی از نمونه های جالب استفاده از آن اشاره کرده ایم.

نگاره 3) پرینت سه بعدی چیست؟ و نمونه های کاربرد آن چیست؟

• خانه های پرینت سه بعدی

سازمان های غیر انتفاعی و شهرها در سرتاسر جهان برای حل مشکل بی خانمان ها به سراغ پرینت سه بعدی رفته اند.New Story که یک سازمان غیر انتفاعی با هدف بهبود شرایط زندگی است در حال حاضر مشغول ساخت خانه های پرینت شده است. با استفاده از پرینتر 33 فوتی، New Story قادر به ساخت خانه ای به مساحت 500 فوت مربع که شامل دیوار و پنجره و 2 اتاق خواب است شده، آن هم تنها در 24 ساعت.

تاکنون New Story توانسته است محله های کوچک پرینت شده در مکزیک، هایتی، ال سالوادور و بولیوی بسازد که شامل بیش از 2000 خانه هستند.

• غذای پرینت سه بعدی

غذای پرینت سه بعدی یا به نظر غیر قابل هضم می رسد یا آن قدر خوب است که نمی تواند واقعیت داشته باشد. در واقع اگر بتوان مواد اولیه مانند مرغ و هویج را خالص و پاکسازی کرد می توان با خیال راحت آن ها را پرینت کرد؛ درست مانند یک فیلم علمی تخیلی است. خوردن این غذاها کاملا ایمن و بی خطر است به شرطی که پرینتر کاملا تمیز شده باشد و به درستی عمل کند. اما این پروسه همچنان کند است و نیاز به زمان بیشتری برای پیشرفت و توسعه دارد. به عنوان مثال پرینت یک تخته شکلات چیزی حدود 15-20 دقیقه طول می کشد. با این حال ما شاهد پرینت برگر، پیتزا و خانه های نان شیرین نیز بوده ایم.

• پرینت سه بعدی اندام های بدن انسان و اندام های مصنوعی

پرینت سه بعدی همچنین در زمینه ی تولید اعضای مصنوعی بدن نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. به جای صرف هزینه های بالا برای یک دست، بازو و یا پای جدید تولید شده به روش های سنتی، پرینت سه بعدی می تواند ظاهر و احساس مشابهی را با هزینه ای حدود 50 دلار فراهم کند. مسلما این پروتزها کیفیت نمونه های حرفه ای را ندارند اما جایگزین مناسبی برای کودکتنی هستند که به علت رشد، پروتزهایشان را می شکنند.

در آینده ی نزدیک شاهد پرینت سه بعدی اندام های مصنوعی به صورت کاملتر نیز خواهیم بود که چاپگرهای سه بعدی اندام های حیاتی را برای افرادی که منتظر پیوند هستند پرینت می کنند. در واقع به جای فرایند اهدای عضو, پزشکان و مهندسان در تلاشند تا موج بعدی فناوری پزشکی را ایجاد کنند که می تواند قلب، کبد و کلیه را از ابتدا ایجاد کند. در این فرایند ابتدا اندام ها با استفاده از مشخصات دقیق بدن گیرنده، طراحی و مدلسازی سه بعدی می شوند، سپس ترکیبی از سلول های زنده و ژل پلیمری( معروف به Bioink) لایه لایه چاپ می شوند تا اندام انسانی زنده ایجاد شود. این فناوری می تواند صنعت پزشکی را به کلی تغییر دادن و تعداد بیماران در لیست انتظار را به شدت کاهش دهد.

• تکنولوژی پرینت سه بعدی هوافضا

آیا آینده ی سفرهای فضایی می تواند بر موشک های پرینت سه بعدی متکی شود؟ کمپانی هایی مانند Relativity Space، اینگونه فکر می کنند. این کمپانی مدعی شده است که می تواند یک موشک آماده ی پرواز با 100 برابر قطعه ی کمتر از یک موشک عادی را در طول چند روز با استفاده از پرینت سه بعدی بسازد. اولین موشک این کمپانی تحت عنوان Terran 1 قرار بود در سال 2020 پرتاب شود که به علت پندمیک کمی به تعویق افتاد. پروسه ی ساخت تا پرتاب این موشک تنها 60 روز طول می کشد. این موشک با فلز آلیاژی اختصاصی که ظرفیت بارگیری را به حداکثر می رساند و زمان مونتاژ را به حداقل، ساخته شده است. این موشک قادر به حملی 1750 کیلوگرم است که برای یک موشک پرینت سه بعدی شده اصلا هم بد نیست.

امیدواریم در پایان این مطلب توانسته باشیم جواب سوال “مطلب تری دی پرینت یا همان پرینت سه بعدی چیست؟ ” را داده باشیم گرچه به دلیل پیچیدگی زیاد این موضوع حتما باید مطالعه بیشتری برای درک ایم فرایند پرینت و چاپ سه بعدی داشته باشید.

منبع: builtin.com