چاپگرهای سه بعدی چطوری کار می‌کنند؟ شروع کار با چاپ 3 بُعدی

چاپگرهای سه بعدی چطوری کار می‌کنند؟ چاپ 3 بُعدی،چاپ افزودنی یا لیتوگرافی استریو. اگر به این عبارت ها برخورد کردید و نظرتان را جلب کردند، ممکن است بخواهید این مقاله را بخوانید تا درباره دنیای شگفت انگیز چاپ 3 بُعدی بیشتر بدانید. چاپ 3 بُعدی زمینه ای است که به سرعت در حال رشد بوده و محبوبیت و کاربرد زیادی برای چاپگرهای 3 بُعدی که هر روز در حال رشد و پیشرفت هستند، دارد. در این مقاله ما سعی می­کنیم که یک معارفه ابتدایی با چاپگرهای سه بعدی برای تازه کارها ارائه دهیم. اینکه چطور می توان از آنها بهره برد و چطور باعث ایجاد تغییراتی در آینده خواهند شد.

خب! چاپ 3 بُعدی چیست و چگونه عمل می­کند؟

چاپ 3 بُعدی یا ساخت مواد افزودنی به معنی فرآیند ساخت اشیا جامد 3 بُعدی از یک فایل دیجیتال است. این فرآیند از یک چاپگر شبیه ماشین استفاده می­کند که این ماشین ماده ای (عموما پلاستیک ) را ذوب کرده و آن را با یک روش از پیش تعیین شده در یک قالب می­ریزد و به این صورت لایه های متوالی را می­سازد تا جسم حاصل 3 بُعدی شود. به عبارت دیگر چاپگر یک قرص نان را به صورت تکه تکه تشکیل می­دهد.

تکنیک های چاپ 3 بُعدی بسیار متنوعی در دسترس است اما رایج ترین آن ها استریولیتوگرافی (SLA) است. این ماشین قادر است هر فایل طراحی شده 3 بُعدی را با گام های ذکر شده در ادامه، به یک جسم3 بُعدی تبدیل کند.

1. فایل 3 بُعدی توسط یک نرم افزار بررسی می­شود تا قابل چاپ بودن آن تایید شود.
2. سپس نرم افزار فایل را به چند بخش تقسیم کرده و به ماشین می­‌فرستد.
3. یک رشته پلاستیکی درون دستگاه چاپ قرار داده می­‌شود.
4. رشته ذوب می­شود و سر آن روی سکوی ساخت قرار داده می­شود.
5. سر به گونه ای حرکت می­کند که با ریختن مواد قسمت انتهایی جسم را بسازد.
6. سر به وضعیت شروع خود برمی­گردد و سکوی ساخت پایین می­آید.
7. سپس سر، لایه جدیدی را روی لایه اولیه می­سازد و این روند تا جایی که ساخت جسم تمام شود، تکرار خواهد شد.

آیا چاپگرهای سه بعدی ایده‌ای جدید هستن؟

خیر. قطعا خیر!!! اگر چه این روزها چاپ 3 بُعدی توجه بسیاری را جلب کرده است اما به این معنی نیست که این فناوری جدید است. حتما تعجب می­‌کنید اگر بدانید که ابداع اصطلاح ساخت افزودنی به انتهای سال 1980 برمی­گردد. که اساسا برای نمونه سازی سریع از آن استفاده شده است.

اما پس از آن، حدود سال 2014 با افزایش چاپگر های کم هزینه 3 بُعدی، این تکنولوژِی به یک حرکت مبتکرانه برای افرادی که علاقمند به ساخت و ساز، صنعت­گران، مخترعان، معلم‌ها و محققان تبدیل شد. به این ترتیب این تکنولوژِی در حال بدست آوردن بازار گسترده ای و دامنه عالی برای آینده است.

چاپگرهای 3 بُعدی در اصل برای کمک به فضانوردان ساخته شدند. برای تیم فضانوردی کار سختی بود که تمام ابزارهایی را که برای کار کردن روی پروژه در فضا به آن نیاز دارند، همراه خود ببرند. همراه داشتن ابزار های اضافه باعث افزایش وزن شاتل می­شود که درنهایت مصرف سوخت آن را افزاشی می­دهد. در نتیجه این ایده ارائه شد که یک چاپگر سه بُعدی همراه فضانوردان به فضا فرستاده شود. هر زمانی که آن ها به ابزار یا ماده ای برای کارکردن نیاز داشتند، به سادگی روی فایل STL کلیک کرده و آن را چاپ می­کردند.

در صورتی ایجاد هر گونه وضعیت اضطراری و نیاز به طرح جدید، طراحی آن در ایستگاه پایه انجام شده و به خدمه ارسال می­شود تا آن را چاپ کنند. اما تکنولوژی پیشرفته کرده و حالا داشتن یک چاپگر برای هر خانه مقرون به صرفه است.

چگونه یک نفر می­تواند کارکردن با چاپگرهای سه بعدی را شروع کند ؟

از آن جایی که تکنولوژِی اخیر قیمت چاپگر های سه بُعدی را به حدی کاهش داده که یک شخص متوسط می­تواند آن را خریداری کرده و استفاده کند، چاپ سه بُعدی دیگر یک جادو یا تجهیز مربوط به سطح صنعتی نیست. به لطف انجمن ها و طراحی های آنلاین امروزه هر کسی که بتواند با یک کامپیوتر کار کند، قادر به چاپ تصورات خود خواهد بود.

همانطور که چاپگر های لیزری در منازل ما رایج شدند، این چاپگر های سه بُعدی هنوز راهشان را به منازل و محل کار ما پیدا نکرده اند. حالا بیایید ببینیم چطور یک نفر می­تواند شروع به کارکردن با چاپگر سه بُعدی کند. برای انجام هر نوع عمل چاپ، 4 گام ساده زیر دنبال می­‌شود:

1. مدل سازی CAD سه بُعدی
2. برش دادن و دیگر تنظیمات
3. چاپ لایه ای – تناسبی
4. بخش تکمیل کلی

 مدل سازی CAD سه بُعدی

بله . به جهت چاپ هر شی با چاپگرتان باید آن را با نرم افزار های مدلسازی طراحی کنید. اگر شما یک طراح حرفه ای هستید می­توانید از هرنوع نرم افزاری که فایل را با پسوند .STL(استریولیتوگرافی) و یا (OBJ(object. ذخیره می­کند، استفاده کنید. به محض اینکه طرح ایجاد شد، می­تواند به بخش بُرش منتقل شود. از آنجایی که طرح تکمیل شده توسط شما ساخته می­شود در آن بخش قادر به تغییر، ویرایش و یا هرگونه تعویض کوچک طراحی خود هستید.

اگر شما یک فرد در حال آموزش هستید، تعداد بسیار زیادی نرم افزار رایگان و در دسترس برای شما وجود دارد که می­تواند به منظور طراحی طرح موجود در ذهن شما استفاده شود. این روند شبیه جایگذاری بلوک های سازنده است.

اگر تازه کار هستید و هیچ ایده ای از چگونگی طراحی یک مدل 3­ بُعدی ندارید،نگران نباشید! سایت های زیادی وجود دارند که فایل های STL رایگان در اختیار شما قرار می­دهند. این فایل ها توسط طراحان­شان آزمایش و چاپ شده اند از این رو قابل اعتماد بوده و به راحتی چاپ می­شوند. تنها محدودیت این فایل ها این است که عمدتا به صورت فایل .STL عرضه می­شوند. این قالب فایل ها نمی­توانند به صورت سفارشی تغییر داده شوند اما به کمک نرم افزار های بُرش میتوان ابعاد آن هارا تغییر داد. اگر شما کاملا تازه کار هستید،پیشنهاد می­کنیم که با طراحی های در دسترس در بازار شروع کنید.

به محض اینکه طرح ساخته شد، کار نرم افزار مدلسازی 3 بُعدی تمام می­‌شود. حالا فایل ها به نرم افزار برش فرستاده می­شود که در آنجا چاپگر آماده چاپ آن خواهد شد.

برش و دیگر تنظیمات

مدل های طراحی شده باید به یک سری کد با عنوان G-Code تبدیل شوند تا چاپگر آن ها را شناسایی کرده و شروع به چاپ کند. به این بخش برش دادن گفته می­شود. کیفیت چاپ به تنظیماتی که در این مرحله انجام می­شود بستگی دارد.قبل از اینکه به این موضوع بپردازیم، بیایید با این موضوع آشنا شویم که چاپگر های سه بعدی واقعا چقدر ساده هستند!

چاپ سه بُعدی جادو نیست!

اگر شما هنوز سردرگم یا متعجب هستید که چاپگرهای سه بعدی چگونه کار می­کنند به ما اعتماد کنید که این یک کار غیرممکن نیست. حتی تعداد زیادی از دانشجویان سعی کردند که یک چاپگر سه بُعدی برای خودشان بسازند. در چند پاراگراف بعدی سعی خواهیم کرد برای اینکه ساختار چاپگرها را بهتر متوجه شوید، بخش های مختلف یک چاپگر ساده را توضیح خواهیم داد.

بخش های معمول یک چاپگر سه بُعدی در تصویر زیر نشان داده شده اند.

اکسترودر مهم ترین بخش چاپگر ماست. این بخش جایی است که فیلامان ها ذوب شده و بیرون کشیده می­‌شوند. اکسترودر شامل یک تیوب باریک است که فیلامان توسط یک موتور پله ای از آن بیرون کشیده می­شود.

این قسمت همچنین ازمواد گرم کننده ای تشکیل شده که hot end نامیده ­می­شوند و فیلامان را گرم می­کنند. این فیلامان گرم شده شبیه فشاردادن مواد خمیردندان، از نازل بیرون می­آید. همینطور که فیلامان ذوب می­شود، موتور پله ای آن را به سمت داخل هل می­دهد که شبیه حرکت یک قرقره روی نگهدارنده آن بالا می­رود.

انواع مختلفی از فیلامان ها در بازار وجود دارند و هر ماه تعداد بیشتری نیز اضافه می­شوند. هر فیلامان قطر و دمای چاپ مخصوص خودش را دارد. یک مدل بسیار رایج از آن ها PLA است که در دمای 180-210 درجه سلسیوس ذوب می­شود.

تمام این بخش مستقرسازی اکسترودر روی ریل های محرک نصب شده است. در حین اینکه فیلامان ذوب شده و خارج  می­شود، اکسترودر توسط دیگر موتور های پله ای موجود در آن جهت موردنیاز حرکت کرده(در جهت فلش های قرمز) و عمل چاپ روی صفحه پایه انجام می­شود.

حالا که اندکی با روش کار چاپگر سه بعُدی­مان آشنا شدیم، بیایید به نرم افزار بُرش بازگردیم. رایج ترین نرم افزار Cura است. این نرم افزار به طور اصلی برای یک چاپگر به نام Ultimaker ایجاد شده بود اما از آنجایی که به صورت رایگان و منبع آزاد ساخته شده بود، بیشتر چاپگرهای موجود شروع به استفاده از Cura نمودند.

در این نرم افزار، تنظیمات چاپ دقیقا مانند چاپگر های لیزری ما انجام و فرستاده می­‌شوند. در آن ما می­توانیم عمل مقیاس گذاری، میزان کردن در یک ردیف و جهت یابی مدل چاپی­مان را انجام دهیم. دیگر تنظیمات ضروری مثلا دما، انقباض، سرعت، جریان فیلامان، قطر نازل و غیره با استفاده از این نرم افزار به چاپگر داده می‌­شود.

چاپ لایه لایه

بر اساس تنظیمات انجام شده، زمان چاپ و طول مواد مورد نیاز همانطور که در شکل زیر نشان داده شده، توسط نرم افزار نمایش داده می­شود. دراینجا زمان چاپ 1 ساعت و 14 دقیقه و مقدار مواد استفاده شده 10 گرم است. همچنین دیگر تنظیمات مربوط به این چاپ در تصویر قابل مشاهده است.

هنگامی که فایل STL لود شده و تنظیمات انجام شده باشد،همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، این نرم افزار با استفاده از امکان لایه‌­ها، می­تواند چگونگی انجام فرآیند چاپ را تصویرسازی کند. این تصویر نشان می­دهد که مدل ما بعد از چاپ کردن 78 امین لایه به چه شکلی در می­آید. خط آبی رنگ نشان دهنده مسیر اکسترودر ما است.

به محض اینکه این بخش انجام شد، فایل می­تواند به یک G-Code تبدیل شود که برای چاپ به چاپگر داده می­شود. به همین صورت، مدل شما در زمان ذکر شده چاپ خواهد شد.

کار خیلی سختی بود؟

خلاصه نحوه عملکرد چاپگرهای سه بعدی را در ویدیو زیر می‌توانید مشاهده کنید.

آینده چاپگرهای سه بعدی

در هر حال، چاپ سه بُعدی چالش های مخصوص خودش را نیز دارد. عواملی نظیر سرعت عملکرد کم، خطاهای مکانیکی در محصولات و انتخاب محدود مواد اولیه (اکثرا پلاستیک) چالش های این موضوع هستند. همه اینها بستگی دارد که یک شخص چگونه بخواهد از این فناوری استفاده کند. و هر روز شاهد استفاده‌های خلاقانه بیشتری از چاپگرهای سه بعدی خواهیم بود.

منبع: ترجمه از وبلاگ circuitdigest

شما می‌توانید پروژه‌های خودتان را با آردوینو بسازید و بعد برای آن‌ها جعبه پلاستیکی طراحی و با پرینتر سه بعدی چاپ کنید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.