موضوع مقاله: فرایندهای چاپ سه‌بعدی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # فرایندهای چاپ سه‌بعدی | مقدمه: فرایندهای مختلفی برای چاپ سه بعدی که با عنوان ساخت و تولید افزایشی نیز شناخته می‌شود، از اواخر دهه ۱۹۷۰ میلادی اختراع شده‌است.Sames, W. | ## بخش 1: فرایندهای چاپ سه‌بعدی | تفاوت عمده بین فرایندها، یکی در روشی است که لایه‌ها برای ایجاد قطعات روی هم نشانده می‌شوند و دیگری در موادی است که برای فرایند به کار برده می‌شود. در روشهای دیگر روی فلز مذاب توسط تکنولوژیهای پیچیده‌ای کار شده و قطعه ساخته می‌شود مثل فرایند استریولیتوگرافی (SLA). در فرایند LOM، لایه‌های نازک از موادی مثل کاغذ، پلیمر و فلز در شکلهای خاص بریده شده و به هم متصل می‌شوند. هر روشی مزایا و محدودیتهای خود را دارد و به همین دلیل است که برخی شرکت‌ها پودر یا پلیمر خاصی را برای ماده مورد استفاده در فرایند پیشنهاد می‌دهند. مواردی که در انتخاب یک دستگاه تأثیرگذار هستند، عموماً سرعت انجام فرایند، هزینه دستگاه و محصول خروجی، انتخاب و هزینه مواد و قابلیتهای رنگ است. پرینترهایی که به‌طور مستقیم با فلزات کار می‌کنند گران هستند، در حالی که پرینترهای ارزانتر می‌توانند برای تولید قالب استفاده شوند که بعداً برای تولید قطعات فلزی از آن استفاده می‌شود.Wohlers, Terry. در این روش، مدل یا قطعه با استفاده از اکسترود کردن دانه‌ها یا جریان ماده که بلافاصله بعد از اکسترود برای ایجاد لایه‌ها سخت می‌شوند، ساخته می‌شود. یک فیلامنت از جنس ترموپلاستیک، سیم فلزی یا مواد دیگر داخل یک کلگی نازل اکستروژن (اکسترودر چاپ سه بعدی) تغذیه می‌شود. معمولاً موتورهای پله ای یا سرووموتورها برای حرکت دادن کلگی اکستروژن و تنظیم جریان ماده استفاده می‌شود. از یک نرم‌افزار ساخت به کمک کامپیوتر (CAM) برای تولید G-کدها استفاده می‌شود که به میکروکنترلر دستگاه ارسال شده و موتورها کنترل می‌شود. فرایند FDM از نظر تنوع شکلهایی که با استفاده از آن می‌توان تولید نمود دارای محدودیت است. برای مثال FDM معمولاً نمی‌تواند ساختارهایی شبیه استالاکتیت را ایجاد کند چرا که دارای قسمتهایی است که در حین ساخت دارای پشتیبان نیستند و فرو می‌ریزند. مدلسازی رسوب نشانی ذوبی (FDM)، توسط شرکتهایی که پتنت اولیه را در اختیار ندارند، فرایند ساخت فیلامن ذوبی (FFF) نیز نامیده می‌شود. مرحله ی پس از پرینت (پرداخت بعد از چاپ قطعه) در فرآیند پرینت سه بعدی به روش FDM مرحله ای وجود دارد به نام پرداخت نهایی که برای صاف و صیقلی کردن سطح قطعه پرینت شده انجام میشود. متد های مختلف مربوط به پردازش نهایی محصول مثل پولیش کردن، پرایم و رنگ کردن وجود دارند که به طور معمول می توانند قطعه ساخته شده را به محصول نهایی و قابل ارائه تبدیل کنند. پوشش دهی فلز، پوشش دهی رزین اپوکسی، بخار استون و… هم می توانند روی کیفیت و قدرت نهایی قطعات تاثیر مثبتی بگذارند. پردازش صحیح پس از تکمیل شدن چاپ قطعه، موضوع مهمی است که در استفاده از چاپگرهای سه بعدی FDM باید به آن توجه داشت و هزینه های آن را نیز در برنامه ریزی تولید قطعات درنظر گرفت. سپس لایه دیگری از مواد دانه ای اضافه می‌شود و این فرایند تکرار می‌شود تا در نهایت قطعه نهایی ساخته شود. در این فرایند از واسطه‌های ذوب نشده برای پشتیبانی دیواره‌های نازک و بخش‌های آویزان استفاده می‌شود که نیاز به پشتیبانهای موقت را از بین می‌برد. به عنوان مثال در زینتر کردن انتخابی با گرما، یک کلگی پرینت گرما را به لایه‌هایی از جنس ترموپلاستیک پودر شده اعمال می‌کند. پس از این که یک لایه ساخته و تمام شد، بستر پودری به پایین حرکت می‌کند و یک غلتک اتوماتیک لایه جدیدی از پودر را اضافه می‌کند. فرایند ذوب با استفاده از پرتوی الکترونی (EBM) روش مشابهی است که برای ساخت افزایشی فلزات به‌طور مثال آلیاژهای تیتانیوم استفاده می‌شود. | ## بخش 2: فرایندهای چاپ سه‌بعدی | در این روش مدل با استفاده از پخش لایه ای پودر (از جنس پلاستر یا رزین) و چاپ یک اتصال دهنده در سطح قطعه با استفاده از روش مشابه جوهرپاش ساخته می‌شود. فوتوپلیمریزاسیون در روشهای دیگر، نظیر روش استریولیتوگرافی، مواد مذاب با استفاده از تکنیکهای مختلف و پیچیده تبدیل به قطعه نهایی می‌شوند. پلیمریزاسیون هنگامی رخ می‌دهد که فتوپلیمرها در معرض نور قرار می‌گیرند و فتوپلیمرها حاوی کروم فوره باشند، در غیر این صورت، افزودن مولکول‌های حساس به نور برای واکنش با محلول برای شروع پلیمریزاسیون لازم است. سپس صفحه ساخته شده به مقدار کوچکی به پایین حرکت می‌کند و پلیمر مایع دوباره در معرض نور قرار می‌گیرد. هندسه‌ها و ویژگی‌های فوق‌العاده کوچک را می‌توان با تکنیک ساخت سه بعدی در ابعاد میکرو که در فوتوپلیمرازیسون چند فوتونی استفاده شده‌است، ساخت. این روش از یک لیزر متمرکز برای نشانه گذاری و ترسیم جسم سه بعدی مورد نظر روی یک بلوک ژل استفاده می‌کند. ژل تنها در جایی که لیزر متمرکز شده‌است به جامد تبدیل می‌شود و ژل باقی مانده پس از آن شسته می‌شود. ابعاد کوچک زیر ۱۰۰ نانومتر و نیز ساختارهای پیچیده با قطعات متحرک و در هم قفل شونده به راحتی با این روش تولید می‌شود.Johnson, R. مانند سایر سیستم‌های DLP، پرتو نور ماوراء بنفش از طریق پنجره تابیده می‌شود و موجب می‌شود که رزین جامد شود. جسم به آرامی به اندازه کافی بالا برده می‌شود تا رزین بتواند به زیر قطعه جریان یافته و تماس با سطح زیرین قطعه را باقی نگه دارد. CLIP با فرایندهای سنتی DLP متفاوت است از این جهت متفاوت است که یک غشای نفوذ پذیر نسبت به اکسیژن زیر رزین قرار دارد وبا ایجاد «منطقه مرده» از چسبیدن رزین به پنجره جلوگیری می‌کند. تکنولوژی لایه‌های ورق ورق در بعضی از چاپگرها، کاغذ را می‌توان به عنوان مواد ساخت مورد استفاده قرار داد، و هزینه چاپ را پایین آورد. در دهه ۱۹۹۰ برخی از شرکت‌ها چاپگرهایی را تولید کردند که برش‌های مقطعی را از کاغذ مخصوص با پوشش چسب ایجاد کرده و با استفاده از لیزر کربن دی‌اکسید آن‌ها را به هم اتصال می‌دهد. تعدادی از شرکت‌ها نیز در حال فروش پرینترهایی هستند که اشیای ورقه ای را با استفاده از ورق‌های نازک پلاستیکی و فلزی چاپ می‌کنند."3D Printer Uses Standard Paper" رسوب گذاری پودر با استفاده از انرژی هدایت شده در این روش، یک لیزر با قدرت بالا برای ذوب و ریختن پودر فلزی هدایت شده به کانون تمرکز پرتو لیزر استفاده می‌شود. این روش مشابه SLS است، با این تفاوت که پودر فلزی تنها در جایی که مواد به آن قسمت اضافه می‌شود، اعمال می‌شود. این فرایند برای طیف گسترده‌ای از مواد از جمله تیتانیوم، فولاد ضدزنگ، آلومینیوم و دیگر مواد خاص و همچنین کامپوزیت‌ها و مواد درجه‌بندی شده تابعی (FGM) می‌تواند به کار رود. این فرایند نه تنها می‌تواند به‌طور کامل قطعات فلزی جدید را تولید کند، بلکه می‌تواند مواد را به قطعات موجود اضافه کند، به عنوان مثال می‌توان از آن برای برای پوشش‌دهی، تعمیر، و فرایندهای تولید هیبریدی استفاده کرد،Beese, Allison M. doi:10.1007/978-1-4939-2113-3 فرایندهای بر پایه سیم فلزی سیستمهای تغذیه سیمی بر پایه لیزر، سیم را از طریق یک نازل که توسط لیزر ذوب شده‌است با استفاده از محافظ گاز بی اثر در محیط باز (گاز اطراف لیزر) یا در یک محفظه بسته روی سطح می‌نشانند. کاربردهای پرینتر سه بعدی در ساخت جواهرات و زیورآلات جواهرسازی یکی از قدیمی‌ترین هنرهای بشر است که با پیشرفت فناوری، دچار تغییرات بسیاری شده است. در دهه‌های اخیر، پرینت سه‌بعدی به یکی از فناوری‌های مهم در این صنعت تبدیل شده است. این فناوری امکان طراحی و تولید انگشترها و زیورآلاتی سفارشی را با دقت بالا و هزینه ی کمتر نسبت به روش‌های سنتی فراهم می‌کند. چاپ رزینی و ریخته‌گری: در این روش، ابتدا مدل مومی یا رزینی پرینت شده و سپس از آن برای قالب‌گیری و ریخته‌گری فلزات گران‌بها و ساخت زیورآلات استفاده می‌شود. | ## بخش 3: فرایندهای چاپ سه‌بعدی | چاپ مستقیم فلزی: در این روش، پرینتر سه‌بعدی فلز را مستقیماً ذوب کرده و انگشتر نهایی را بدون نیاز به قالب‌گیری و ریخته‌گری تولید می‌کنند. این جا به بررسی روش‌های تولید انگشتر با پرینت سه‌بعدی، مزایا و چالش‌های آن و تأثیر این فناوری بر صنعت جواهرسازی می‌پردازیم. تاریخچه پرینت سه‌بعدی در صنعت جواهرسازی تکنولوژی پرینت سه‌بعدی از دهه ۱۹۸۰ میلادی توسعه یافت اما استفاده از آن در جواهرسازی از اوایل دهه ۲۰۰۰ رواج پیدا کرد. در ابتدا، این فناوری برای ساخت نمونه‌های اولیه مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما با پیشرفت رزین‌های قابل ریخته‌گری و پرینترهای فلزی، امکان تولید مستقیم جواهرات فراهم شد. این مرحله امکان شخصی‌سازی بی‌نهایت طرح‌ها و ایجاد محصولات خلاقانه را فراهم می‌کند. شکستن قالب و استخراج انگشتر فلزی ب) پرینت مستقیم فلزی SLM و DMLS در این روش، از فناوری ذوب لیزری فلزات استفاده می‌شود. پرداخت و افزودن جزئیات پس از تولید، انگشتر باید پرداخت شود تا سطح آن صاف و براق شود. افزایش دقت و جزئیات طراحی پرینترهای سه‌بعدی می‌توانند طرح‌هایی با جزئیات بسیار ریز و پیچیده را با دقت میکرونی تولید کنند، چیزی که در روش‌های سنتی بسیار دشوار است. سرعت بالاتر تولید ساخت یک مدل اولیه با دست ممکن است چندین روز تا هفته‌ها طول بکشد، اما پرینت سه‌بعدی می‌تواند این کار را در چند ساعت انجام دهد. امکان سفارشی‌سازی نامحدود مشتریان می‌توانند مدل‌های خاص خود را طراحی کنند و یک انگشتر کاملاً شخصی داشته باشند. کاهش وابستگی به نیروی انسانی این فناوری نیاز به مهارت‌های سنتی مانند موم‌کاری یا حکاکی دستی را کاهش می‌دهد. هزینه بالای تجهیزات پرینترهای سه‌بعدی فلزی بسیار گران‌قیمت هستند (گاهی بیش از ۱۰۰,۰۰۰ دلار) به همین دلیل، بسیاری از کارگاه‌های کوچک از روش رزینی و ریخته‌گری استفاده می‌کنند. محدودیت در جنس فلزات فناوری پرینت مستقیم فلزی هنوز برای برخی فلزات گران‌بها مانند پلاتین بهینه نشده است. از این رو در صورت تولید جواهرات با این فلزات طول عمر محصول کافی و مناسب نخواهد بود 3. نیاز به دانش طراحی دیجیتال و مدل سازی طراحان سنتی باید آموزش ببینند تا بتوانند با نرم‌افزارهای طراحی سه‌بعدی کار کنند. تولید سفارشی و جواهرات لوکس با افزایش تقاضا برای جواهرات سفارشی، برندهای بزرگ به سمت این فناوری حرکت کرده‌اند. ترکیب با هوش مصنوعی در طراحی جواهرات استفاده از هوش مصنوعی برای پیشنهاد طرح‌های منحصر‌به‌فرد به مشتریان در حال گسترش است. توسعه پرینترهای فلزی مقرون‌به‌صرفه در آینده، پرینترهای سه‌بعدی فلزی ارزان‌تر شده و امکان تولید مستقیم جواهرات فلزی بیشتر خواهد شد. این فناوری با کاهش هزینه‌ها، افزایش سرعت تولید و امکان شخصی‌سازی طرح‌ها، محبوبیت زیادی پیدا کرده است. با پیشرفت‌های آینده، احتمالاً تولید مستقیم جواهرات فلزی با پرینترهای سه‌بعدی رایج‌تر خواهد شد.چاپ سه‌بعدی امکان تولید سریع‌تر و دقیق‌تر جواهرات را با هزینه کمتر ممکن ساخته است. این فناوری در طراحی و تولید جواهرات به جواهرسازان اجازه می‌دهد تا طرح‌هایی را خلق کنند که پیش از این امکان‌پذیر نبود. انتخاب درست پرینتر سه‌بعدی بسته به نیازهای خاص، نوع جواهرات مورد نظر برای ساخت، و بودجه موجود متفاوت خواهد بود. | ## جمع‌بندی | مهم است که پرینتری را انتخاب کنید که نه تنها از نظر تکنولوژیکی مناسب باشد، بلکه از نظر اقتصادی نیز توجیه‌پذیر باشد.