مقالات پرینت سه بعدی

مواد مورد استفاده در پرینت سه بعدی

مواد استفاده شده در پرینت سه بعدی به اندازه محصولات حاصل از پروسه سنتی تولید متنوع می باشند. همچنین، پرینت سه بعدی به اندازه کافی منعطف بوده و به تولیدکننده اجازه تعیین اشکال، بافت و استحکام یک محصول را می دهد. مخصوصاً این کیفیت ها با مراحل خیلی کمتر نسبت به روش های تولید سنتی حاصل می شوند.

به منظور استفاده از پرینت سه بعدی و تولید یک محصول نهایی، ابتدا یک عکس با جزییات از طراحی موردنظر نیاز است که به دستگاه پرینتر ارائه شود. جزئیات به زبان مثلث سازی استاندارد (STL) تبدیل می شوند که پیچیدگی ها و ابعاد طراحی موردنظر را منتقل می کند و به پرینتر سه بعدی اجازه می دهد که طرح را از همه زوایا و جهات بررسی کند.

اساسا، شمای یک طرح STL متناسب است با چندین طرح مسطح ساده در یک فایل کامپیوتری.

بنابر پیش بینی ها صنعت پرینت سه بعدی در آینده نزدیک از گردش مالی ۱۰ رقمی عبور کرده و پلاستیک به عنوان ماده اصلی استفاده خواهد شد تا این صنعت را به حرکت درآورد. همانطور که اخیراً در یک مطالعه انتشارات بازارهای هوشمند مشاهده شده است، بازار پرینت سه بعدی قبل از سال ۲۰۲۰ از مرز ۱.۴ میلیارد دلار عبور خواهد کرد. با توسعه مداوم بازار، صنعت برای ارائه کردن پلاستیک ها به دنبال راه های جدیدی ازجمله استفاده از مواد ارگانیک مانند روغن سویا و ذرت بوده است.

پلاستیک ها:

از بین مواد خام مورد استفاده در پرینت سه بعدی، پلاستیک رایج ترین مواد میباشد. پلاستیک یکی از متنوع ترین مواد برای لوازم خانگی و اسباب بازی های تولید شده از پرینت سه بعدی می باشد. محصولات تولید شده از این روش شامل وسایل رومیزی، ظروف زینتی و اکشن فیگورها می باشند. فیلامنت های پلاستیکی که به صورت شفاف و همچنین رنگ روشن موجود می باشند که قرمز و سبز ملایم به طور ویژه ای محبوب هستند به صورت قرقره به فروش می رسند و می توانند ساختار مات یا روشنی داشته باشند. به عنوان یک انتخاب نسبت مقرون به صرفه، پلاستیک عموماً برای سازنده و مصرف کننده به یک نحوی به صرفه است.

محصولات پلاستیکی معمولاً با پرینترهای FDM ساخته می شوند که در آن ها فیلامنت های ترموپلاستیک ذوب شده و به صورت لایه به لایه قطعه نهایی را شکل می دهند. انواع پلاستیک های استفاده شده در این فرایند معمولاً از یکی از مواد زیر ساخته می شوند:

  • پلی لاکتیک اسید (PLA): پلی لاکتیک اسید به عنوان یکی از گزینه های دوستار محیط زیست برای پرینت سه بعدی، از محصولات طبیعی مانند نیشکر و نشاسته ذرت گرفته شده؛ بنابراین زیست تخریب پذیر می باشد. انتظار می رود پلاستیک های تولید شده از پلی لاکتیک اسید، در سال های آتی بر صنعت پرینت سه بعدی تسلط پیدا کنند.
  • اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS): ABS به دلیل استحکام و ایمنی، یک گزینه مناسب برای پرینترهای سه بعدی خانگی است. این مواد که تحت عنوان پلاستیک لگو شناخته می شود دارای فیلامنت های ماکارونی شکل بوده که موجب استحکام و انعطاف پذیری آن می شود. ABS در رنگ های مختلف موجود است که مواد را برای محصولاتی مانند برچسب ها و اسباب بازی ها مهیا می کند. همچنین ABS برای تولید جواهرات و ظروف زینتی استفاده می شود که میان صنعتگران بسیار مورد قبول است.
  • پلی وینیل الکل(PVA): PVA که در پرینترهای خانگی ارزان قیمت استفاده می شود، پلاستیک مناسبی برای قسمت های ساپورت قابل حل است. اگر چه این متریال برای محصولاتی که نیازمند استحکام بالایی هستند مناسب نمی باشد، میتواند برای موارد موقتی یک گزینه کم هزینه باشد.
  • پلی کربنات (PC): درحالی که PC نسبت به موارد پلاستیکی ذکر شده کمتر مورد استفاده قرار می گیرد، فقط در پرینترهای دارای نازل دما بالا می توان از آن ها استفاده کرد. در میان بقیه، PC برای تولید بست های پلاستیکی ارزان قیمت و سینی های تزئینی استفاده می شود.

کالاهای پلاستیکی تولید شده به وسیله پرینتر سه بعدی در انواع شکل ها و ویژگی ها، از مسطح و گرد به شیاردار و مشبک، ظاهر می شوند. یک جستجو سریع در بخش عکس های گوگل دامنه گسترده ای از محصولات پلاستیکی پرینت شده مانند دستبند های مشبک، چرخ دنده ها و فیگور اکشن بینظیر هالک را نشان می دهد. در حال حاضر قرقره های پلی کربنات در بیشتر فروشگاه ها برای یک هنرور خانگی قابل دسترس است.

 

 

پودرها:

پرینترهای سه بعدی پیشرفته امروزی از مواد پودری برای ساخت محصولات استفاده می کنند. پودرها داخل پرینتر ذوب شده و در لایه ها گسترده می شوند تا زمانی که ضخامت، بافت و الگوهای مطلوب حاصل شوند. پودرها می توانند از منابع و مواد مختلف باشند، اما رایج ترین آنها مواد زیر هستند:

  • پلی آمید (نایلون): پلی آمید با استحکام و انعطاف پذیری خود اجازه می دهد تا سطوح بالایی از ریزه کاری ها و جزئیات را در یک محصول پرینت سه بعدی شده مشاهده کرد. این مواد به طور ویژه ای مناسب اتصال قطعات و قفل شدن اجزاء در یک مدل پرینت شده می باشند. پلی آمیدها در پرینت هر قطعه ای از بست ها و دستگیره ها تا ماشین اسباب بازی و مجسمه ها مورد استفاده قرار می گیرند.
  • آلومید: پودرهای آلومید، تشکیل شده از ترکیب پلی آمید و آلومینیوم خاکستری، قوی ترین مدل های پرینت سه بعدی شده را تولید می کنند. این پودر به دلیل ظاهر زبر و شن مانند برای مدل ها و پیش نمونه های صنعتی قابل اطمینان می باشد.

در حالت پودری، موادی مانند فولاد، مس و سایر فلزات قابلیت جابجایی بیشتری داشته و به شکل های مطلوب حالت می گیرند؛ مانند انواع مختلف پلاستیک استفاده شده در پرینت سه بعدی، پودرهای فلزی باید تا دمایی حرارت دیده که بتوانند به صورت لایه لایه توزیع شده و شکل نهایی و تکمیل شده را تشکیل دهند.

رزین ها:

یکی از محدودترین و بنابراین کم مصرف ترین مواد در پرینت سه بعدی رزین می باشد. رزین در مقایسه با سایر مواد مورد استفاده در پرینت سه بعدی استحکام و انعطاف پذیری کمتری دارد. رزین که از پلیمر مایع ساخته شده است، در معرض نور ماوراءبنفش سخت شده و به حالت نهایی خود می رسد. رزین به طور معمول در حالت های شفاف، سفید و سیاه وجود دارد، اما محصولات پرینت شده کنونی به رنگ های نارنجی، قرمز، آبی و سبز نیز تولید می شوند. این ماده در سه حالت زیر استفاده می شود:

  • رزین های با جزئیات بالا: معمولا برای نمونه های کوچکی که به جزئیات پیچیده تری نیاز دارند مورد استفاده قرار می گیرند. به طور مثال، مجسمه های چهار اینچی کوچک با جزئیات پیچیده لباس و چهره با این نوع رزین ساخته می شوند.
  • رزین قابل رنگ آمیزی: رزین های این دسته به دلیل جاذبه زیبا شناسی که اغلب اوقات در پرینت های سه بعدی سطوح صاف کاربرد دارند مورد توجه هستند. مجسمه هایی که جزئیات زیادی در چهره دارند، مانند پری ها، از رزین قابل رنگ آمیزی ساخته می شوند.
  • رزین شفاف: این رزین از مستحکم ترین دسته های رزین محسوب می شود بنابراین مناسب انواع محصولات پرینت سه بعدی شده می باشد. این نوع رزین برای نمونه هایی باید استفاده شود که شکلی صاف و ظاهری شفاف داشته باشند.

تمام رزین های شفاف با رنگ های متنوع در تولید مجسمه ها، مهره های شطرنج، حلقه ها و لوازم جانبی و وسایل کوچک خانگی کاربرد دارند.

فلز:

فلز دومین ماده محبوب در صنعت پرینت سه بعدی است که در فرایندی به نام تفجوشی مستقیم لیزری فلزات (DMLS) استفاده می شود. این روش در بین تولیدکننده های تجهیزات سفر هوایی مورد استقبال قرارگرفته است؛ کسانی که از پرینت سه بعدی به عنوان تسریع و ساده سازی ساخت قطعات استفاده می کنند.

همچنین پرینترهای DMLS بین سازندگان جواهرات متداول شده اند که می توانند با سرعت بالا و مقدار زیاد به کمک پرینت سه بعدی تولید شوند بدون اینکه نیازی به ساعت های زیادی کار پیچیده و پرمشقت باشد.

کالاهای بسیار متنوع و مستحکمی به وسیله فلزات قابل تولید هستند. سازندگان جواهرات از فولاد و مس استفاده کردند تا دستبندهای حکاکی شده را با کمک پرینترهای سه بعدی تولید کنند.

تکنولوژی پرینت سه بعدی با فلز همچنین یک فرصتی برای تولیدکنندگان ماشین آلات فراهم کرده است تا بتوانند به منظور تولید سریع و فراوان از پرینتر DMLS بهره ببرند درحالی که با تجهیزات مونتاژ امروزی ای هدف بسیار دشوار است. حامیان این رویدادها و پیشرفت ها بر این باورند که پرینت سه بعدی این امکان را به ماشین سازها می دهد که قطعات فلزی را با استحکام بیشتر نسبت به قطعات معمولی که شامل فلزات گرانبها هستند را تولید کنند.

در این میان استفاده از قطعات پرینت سه بعدی شده در صنعت هوافضا در حال گسترش است. هوانوردی جنرال الکتریک برنامه دارد که تا سال ۲۰۲۰ انژکتورهای موتور با نرخ سالانه ۳۵۰۰۰ واحد پرینت کند.

دامنه فلزات مورد استفاده درروش DMLS به اندازه انواع مختلف پلاستیک پرینتر سه بعدی متنوع است:

  • فولاد زنگ نزن: مناسب پرینت کردن ظروف آشپزخانه، ظروف خوراک پزی و سایر اقلامی که نهایتا در تماس با آب هستند.
  • برنز: قابلیت استفاده در ظروف زینتی و سایر اسباب و وسایل خانه
  • طلا: ایده آل برای حلقه ها، گوشواره ها، دستبندها و گردنبندهای پرینت شده
  • نیکل: مناسب پرینت سکه ها
  • آلومینیوم: مورداستفاده در ابزار فلزی نازک
  • تیتانیوم: انتخاب مناسب برای وسایل حجیم و مستحکم

فلز در فرایند پرینت به شکل ذرات ریز استفاده می شود. ذرات فلزی به منظور استحکام بخشی حرارت می بینند؛ بنابراین به پرینترها این اجازه را می دهد که به جای استفاده از ریخته گری به طور مستقیم از ذرات فلزی برای تولید قطعات فلزی استفاده کنند. بعد از اتمام پرینت میتوان این قطعات را الکتروپولیش کرده و به بازار عرضه کرد.

بیشتر اوقات از ذرات فلزی برای تولید نمونه های اولیه ابزارآلات فلزی استفاده می شود، در حالی که برای ساخت محصولات نهایی و مرغوب همانند جواهرات نیز کاربرد دارند. فلزات پودری برای ساخت ملزومات پزشکی نیز استفاده دارند.

زمانی که در پرینت سه بعدی از ذرات فلزی استفاده می شود این امکان وجود دارد که محصولات نهایی با تعداد قطعات کمتری تولید شود. به عنوان مثال پرینتر سه بعدی انژکتورهای راکت را طوری ساخته است که فقط شامل دو قطعه باشد، در حالی که برای تولید وسیله مشابهی که به روش متداول جوش داده شده و ساخته شده بیش از ۱۰۰ قطعه مجزا نیاز خواهد بود.

فیبر کربنی:

کامپوزیت هایی مثل فیبر کربن در پرینترهای سه بعدی به عنوان پوشش فوقانی بر روی مواد پلاستیکی کاربرد دارند. هدف از این کار بهبود استحکام پلاستیک می باشد. در صنعت پرینت سه بعدی ترکیب فیبر کربن بر روی پلاستیک به عنوان جایگزینی سریع و راحت برای فلز لحاظ می شوند. انتظار می رود در آینده نزدیک پرینت سه بعدی فیبر کربن جایگزین روش بسیار کند لایه نشانی فیبر کربن می شود.

تولیدکنندگان می توانند با استفاده از مواد پلاستیکی کربنی رسانا (conductive carbomorph) تعداد مراحل مورد نیاز برای سوار کردن قطعات الکترومکانیکی را کاهش دهند.

گرافیت و گرافن:

گرافن به دلیل استحکام و رسانایی گزینه خوبی برای پرینت سه بعدی می باشد. این ماده برای قطعات دستگاهی مانند صفحات لمسی که نیاز به انعطاف پذیری دارد بسیار ایده آل است. همچنین از گرافن برای پنل های خورشیدی و قطعات ساختمانی استفاده می شود. حامیان گرافن بر این باورند که این ماده یکی از انعطاف پذیرترین مواد مورد استفاده در پرینت سه بعدی می باشد.

استفاده از گرافن بعد از مشارکت ۳D Group و Kibaran Resources، یک شرکت معدنی استرالیایی، به بیشترین مقدار خود در پرینت سه بعدی رسید. مشخص شده است کربن خالص که اولین بار در سال ۲۰۰۴ کشف شد بیشترین رسانایی را از لحاظ الکتریکی را در تست های آزمایشگاهی دارد. گرافن درحالیکه استحکام بالایی دارد بسیار سبک بوده و ماده مناسبی برای دامنه ای از محصولات محسوب می شود.

نایتینول:

نایتینول به عنوان ماده مشخص در ایمپلنت های پزشکی به دلیل سوپر الاستیکی بودن آن در صنعت پرینت سه بعدی شناخته شده است. نایتینول که ترکیبی از نیکل و تیتانیوم می باشد به مراتب توانایی بالایی در خم شدن بدون شکست را دارد. اگرچه می تواند به نیمه خم شود اما این قابلیت را دارد که به شکل اولیه خود برگردد؛ بنابراین نایتینول یکی از مستحکم ترین مواد با ویژگی های انعطاف پذیری می باشد.

کاغذ:

برای دستیابی به نمونه اولیه بسیار واقعی تر از یک تصویر مسطح، می توان با تکنولوژی سه بعدی طرح ها را روی کاغذ پرینت کرد. زمانی که طرحی برای تایید ارائه می شود، نمونه پرینت سه بعدی شده این اجازه را به ارائه دهنده می دهد که ماهیت طرح را با جزئیات و دقت بیشتر انتقال دهد. این باعث می شود که ارائه بسیار قانع کننده تر شود زیرا در صورت تحقق طرح، حس واضح تری از واقعیت های مهندسی ارائه می کند.

 

Leave a comment

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *