چاپ سه بعدی که به عنوان تولید افزودنی نیز شناخته می شود، می تواند از طریق روش های از پیش تعیین شده و مدل های دیجیتال، با استفاده از پاشش پودر و روش های دیگر، لایه به لایه چاپ شود و در نهایت محصولات سه بعدی با دقت بالا به دست آید. در مقایسه با چاپ تخت معمولی، چاپ سه بعدی می تواند مدل های سه بعدی سه بعدی را ارائه دهد. در مقایسه با پردازش معمولی، چاپ سه بعدی از دقت و اتوماسیون بالاتری برخوردار است. این بر اساس مزایای فوق است، به طوری که فن آوری چاپ سه بعدی در یک دوره کوتاه از زمان برای ترویج استفاده از سریع. البته، این فناوری همچنین با چالشهای زیادی مانند مواد، تجهیزات، استانداردهای صنعت مواجه است. چشم انداز بازار چاپ سه بعدی گسترده است، در درک و استفاده از فناوری چاپ سه بعدی، بر اساس فناوری چاپ سه بعدی، و فعالانه کاوش میکند. استراتژی نوآوری و بهینه سازی فناوری چاپ سه بعدی نیز به یک موضوع تحقیقاتی محبوب تبدیل شده است.
اصول اولیه و ویژگی های فنی چاپ 1.3D
پرینت سه بعدی به عنوان یک فناوری پیشرفته در زمینه تولید صنعتی، فناوری های مختلفی از جمله فناوری ساخت لایه ای، مهندسی مکانیک، فناوری CNC، CAD، فناوری لیزر، فناوری مهندسی معکوس، علم مواد و غیره را با هم ترکیب می کند. ، طراحی یک مدل الکترونیکی را به سرعت، به طور خودکار و دقیق به یک نمونه اولیه با عملکرد ثابت یا ساخت مستقیم قطعات تبدیل می کند، بنابراین روشی کم هزینه و کارآمد برای تولید نمونه های اولیه قطعات و تأیید ایده های جدید طراحی ارائه می دهد. اصل اساسی فناوری پرینت سه بعدی، فرآیند معکوس توموگرافی است. توموگرافی چیزی است که به برش های انباشته بی شماری "برش" می شود، چاپ سه بعدی از طریق برهم نهی لایه فیزیکی مداوم، لایه به لایه برای افزایش مواد برای تولید فناوری جامد سه بعدی است، بنابراین فناوری تولید چاپ سه بعدی به عنوان "فناوری ساخت افزودنی" نیز شناخته می شود.
در مقایسه با تکنولوژی چاپ سنتی و فرآیند تولید، ویژگی های چاپ سه بعدی در جنبه های زیر متمرکز است: اول، تکمیل یک بار چاپ، بدون نیاز به برش مکرر، آسیاب، ساده سازی فرآیند تولید محصول، کوتاه کردن چرخه تولید تکنسین ها باید مختصات سه بعدی و ویژگی های ساختاری محصول را از قبل به دست آورند و سپس از نرم افزار خاصی بر روی کامپیوتر برای تولید مدل های سه بعدی استفاده کنند و در نهایت توسط پرینترهای سه بعدی کنترل شده توسط کامپیوتر چاپ و تولید محصولات را تکمیل کنند. ، واقعاً درک "آنچه می بینید همان چیزی است که به دست می آورید". در مرحله دوم، هزینه کمتر است، به خصوص در تولید انبوه، در مقایسه با پردازش سنتی و ساخت دارای مزایای هزینه قابل توجهی است. از نقطه نظر حالت تولید، فناوری پرینت سه بعدی فقط نیاز به بدست آوردن مختصات سه بعدی محصول و طراحی مدل سه بعدی محصول می تواند داشته باشد، بقیه کارها به صورت خودکار توسط تجهیزات انجام می شود. فقط یک نفر می تواند تکمیل شود، هزینه کار و هزینه های زمان کم است. در نهایت، درجه دقت محصول بالاتر است، به خصوص در ساخت قطعات دقیق، دقت محصولات به دست آمده با چاپ سه بعدی می تواند به سطح 0.01 میلی متر برسد و از رنگ بیت پشتیبانی می کند. چاپ
تجهیزات، مواد و فناوری سه عنصر اصلی پرینت سه بعدی هستند. از نظر تجهیزات، عمدتاً شامل چاپگرهای سه بعدی، اسکنرهای سه بعدی، حکاکی های لیزری سه بعدی، ردیاب های لیزری و غیره است. از نظر مواد، مواد رایج مورد استفاده شامل رزین حساس به نور، پودر پلاستیک، پودر استخوان، PLA و غیره است. از نظر فناوری، شامل انواع فناوریهای کلیدی، مانند فناوری 3DP، فناوری قالبگیری رسوب ذوب شده FDM (FDM) و فناوری پردازش نور لیزری SLA است. روش های عملیاتی، اصول اولیه و مزایای کاربرد این فناوری ها به شرح زیر کاملاً متفاوت است.
2. فناوری چاپ 3DP
فناوری چاپ سه بعدی (3DP) متداول ترین روش پرینت سه بعدی در این مرحله است. تجهیزات مورد استفاده یک چاپگر جوهر افشان استاندارد است که می تواند با انواع مواد چاپ پودری مانند پودر سرامیک، پودر پلاستیک و پودر استخوان سازگار شود. پس از پیش برنامه ریزی و مدل سازی، یک لایه پودر تحت کنترل دستورات کامپیوتری ریخته می شود و سپس نازل برای پاشیدن چسب از طریق نازل به ناحیه مشخص شده منتقل می شود تا مواد پودر شده به هم بچسبند. پس از اتمام اولین لایه چاپ، می توانید نمونه اولیه محصول را دریافت کرده و سپس مراحل بالا را پس از پودرگذاری فراوان، پاشش، باندینگ و در نهایت به محصول مورد نظر ادامه دهید. اگر نیاز به چاپ محصولات رنگی دارید، می توانید کلاسور رنگی مناسب را انتخاب کنید.
SLA از رزین حساس به نور ساخته شده است، ماده مایعی که تحت تابش اشعه ماوراء بنفش با طول موج معین (x{0}}nm) و شدت (w=30mw) میتواند به سرعت تحت یک واکنش فوتوپلیمریزاسیون مولکولی قرار گیرد. وزن مواد به طور چشمگیری افزایش می یابد و ماده از حالت مایع به جامد تبدیل می شود. مخزن مایع ابتدا با رزین مایع حساس به نور، لیزر هلیوم-کادمیم یا لیزر یون آرگون ساطع شده توسط پرتو لیزر UV در رایانه تحت دستکاری قطعه کار مطابق با لایه بندی داده های مقطعی در اسکن سطح رزین حساس به نور مایع پر می شود. خط به خط و نقطه به نقطه، که باعث می شود ناحیه اسکن لایه رزین پلیمریزاسیون و پخت را از تشکیل یک لایه نازک از قطعه کار ایجاد کند. هنگامی که یک لایه پخت شد، میز به ضخامت یک لایه به پایین منتقل می شود و یک لایه جدید از رزین مایع روی سطح رزین که قبلاً عمل آوری شده اعمال می شود تا یک مدل جامد سه بعدی به دست آید.
تجهیزات مورد استفاده در فرآیند SLS شامل لیزر، آینه های اسکن و غلتک های تراز می باشد. فرآیند فنی به شرح زیر است: اول از همه، یک لایه با ضخامت مناسب از مواد پودری را روی میز کار قرار دهید، اولویت را به رزین حساس به نور، پودر پارافین، پودر پلاستیک، به طور کلی از پودر سرامیک، پودر فلز استفاده نکنید. سپس برنامه را از پیش تنظیم کنید، مدل را بخوانید، در دستورالعمل های کنترل کامپیوتر، لیزر یک پرتو لیزر را ارسال می کند و از طریق آینه اسکن تابش مواد پودری روی میز را می گیرد. از آنجایی که لیزر انرژی بسیار بالایی دارد، مواد پودر را زینت می کند، ابتدا کانتور خارجی محصول را تشکیل می دهد و سپس به ریختن پودر ادامه می دهد، پودر زینترینگ از بیرون به داخل و پس از چندین بار تخمگذار پودر، چندین بار. از پخت، تشکیل نهایی محصول مورد نظر. در مقایسه با روش های چاپ سه بعدی فوق، فرآیند فناوری تف جوشی لیزری انتخابی مبتنی بر SLS نسبتا ساده است و سرعت تولید محصول سریعتر است. با این حال، این فناوری دارای کاستی هایی نیز می باشد، مانند مواد چاپی انتخابی، پودر فلز، پودر سرامیک در فرآیند پخت نیاز به مصرف انرژی بیشتری دارد که منجر به افزایش هزینه می شود، بنابراین برای فلز، سرامیک به عنوان مواد اصلی، اینگونه نیست. برای انتخاب این فناوری مناسب است.
این فناوری شباهت هایی به فناوری چاپ استریو تخت استریو SLA دارد که در بالا توضیح داده شد، با تفاوت اصلی استفاده از DLP (پردازنده نور دیجیتال). پس از تهیه فتوپلیمر مایع، یک پردازشگر نور دیجیتال با دقت بالا مستقیماً بالای مواد نصب میشود و تکنسین تجهیزات را تنظیم میکند، پرتو نور را به مختصات (0.0) منتقل میکند و تابش را تحت کنترل دستورالعمل های کامپیوتری کامل می کند، به طوری که ماده مایع به تدریج پخت می شود. فرآیند پخت نور نیز لایه به لایه است، اما سرعت پخت سریعتر است و دقت قالب گیری محصول بالاتر است. علاوه بر این، از نظر صافی سطح نسبت به سایر فناوری های چاپ سه بعدی برتری دارد. با این حال، کاستی هایی مانند خلوص بالای فتوپلیمر مایع وجود دارد که در صورت مخلوط شدن با ناخالصی ها می تواند بر عملکرد محصول نهایی تأثیر منفی بگذارد.
فرآیند LOM از یک ورقه نازک از مواد مانند کاغذ یا فیلم پلاستیکی استفاده می کند. سطح ورق قبلاً با چسب ذوب داغ پوشانده شده است. در حین پردازش، غلتک پرس داغ ورق را فشار می دهد تا آن را با قطعه کار تشکیل شده در زیر بچسباند. لیزر CO2 برای برش سطح مقطع قطعه و قاب بیرونی قطعه کار روی لایه جدیدی که به تازگی چسبانده شده است، و برای برش شبکههای تراز بالا و پایین در ناحیه اضافی بین سطح مقطع استفاده میشود. و قاب بیرونی؛ پس از اتمام برش های لیزری، قطعه کار تشکیل شده توسط میز کار پایین می آید تا از ورق نوار (کمربند مواد) جدا شود. مکانیسم تامین مواد، محور برداشت و محور تامین مواد را میچرخاند تا تسمه مواد را حرکت دهد تا محصول نهایی عملکرد منفی نداشته باشد. مکانیسم تغذیه، محور جذب و محور تغذیه را میچرخاند و کمربند مواد را به حرکت در میآورد، به طوری که لایه جدید به منطقه پردازش حرکت میکند. میز کار تا سطح پردازش بالا می رود. فشار گرم غلتک فشار گرم، تعداد لایه های قطعه کار با یک لایه افزایش می یابد و ارتفاع با یک ضخامت ماده افزایش می یابد. و سپس کانتور مقطع را روی لایه جدید برش می دهد. این کار تا زمانی تکرار می شود که تمام بخش های قطعه به هم چسبیده و بریده شوند و در نتیجه یک قطعه جامد به صورت لایه ای ساخته شود.
PCM یک فناوری جدید پرینت سه بعدی است که توسط دانشگاه Tsinghua در سال 2013 توسعه یافته است. فرآیند عملیات به شرح زیر است: ابتدا مدل CAD قطعه در رایانه ترسیم می شود و سپس پارامترهای مدل در قالب فایل های STL ذخیره می شوند. . مدل CAD با توجه به مدل قطعه به مدل ریخته گری تبدیل می شود. لایه ها از بالا به پایین، استفاده از تجهیزات اسکن، لایه به لایه اسکن، پس از اتمام مدل اسکن مختصات سه بعدی و سپس از پایین به بالای ماسه، باندینگ شروع می شود. در فرآیند ریختهگری از دو نازل، یکی برای تزریق بایندر و دیگری برای تزریق کاتالیزور استفاده شد. این دو ماده به طور همزمان پاشیده می شوند و پس از تماس، یک واکنش کلوئیدی رخ می دهد و یک لایه قوی از مواد را تشکیل می دهد. پس از تکمیل لایه اول، لایه دوم و سوم به ترتیب انجام می شود تا محصول نهایی به دست آید.
3. حوزه های کاربردی و محدودیت های فناوری چاپ سه بعدی
از زمان ظهور اولین چاپگر سه بعدی تجاری در سال 1986، فناوری چاپ سه بعدی تنها بیش از 30 سال است که توسعه یافته است، اما به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها مانند ساخت و ساز، پزشکی و هوانوردی مورد استفاده قرار گرفته است. در صنعت ساخت و ساز، فناوری چاپ سه بعدی با فناوری BIM ترکیب می شود تا یک مدل سه بعدی از یک ساختمان در رایانه ساخته شود و سپس آن را چاپ کند. از طریق مدل های سه بعدی ساختمان سه بعدی، پشتیبانی فنی در نمایش ساختمان، مرجع ساخت و ساز و ... ارائه می شود. در صنعت پزشکی از فناوری چاپ سه بعدی برای تولید استخوان های مصنوعی شبیه سازی شده، با کاربرد بالینی ایده آل استفاده می شود. علاوه بر این، پزشکان همچنین می توانند از فناوری چاپ سه بعدی برای تولید مدل های پاتولوژیک، پیش نمایش های جراحی در موقعیت های شبیه سازی شده، طراحی برنامه های جراحی و بهبود میزان موفقیت جراحی استفاده کنند. در زمینه هوافضا، استفاده از پرینت سه بعدی می تواند قطعاتی با دقت بالا تولید کند که استانداردهای طراحی و الزامات استفاده را برآورده می کند، مانند تیغه های توربین موتور، نازل های سوخت یکپارچه و غیره، که به طور مثبت به بهبود عملکرد کلی فضاپیما کمک می کند. علاوه بر این، مانند ساخت قالب های تزریق در تولید صنعتی و همچنین ساخت کالاهای مصرفی شخصی و غیره با بلوغ فناوری پرینت سه بعدی و کاهش هزینه استفاده نیز یکی پس از دیگری ترویج شده است. .
فناوری چاپ سه بعدی در ترویج و استفاده از فرآیند، نه تنها مزایای قوی برنامه را برجسته می کند، بلکه با محدودیت های بیشتری نیز مواجه است. از نقطه نظر شرایط فنی مرحله فعلی، عواملی که توسعه و ترویج چاپ سه بعدی را محدود می کند عمدتاً شامل موارد زیر است: اول، مواد. از طریق تجزیه و تحلیل فوق، می توان دریافت که مواد پرینت سه بعدی فعلی عمدتاً رزین حساس به نور، سرامیک، پارافین و غیره هستند. در زمینه گسترش زمینه کاربرد، بدیهی است که تعداد محدود مواد نمی تواند الزامات برخی از زمینه های در حال ظهور را برآورده کند. به عنوان مثال، استفاده از مواد فلزی و آلیاژی برای پرینت سه بعدی غیرممکن است که محدودیت هایی را برای کاربرد آن اعمال می کند. علاوه بر این، قیمت مواد نسبتا گران است، در چاپ دسته ای، هزینه بالا نیز یک عامل محدود کننده است. ثانیاً، از نظر تجهیزات، اگر قرار است فناوری چاپ سه بعدی به طور کامل تجاری شود، باید قیمت تجهیزات کاهش یابد. در این مرحله، قیمت یک چاپگر سه بعدی معمولی حدود 5،{7}} یوان است و در صورت وجود نیازهای بالاتر برای دقت، قیمت تجهیزات از 10،000 تا چند ده هزار متغیر است. . این هنوز هم برای کاربران عادی مصرف بالایی دارد که مانع از محبوبیت کامل پرینت سه بعدی می شود.
روند توسعه فناوری چاپ 4.3D
فناوری چاپ سه بعدی چشم انداز گسترده ای برای توسعه دارد، در زمینه مقیاس بازار در حال گسترش، به منظور ایجاد استانداردسازی و توسعه صنعتی چاپ سه بعدی، لازم است استانداردهای طراحی سطح بالا و صنعت صدا تقویت شود. توسط ادارات دولتی ذی ربط یا مرجع صنعت در اسرع وقت نسبت به تهیه و معرفی سیستم یکپارچه استانداردها شامل استانداردهای تولید مواد، استانداردهای تحقیق و توسعه تجهیزات، استانداردهای ارزیابی فناوری. با یک سیستم استاندارد کامل، توسعه فناوری چاپ سه بعدی برای ارائه تضمین قوی. به عنوان مثال، در سالهای اخیر، بسیاری از واحدهای تحقیقاتی اکتشافات عمیقی را در نانومواد، کامپوزیتهای پلیمری و مواد گرادیان عملکردی انجام دادهاند. پس از اجرای استاندارد یکپارچه، پارامترها و استانداردهای انواع مواد تنظیم میشود و در هنگام خرید مواد پرینت سه بعدی بررسی میکنیم که آیا با مشخصات استاندارد مطابقت دارند یا خیر تا به سطح پایین پایان دهیم. کیفیت، مواد "کلبه" و اطمینان از عملکرد و کیفیت محصولات چاپی.
در حال حاضر، فناوری پرینت سه بعدی به درجه بالایی از تخصص در طراحی محصول و پردازش پارامترها هنگام اعمال نیاز دارد. علاوه بر افزایش بار کارکنان، مشکل آستانه ورود بالا را نیز به همراه دارد. بنابراین، با توسعه فناوری هوش مصنوعی و فناوری داده های بزرگ، آینده فناوری چاپ سه بعدی در جهت هوشمندی و سادگی توسعه خواهد یافت و تجربه بهتری را در اختیار کاربران قرار می دهد. مسیر توسعه خاص شامل دو جنبه است: یکی سخت افزار، یعنی تجهیزات چاپ سه بعدی. علاوه بر کاهش بیشتر قیمت تجهیزات، همچنین باید عملکردهای انسانی تری مانند عملکردهای تجسم ارائه دهد تا کل فرآیند چاپ سه بعدی را نشان دهد، کاربران می توانند پارامترهای چاپ را در هر زمان با توجه به صفحه نمایش زمان واقعی تنظیم کنند. مساعد برای به دست آوردن محصولات چاپی مورد نظر؛ دوم نرم افزار، ارائه نرم افزار طراحی، نرم افزار کنترل چاپ و سایر نرم افزارهای کاربردی برای پشتیبانی از انواع بیشتری از نیازهای چاپ است.
تجهیزات چاپ و مواد چاپی کلید کاربرد و توسعه فناوری چاپ سه بعدی هستند. تحقیق و توسعه مناسب برای نیازهای پرینت سه بعدی انواع مختلفی از مواد، بلکه تبدیل شدن به گام بعدی در توسعه این نوآوری فناوری مهم است. علاوه بر مواد رزین حساس به نور که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند، مواد پودر پلیمری مانند مواد پودر پارافین، مواد پودر شن و ماسه پوشش دهنده، مواد پودر فلز و همچنین مواد مفتولی ذوب شده، مواد کامپوزیت چوب-پلاستیک و غیره انتظار می رود. در چاپ سه بعدی تبلیغ می شود. علاوه بر ارائه طیف غنیتری از مواد پشتیبانی، عملکرد مواد، استحکام و سازگاری محیطی ویژه نیز بسیار بهبود مییابد، به طوری که میتوان از محصولات چاپ سه بعدی در زمینهها و محیطهای مختلف برای ایفای یک مزیت کاربردی آشکار استفاده کرد.
5. خلاصه
در سالهای اخیر، فناوری پرینت سه بعدی مزایای کاربردی قوی در بسیاری از زمینهها نشان داده است و بسیاری از قطعات و محصولات دقیق مبتنی بر فناوری چاپ سهبعدی نیز تأثیرات مثبتی در ارتقای توسعه و نوآوری صنعت داشتهاند. لازم به ذکر است که با گسترش دامنه کاربرد فناوری پرینت سه بعدی، به ویژه در زمینه مواد و تجهیزات نیز با تنگناهایی مواجه است. در آینده باید به تحقیق و توسعه فناوریهای پشتیبان، تهیه مواد چاپ جایگزین بیشتر و همچنین کاهش هزینه تجهیزات چاپ، ارتقای سطح انسانی و هوشمندانه عملیات چاپ توجه کنیم تا بتوانیم پشتیبانی فنی را برای توسعه اجتماعی و اقتصادی
