نکاتی که لازم است در مورد پرینت سه بعدی بدانیم

در سال‌های اخیر، پرینترهای سه بعدی با قیمت‌های مناسب خود، طرفداران بی‌شماری پیدا کرده‌اند، اما آیا خرید یک پرینتر سه بعدی امری ضروریست؟ در ادامه به نکاتی در مورد مواد، کاربردهای احتمالی، نرم‌افزار و سایر موارد مربوط به پرینتر سه بعدی می‌پردازیم.

این دستگاه هیچ شباهتی به پرینتر چرخشی پدربزرگ یا پرینتر ماتریس سوزنی مادرتان ندارد. در حقیقت، آن‌ها کوچک‌ترین شباهتی به پرینترهای معمولی امروزی که تنها قادر به پرینت دو بعدی هستند، ندارد. پرینترهای سه بعدی، مانند آنچه از اسم آن‌ها می‌توان دریافت، از انواع مواد مختلف اشیای سه بعدی می‌سازند.

محبوبیت این دستگاه‌ها در سال‌های اخیر به قدری افزایش یافته است که می‌توانید آن‌ها را در Staples, Best Buy و Home Depot ببینید و یا حتی این پرینترها و تمام تجهیزات مربوط به آن‌ها را از فروشگاه‌های اینترنتی و بازار نیز خریداری کنید. گرچه برخی افراد هنوز از این دستگاه در فروشگاه‌ها یا استودیوهای طراحی، مدارس و سالن اجتماعات و البته به عنوان سرگرمی استفاده می‌کنند، اما تعداد پرینترهای سه بعدی بر روی میزهای کار، در اتاق‌های استراحت، و آشپزخانه‌ها روز به روز در حال افزایش است.

پرینت سه بعدی چیست؟

به بیان ساده، پرینت سه بعدی، فرآیند تولیدی است که در آن مواد را لایه به لایه قرار می‌دهند تا یک شی سه بعدی ایجاد شود. (در واقع این یک فرآیند افزایشی محسوب می‌شود، زیرا شی از ابتدا ساخته می‌شود، برخلاف فرآیندهای کاهشی که ماده برش خورده، سوراخ و آسیاب شده یا تراش داده می‌شوند) گرچه پرینترهای سه بعدی انواع مواد (مثل پلاستیک یا فلز) و همچنین روش‌های متفاوت را به کار می‌گیرند، اما آن‌ها قادر هستند فایل‌های دیجیتالی که حاوی داده‌های سه بعدی هستند و به وسیله‌ی برنامه‌های طراحی کامپیوتری (CAD) یا تولید کامپیوتری (CAM) یا از یک اسکنر سه بعدی ساخته‌ شده‌اند را به اشیای فیزیکی تبدیل کنند.

آیا پرینت سه بعدی واقعا نوعی پرینت است؟

بله، پرینت سه بعدی یک نوع پرینت است، با این تفاوت که به شکل سنتی تعریف نمی‌شود. تعریف مرتبط وبستر از «چاپ» بر روی مواد قابل چاپ، انتشار متون یا تصاویر به وسیله‌ی اعمال فشار است. هیچ یک از این تعاریف در مورد پرینت سه بعدی مطابقت ندارند. اما از نظر تکنولوژی، چاپ سه بعدی پیشرفت بزرگی نسبت به چاپ سنتی است که در آن از یک لایه ماده (معمولا جوهر) استفاده می‌شود.

معمولا بسیار سبک است و وزن قابل توجهی ندارد (با وجود اینکه در پرینترهای جوهر افشان ساده، تقریبا ضخیم‌تر هستند). چاپ سه بعدی با استفاده از لایه‌های مختلف، ارتفاع را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. بنابراین لازم است معنی لغت چاپ را به ساخت اشیای سه بعدی نیز ارتقا دهیم.

نحوه‌ی کار پرینت سه بعدی به چه صورت است؟

پرینترهای سه بعدی همچون پرینترهای سنتی از تکنولوژی‌های مختلفی بهره می‌گیرند. مشهورترین تکنولوژی به کار رفته، فناوری ساخت افزایشی (FDM) است که با عنوان ذوب رشته‌های فیلامنت (ماده‌ی مصرفی پرینتر) (FFF) نیز شناخته می‌شود. در این نوع از پرینترها، فیلامنت که از آکریلونیتریل بوتادین استیرن (ABS)، اسید پلی لاکتیک (PLA) یا یک ترموپلاستیک دیگر تشکیل شده است، ذوب شده و از درون نازل‌های گرم، به صورت لایه‌هایی انباشته می‌شوند. نخستین پرینتر سه بعدی در اواسط دهه‌ی ۱۹۹۰ به وسیله‌ی استراتاسیس و با کمک IBM به بازار عرضه شد، از FDM (نام اختصاصی استراتاسیس) استفاده می‌کرد، مانند بیش‌تر پرینترها که در اختیار مصرف‌کننده‌ها، مدارس قرار می‌گیرند و یا صرفا مصارف سرگرم‌کننده دارند.

تکنولوژی دیگری که در پرینت سه بعدی از آن استفاده می‌شود، استریولیتوگرافی است. در این تکنولوژی، یک لیزر UV به مخزن فوتوپلیمر حساس به اشعه‌ی فرابنفش تابیده می‌شود و شی را دنبال می‌کند تا بر روی سطح آن ساخته شود. هر زمان که اشعه با پلیمر برخورد می‌کند، آن را متبلور می‌سازد و این اشعه، لایه‌های شی را لایه به لایه، مطابق دستورالعمل‌های فایل CAD یا CAM «پرینت» می‌کند.

یک نوع پرینت سه بعدی پروژکتور دیجیتالی نور (DLP) نیز در بازار وجود دارد. در این شیوه، به وسیله‌ی یک پروژکتور پردازش دیجیتالی نور به پلیمر مایع، نور تابانیده می‌شود. به این ترتیب، پلیمر لایه به لایه محکم می‌شود، تا جایی که شی ساخته شده و پلیمر مایع اضافی، تخلیه می‌گردد.

Multi-jet Modeling یک نوع سیستم پرینت سه بعدی مشابه جوهرافشان است که بیندرهای چسب مانند رنگی را روی لایه‌های متوالی پودر اسپری می‌کند که در نتیجه شی تشکیل می‌شود. این یکی از سریع‌ترین روش‌ها است و یکی از معدود روش‌هایی است که پرینت چند رنگی انجام می‌دهد.

می‌توان یک پرینتر جوهرافشان استاندارد را به نحوی اصلاح کرد که با موادی به غیر از جوهر، پرینت کند. با گسترش فعالیت‌های مستقل، هد پرینت‌ها و به‌طور کلی هدهای فیزیوالکتریکی ساخته شدند تا قابلیت کار با مواد مختلف را داشته باشند. در برخی موارد، هد پرینت‌ها را در پرینترهای سه بعدی دیگر، پرینت می‌کردند! شرکت‌های مثل MicroFab Technologies، هد پرینت‌هایی با قابلیت سه بعدی عرضه می‌کنند (همچنین سیستم کامل پرینت).

پخت انتخابی لیزری (SLS) از یک لیزر با توان بالا برای ذوب کردن ذرات پلاستیک، فلز، سرامیک یا شیشه بهره می‌گیرد. در پایان کار، ماده‌ی باقی مانده، بازیافت می‌شود. ذوب پرتو الکترون (EBM) از یک پرتو الکترون برای ذوب کردن لایه به لایه‌ی پودر فلز استفاده می‌کند. معمولا در EBM از تیتانیوم برای ترکیب ایمپلنت‌های پزشکی و همچنین اجزای هواپیما استفاده می‌شود.

با توجه به روشی که در پرینترهای سه بعدی از آن استفاده می‌شود، از مواد مختلفی همچون فلزات (از جمله فولاد ضد زنگ، لحیم، آلومینیوم و تیتانیوم)، پلاستیک‌ها و پلیمرها (از جمله ترکیبی از پلاستیک با فلز، چوب و سایر مواد)، سرامیک، گچ، شیشه و حتی مواد خوراکی مثل پنیر، خامه و شکلات استفاده می‌کنند.

مخترع پرینتر سه بعدی چه کسی است؟

اولین پرینتر سه بعدی که از روش استریولیتوگرافی استفاده می‌کرد، در اواسط دهه‌ی ۱۹۸۰ توسط چارلز هال ساخته شد. پیش از این، استریولیتوگرافی یک روش تبلیغاتی بسیار گران‌قیمت بود که ماشین‌های آن هزینه‌های سرسام آوری داشت، اما در سال‌های اخیر با پیشرفت‌هایی که حاصل شده، پرینترهای استریولیتوگرافی رومیزی حرفه‌ای را می‌توانید با چند هزار دلار تهیه کنید، به اضافه‌ی یک سیستم مصرف کننده که هزینه‌ای کمتر از هزار دلار دارد.

در سال ۱۹۸۶، هال شرکت سیستم‌های سه بعدی را تاسیس کرد، شرکتی که امروزه پرینترهای سه بعدی را با انواع تکنولوژی‌های مختلف عرضه می‌کند. این پرینترها از کیت‌های سطح مبتدی تا سیستم‌های تبلیغاتی پیشرفته را شامل می‌شوند و سیستم‌های سه بعدی همچنین برای کاربران تجاری خود، قطعات سفارشی تهیه و تولید می‌نماید.

استفاده از پرینت سه بعدی چه مزایایی دارد؟

در فرآیند پرینت سه بعدی، این امکان برای طراحان فراهم شده است تا بتوانند طراحی‌های خود را به شکل مدل‌ها یا نمونه‌های سه بعدی درآورند (یعنی نمونه سازی سریع) و در طراحی‌های خود تغییرات سریع اعمال کنند. از این طریق به جای تولید انبوه، امکان تولید محصولات بر اساس نیاز برای تولیدکنندگان فراهم می‌شود، که در نتیجه سبب اصلاح مدیریت موجودی انبار و کاهش فضای اشغال شده‌ی انبار می‌گردد. افرادی که در نقاط دوردست زندگی می‌کنند، می‌توانند با کمک این پرینترها اشیائی تولید کنند که بدون وجود این دستگاه، به آن‌ها دسترسی نداشته‌اند.

از دیدگاه عملی، پرینت سه بعدی در مقایسه با روش‌های کاهشی، سبب کاهش در هزینه‌ها و البته مواد می‌شود، زیرا در این روش، مواد خام بسیار اندکی به هدر می‌رود. این دستگاه‌ها ماهیت تولید را تغییر می‌دهند. مصرف‌کننده‌ها می‌توانند فایل‌های خود را حتی به‌صورت اشیای پیچیده‌ی سه بعدی پرینت کنند، به این ترتیب مثلا قادر هستند تا دستگاه‌های الکترونیکی را در خانه پرینت کنند.

پرینترهای سه بعدی چه چیزهایی می‌سازند؟

طراحان از پرینترهای سه بعدی به منظور ساخت سریع مدل‌ها و نمونه‌های محصولات خود استفاده می‌کنند، اما محبوبیت این دستگاه‌ها برای تولید محصول نهایی نیز روز به روز در حال افزایش است. از میان مواردی که با پرینترهای سه بعدی تولید می‌شوند، می‌توان به طراحی کفش، مبلمان، ریخته‌گری موم برای تولید جواهر، ابزار، سه‌پایه، هدیه و موارد ابداعی و همچنین اسباب بازی اشاره نمود. صنایع خودروسازی و هوایی از پرینترهای سه بعدی به منظور ساخت قطعات خود کمک می‌گیرند.

هنرمندان می‌توانند مجسمه بسازند، معماران با استفاده از این دستگاه می‌توانند مدل‌هایی از پروژه‌های خود بسازند. باستان شناسان به وسیله‌ی پرینترهای سه بعدی قادر به بازتولید مدل‌هایی از دست‌سازه‌های ظریف هستند که مثلا برخی از این عتیقه‌ها در سال‌های اخیر به دست گروه تروریستی داعش تخریب شدند. همچنین دیرین‌شناسان و دانشجویان دیرینه‌شناسی از این دستگاه‌ها به منظور ساخت اسکلت دایناسور و فسیل‌های دیگر استفاده می‌کنند.

تکنسین‌های پزشکی و داروسازی قادر هستند به کمک پرینت سه بعدی اندام‌های مصنوعی، سمعک، دندان مصنوعی و پیوندهای استخوانی و همچنین مدل‌های مصنوعی اندام‌ها، تومورها و دیگر ساختارهای داخل بدن را به منظور آماده‌سازی پیش از جراحی، به کمک CT اسکن تولید کنند.

یک مثال خوب پروژه‌ی دنیل است که در آن به وسیله‌ی پرینترهای سه بعدی، برای مجروحان درگیری‌های سودان، دست مصنوعی ساخته شده بود. همچنین محققان در حال تولید پرینترهایی هستند که با قرار دادن لایه‌هایی از سلول، می‌توان اندام‌های مصنوعی (مثل کلیه و رگ‌های خونی) ساخت که در حال حاضر در فاز تحقیق و توسعه قرار دارد.

قطعات الکترونیکی پرینت شده، روش‌هایی از چاپ هستند که دستگاه‌ها و مدارهای الکترونیکی را قادر می‌سازند تا با استفاده از جوهرهای نوری یا الکترونیکی، بر روی مواد انعطاف‌پذیری همچون برچسب، پارچه، و مقوا پرینت کنند. به این ترتیب فرآورده‌های کم هزینه‌ی دستگاه‌های با کارآیی پایین تامین می‌گردد. قطعات الکترونیکی پرینت شده در ترکیب با پرینت‌های سه بعدی، امکان پرینت لایه لایه‌ی مدار یا دستگاه‌ها را فراهم می‌سازد. نتیجه‌ی رشد طبیعی و قابل توجه این ترکیب قوی این است که در آینده‌ی نزدیک به جای خرید لوازم، می‌توانید آن‌ها را از روی طرح‌های سه بعدی پرینت کنید.

آماده سازی غذا نیز یکی دیگر از کاربردهای مورد استفاده‌ی پرینترهای سه بعدی است. انستیتوی آشپزی فرانسه، به کمک یک پرینتر سه بعدی اوپن سورس Fab@Home که در دانشگاه کورنل تولید شده بود، توانست غذای خوشمزه و هنرمندانه تهیه کند و همچنین دانشگاه MIT یک پرینتر غذای سه بعدی به نام کورنوکوپیا ساخت. در حال حاضر، برخی از رستوران‌ها در حال آزمایش نمونه‌های پرینتر غذا هستند. تحقیقات پرینت سه بعدی ناسا شامل پرینت غذاها و از جمله‌ی آن‌ها، پرینت سه بعدی پیتزا می‌شود.

تعدادی از پرینترهای سه بعدی غذا به‌صورت تجاری در دسترس قرار گرفتند. تمرکز این دستگاه‌ها بر روی مواد خوراکی به خصوصی همچون شکلات، یا پنکیک و شیرینی‌ها است.

پرینت سه بعدی چه خدماتی ارائه می‌دهد؟

برای بهره بردن از مزایای یک پرینتر سه بعدی، حتما نباید یک پرینتر شخصی تهیه کنید. بسیاری از خدمات پرینت سه بعدی، از جمله Shapeways و Sculpteo، هدایا و موارد کوچک دیگر را با پرینترهای سه بعدی خود، طبق سفارش شما پرینت می‌کنند، بعد آن را برای شما ارسال خواهند کرد. مشتریان می‌توانند فایل‌های سه بعدی خود را ارسال کنند و یا از فایل‌های موجود در کاتالوگ‌های آنلاین که توسط کاربران دیگر طراحی شده است، استفاده کنند.

اما خدمات پرینت سه بعدی دیگر تنها به متخصصین محدود نمی‌شود. شرکت‌های بزرگی همچون UPS نیز خدمات پرینت سه بعدی ارائه می‌کنند و برخی از مراکز چاپ نیز خدمات چاپ سه بعدی ارائه می‌دهند.

از کجا می‌توانیم یک پرینتر سه بعدی تهیه کنیم؟

بیش‌تر تولیدکننده‌های پرینترهای سه بعدی، محصولات خود را مستقیما به‌ صورت آنلاین عرضه می‌کنند. می‌توانید این دستگاه‌ها را در بیش‌تر فروشگاه‌های آنلاین و فروشگاه‌های معمولی/سنتی تهیه کنید.

برای پرینت سه بعدی به چه نرم‌افزاری نیاز داریم؟

تقریبا همه‌ی پرینترهای سه بعدی از فرمت STL (استریولیتوگرافی) پشتیبانی می‌کنند. این نوع از فایل‌ها را می‌توان در بیش‌تر نرم‌افزارهای CAD، از پکیج‌های تجاری گران‌قیمتی همچون AutoCAD تا محصولات رایگان و اوپن سورس مثل Google SketchUp و Blender تهیه نمود. برای آسودگی خاطر افرادی که قادر به طراحی فایل‌های سه بعدی خود نیستند، آبجکت‌های سه بعدی آماده‌ی رایگان و پولی زیادی در اینترنت برای دانلود و خرید موجود است که می‌توانید از آنها استفاده نمایید.

بیش‌تر پرینترهای سه بعدی، نرم افزار مخصوص به خود را دارند که یا به صورت سی دی در اختیار مشتری قرار می‌گیرد و یا به صورت آنلاین قابل دانلود است و هر چیزی که برای پرینت به آن نیاز دارید را شامل می‌شود. این نرم‌افزارها معمولا یک برنامه برای کنترل پرینتر و اسلایسر دارد که به منظور آماده‌سازی پرینت، فایل آبجکت را بر اساس رزولوشن انتخابی و البته معیارهای دیگر، به لایه فرمت می‌کند.

در برخی از این نرم‌افزارها، برنامه‌هایی برای «درمان» فایل آبجکت تهیه شده است، به این صورت که اشکالات موجود در یک فایل آبجکت به نحوی اصلاح می‌شود که دیگر در فرآیند پرینت تداخلی ایجاد ننماید. این برنامه‌ها در نتیجه‌ی جنبش اوپن سورس RepRap به وجود آمدند که در نتیجه به گسترش فرآیند پرینت سه بعدی انجامید. در برخی از پرینترها می‌توانید به جای استفاده از تمام برنامه‌های موجود در نرم‌افزار، تنها از برخی از برنامه‌های مورد نیاز خود استفاده کنید.

آینده‌ی پرینت سه بعدی به چه شکل خواهد بود؟

تعدادی از پرینترهای سه بعدی برای مصارف خانگی و اداری در دسترس قرار گرفتند، اما این دستگاه‌ها هنوز هم گران‌قیمت و ناشناخته محسوب می‌شوند. با این تفاوت که احتمالا در سال‌های نه چندان دور، از پرینترهای سه بعدی به صورت گسترده‌تر در میز کار، استودیو و یا حتی آشپزخانه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در ابتدا، لوازمی که به صورت سه بعدی پرینت می‌شدند، بخش‌های داخلی بسیار یکدست و ساده‌ای داشتند، اما در کنار لوازم الکترونیکی قابل چاپ، روز به روز شاهد مواد و ترکیب‌های پیچیده‌تری هستیم. با وجود پرینترهای سه بعدی امروزی، در صورتی که درپوش باتری کنترل تلویزیون خود را گم کنید، می‌توانید یک درپوش جایگزین برای خود چاپ کنید. با پرینترهایی که در آینده خواهیم داشت، در صورتی که کنترل تلویزیون را گم کرده باشید، می‌توانید یک کنترل جدید برای خود چاپ کنید.

پرینترهای سه بعدی به فضا هم راه یافته‌اند. ناسا از پرینترهای سه بعدی در ایستگاه بین‌المللی فضایی استفاده کرده است. در آینده، می‌توان به کمک پرینترهای سه بعدی، در مریخ و سیارات دیگر زیستگاه‌های مناسبی ایجاد کرد. ناسا برای نجات فضانوردان آپولو ۱۳ از مرگ بر اثر استنشاق کربن مونواکسید، مجبور بود که یک میخ مربعی را از یک سوراخ گرد عبور دهد. اگر در آن زمان یک پرینتر سه بعدی همراه خود داشتند، با طراحی و پرینت یک اتصال، می‌توانستند مشکل را به راحتی حل کنند.

در صورتی که فضانوردان به یک سوپاپ یا وسیله‌ی دیگری نیاز داشته باشند، به کمک یک پرینتر سه بعدی می‌توانند به راحتی لوازم مورد نیاز خود را تهیه کنند. همچنین در مناطق قطبی و سایر مناطق دوردست که افراد نمی‌توانند برای جایگزین کردن تجهیزات خود، مدت طولانی منتظر بمانند، می‌توان از پرینترهای سه بعدی بهره برد.

کاربردهای پزشکی از پرینترهای سه بعدی به اندام‌های مصنوعی، سمعک و دندان مصنوعی محدود نمی‌شود. جایگزینی اجزا به قطعات مکانیکی محدود نمی‌شود.

در سال‌های اخیر، استفاده از پرینترهای سه بعدی تا حد بسیار زیادی افزایش یافته است. برخی از کاربردهای چاپ سه بعدی کاملا مشخص هستند، اما تمام کاربردهای آن هنوز قابل پیش‌بینی نیستند، همانطور که در سال ۱۹۸۰ هیچ کس نمی‌توانست حدس بزند که یک کامپیوتر شخصی، چه سرانجامی خواهد داشت.

ممکن است که پرینترهای سه بعدی، تاثیرات مشابهی بر روی زندگی روزمره‌ی کاربر نداشته باشند، اما توان ایجاد یک انقلاب در تولید را داشته و حتی مهم‌تر اینکه به استفاده‌ی روزمره‌ی کاربر خواهد رسید. یک نکته‌ی قطعی وجود دارد، و آن اینکه: پرینترهای سه بعدی برای همیشه باقی خواهند ماند.