پرينتر سه بعدي

درست كردن گوشت
برآورده كردن همه اين الزامات به دور از اهميت است، حتي براي يك تركيب نسبتاً ساده مانند ميله‌هاي مواد مغذي مناسب كه تيم Oleksyk براي سربازان توسعه مي دهد. و اگر هدف ساخت چيزي با ساختار پيچيده باشد، ايجاد يك نسخه قابل چاپ بسيار پيچيده تر است. به عنوان مثال، شركتي به نام Redefine Meat از پرينتر سه بعدي براي توليد محصولات گياهي استفاده مي كند كه ساختار، بافت و طعم استيك هاي گوشت گاو را بازتوليد مي كند.

دانيل ديكوفسكي، رئيس نوآوري و فناوري Redefine Meat، مي‌گويد: «گوشت» - كه ماهيچه است - «ساختاري بسيار پيچيده دارد كه مي‌تواند عملكرد مناسب و عمدتاً حركت را براي حيوان فراهم كند. اين شركت ويژگي هاي گوشت را با يك تست فشرده سازي استاندارد و ساير آزمايش‌هاي سفارشي تجزيه و تحليل مي كند تا ببيند كه چگونه آن را تغيير مي دهد و در برابر جويدن مقاومت مي كند، كه بستگي به جهت‌گيري رشته‌هاي عضلاني دارد. Redefine Meat همچنين با استفاده از پرينتر سه بعدي ها براي ذخيره الياف گياهي انحصاري شركت، نحوه تراز شدن و چسبيدن فيبرهاي عضلاني به يكديگر را دوباره ايجاد مي كند. ديكوفسكي مي‌گويد، ايده اين است كه واقعاً اجزاي مختلف يك لقمه استيك مانند فيبرهاي عضلاني، اجزاي چربي و بافت همبند را تقليد كنيم و تجربه خوردن آن را شبيه‌سازي كنيم - تا آب ميوه‌ها، بو و طعم

مواد تشكيل دهنده هر چه باشد، چيزي كه هنوز ناشناخته است اين است كه چگونه فرآيند پرينتر سه بعدي ممكن است مشخصات غذايي يك غذا را تغيير دهد. اوكاموتو مي‌گويد، تا اينجاي كار، اين اثر حداقلي به نظر مي‌رسد. برخي از مواد مغذي، مانند ويتامين C، ذاتاً ناپايدار هستند، بنابراين فشار دادن آنها به لوله و سرنگ پرينتر سه بعدي ممكن است باعث تخريب آنها شود، به خصوص وقتي گرما در ميان باشد.

تلاش‌هاي اخير براي تركيب پرينتر سه بعدي با آشپزي، پيچ و تاب جديدي به محاسبات تغذيه‌اي مي‌افزايد. تيم ليپسون ليزرهايي را به يك پرينتر سه بعدي مواد غذايي اضافه كردند و از آنها براي پختن سينه مرغ آسياب شده از دستگاه استفاده كردند. محققان اكنون با Okamoto كار مي كنند تا بررسي كنند كه چگونه پخت و پز ليزري بر حفظ مواد مغذي تأثير مي گذارد.

ليپسون مي‌گويد: «هيچ‌كس تا به حال پخت و پز ليزري انجام نداده است. او حدس مي‌زند كه ادغام پخت و پز در فرآيند، چه با ليزر يا نوع ديگري از گرما، چيزي است كه غذاي پرينت سه‌بعدي را روي نقشه قرار مي‌دهد و اين فرآيند را به شكلي كامل از پختن ظرف تبديل مي‌كند.

يك پرتو باريك و روشن از نور آبي مايل به آبي بر روي يك تكه خمير نشسته روي يك سكو متمركز مي شود و باعث مي شود دود نازكي از خمير بلند شود.

پرينتر سه بعدي فلزي ارزان قيمت
پرينتر سه بعدي فلزي DIY مقرون به صرفه
امروزه پرينتر سه بعدي متا در حال گسترش است، اگر مي توانيد  پرينتر سه بعدي در فلزات انجام دهيد، پس چرا هنوز از چاپ همان پلاستيك ها خسته شده ايد؟ اما متأسفانه بيشتر پرينترهاي سه بعدي فلزي از پرينتر سه بعدي هاي پلاستيكي معمولي گران تر هستند. پرينتر سه بعدي فلزي در حال حاضر توسط شركت هاي صنعتي مانند جنرال الكتريك و بوئينگ استفاده مي شود. مشكلي نيست اگر يك پرينتر سه بعدي روميزي در خانه خود داريد، مي توانيد دستگاه موجود خود را براي پشتيباني از چاپ سه بعدي فلزي پيكربندي كنيد. غير مجاز مي باشدmo Wenman كه متخصص پرينتر سه بعدي است دستورالعمل هاي جامع و يك آموزش ويديويي در مورد نحوه پرينت سه بعدي فلزي با استفاده از پرينتر سه بعدي روميزي خود را منتشر كرد.

بسياري از كاربران پرينتر سه بعدي سعي كرده اند قالب هاي پلاستيكي ABS را با استفاده از پرينتر سه بعدي روميزي خود چاپ كنند. از اين قالب ها براي ريخته گري فلز استفاده مي شود، اما متاسفانه نقطه ذوب اكثر فلزات بسيار بالا است. اگر نقطه ذوب فلزي برابر يا بيشتر از نقطه ذوب پلاستيك ABS باشد، پس از ريختن فلز مذاب درون قالب، قالب به سادگي ذوب مي شود. غير مجاز مي باشدmo آزمايش هايي انجام داد و متوجه شد كه آلياژهاي خاصي از بيسموت داراي نقطه ذوب 70 درجه سانتيگراد هستند. بعد از اينكه او آلياژ فلز بيسموت مايع را در قالب پلاستيكي ABS پرينت سه بعدي ريخت، باور نمي كنيد كه او فلز پرينت سه بعدي را با روكش ظريف تر به دست آورد.

دستورالعمل هاي گام به گام زير توسط Wenman ارائه شده است.
 

طراحي سه بعدي هر قسمتي را كه مي خواهيد چاپ كنيد (شما مي توانيد از هر برنامه CAD مانند Autocad، tinkercad، sketchup و غيره استفاده كنيد).

آن مدل را از بلوك جامد تفريق كنيد، در نهايت قالب را تشكيل مي دهد.

پرينتر سه بعدي با استفاده از فيلامنت ABS.

آلياژ بيسموت را ذوب كرده و از ABS به قسمت قالب بريزيد.

بعد از اينكه تركيب قالب آلياژي abs را خنك كرديد، كل قالب را بگذاريد و داخل يك شيشه توخالي پر از استون بريزيد.

ABS به تدريج توسط استون حل مي شود و فلز پرينت سه بعدي را به شما نشان مي دهد.

قبل از انجام روش Wenman بايد از برخي مسائل ايمني اطمينان حاصل كنيد. ممكن است مشكلاتي در مورد آلياژهاي بيسموت و محلول استون وجود داشته باشد، لطفاً قبل از استفاده دستورالعمل‌هاي كامل Wenman را در مورد Thingiverse بخوانيد.

پرينتر سه بعدي فلزي ممكن است متعلق به خريداران ثروتمند باشند، اما روش Wenman به ما اين فرصت را مي دهد تا بدون هزينه زياد، ريخته گري فلزات DIY و پرينتر سه بعدي را در خانه امتحان كنيم. بياييد باور كنيم كه در عرض چند سال، اكثر تحقيقات پيشرفته تحقيق و توسعه هزينه چاپ سه بعدي فلز را كاهش مي دهد. لطفاً روش Wenman را در آموزش ويديويي يوتيوب زير بررسي كنيد.

پيش از اين هرگز رشته هاي مختلف تا اين حد به هم مرتبط نبوده اند. با افزايش ديجيتالي شدن، عناصر سنتي متفاوت چرخه عمر يك محصول، مانند ايده پردازي و ساخت، متقاطع بيشتري دارند. پرينتر سه بعدي بخش بزرگي از اين كار است - مراحل چرخه عمر محصول را به حدي سرعت مي بخشد كه مي توان كل تكامل را ساده كرد و رشته ها با يكديگر تركيب مي شوند و روي يكديگر بهبود مي يابند. اين نوع همكاري در يك كسب و كار در فضاهاي سازنده مؤسسات آموزشي و آزمايشگاه‌هاي ساخت نيز مشهود است.

كالج هنرهاي رسانه اي و طراحي وستفال دانشگاه دركسل برنامه هايي را براي دانشجوياني ارائه مي دهد كه اميدوارند هر چيزي از انيميشن گرفته تا مد و واقعيت مجازي را دنبال كنند و آزمايشگاه ساخت تركيبي واقع در مركز آنها فرصت هايي را براي هر نوع پروژه اي ارائه مي دهد. اريك ساندكوئيست، مدير آزمايشگاه ساخت، به ما گفت: "دانشجويان از آن براي همه چيز استفاده مي كنند، از مدل هاي معماري، طراحي مد، لوازم جانبي، سخت افزار براي پوشاك... ما چند دانش آموز داريم كه علاقه مند به ساخت پارچه هاي مفصلي پرينت سه بعدي هستند."

Sundquist فضا را طوري تنظيم مي‌كند كه دانش‌آموزان آموزش ببينند، سپس خودشان فضا را اداره مي‌كنند و مسئول آموزش دانش‌آموزان ديگر هستند، فرقي نمي‌كند كه پروژه رشته‌اي متفاوت از رشته خودشان باشد. ساندكوئيست مي‌گويد: «اين روش دموكراتيك‌تر است و براي يادگيري بين‌رشته‌اي بهتر است. او دانشجويان رشته هاي مد را مي بيند كه از دانشجويان مهندسي و رشته هاي طراحي محصول براي بيان قطعات كمك مي خواهند و بالعكس. آزمايشگاه واقع در مركز براي همكاري، به اشتراك گذاشتن ايده ها و تبادل تخصص دانش آموزان عالي است و پرينتر سه بعدي انگيزه پشت اين نوع جلسات طوفان فكري بداهه است. يك رشته مد ممكن است تصوير كلي را مانند يك لباس پستي زنجيره اي ببيند، اما براي طراحي تلورانس بين هر حلقه زنجيره اي، يا انتخاب فناوري مورد استفاده براي ساختار چاپي بدون پشتيباني، به كمك يك دانشجوي مهندسي نياز دارد.

خلاقيت توانمند

پرينتر سه بعدي مي تواند دانش آموزان را قادر سازد تا باشگاه ها يا انجمن هاي جديد را امتحان كنند و مهارت هاي خود را از كلاس درس به يك برنامه جديد انتقال دهند. دانش‌آموزان در TU Berlin براي توسعه ماشين‌هاي مسابقه‌اي با عملكرد بالا براي رقابت جهاني دانشجويان فرمول به پرينتر سه‌بعدي تكيه مي‌كنند. اين خودروها بايد بادوام، مقاوم در برابر حرارت و ضربه بالا و بسيار سبك وزن باشند. تيم TU Berlin كه اغلب از 90 دانشجو تشكيل شده است، براي فرآيندهاي قالب‌گيري فيبر كربن و قطعات مصرفي نهايي به پرينتررهاي SLA Formlabs متكي است.

دسترسي به پرينتر سه بعدي دقيق، قابل اعتماد و با كاربري آسان به تيم TU برلين اجازه داده است تا خروجي خود را گسترش دهد - آنها سالانه سه خودرو، از طراحي تا مسابقه، در طول سال تحصيلي توليد مي كنند. اين فناوري تيمي از دانشجويان جوان را قادر مي‌سازد تا روي چيزي كه به آن علاقه دارند كار كنند و هر سال نه تنها يك، بلكه سه محصول اجرايي را در يك صحنه بين‌المللي ارائه دهند. مهارت‌هايي كه آن‌ها توسعه مي‌دهند و احساس مالكيت و قدرتي كه احساس مي‌كنند، اگر مجبور باشند بسياري از كارهاي خود را برون‌سپاري كنند، يا براي كار با ماشين‌هاي گران‌تر به سرپرستان تكيه كنند، امكان‌پذير نخواهد بود. مقرون به صرفه بودن و دسترسي به پرينتر سه بعدي Formlabs خلاقيت و بهره وري آنها را تقويت مي كند.

انواع پرينتر سه بعدي براي آموزش

مربيان يك وظيفه بزرگ پيش روي خود دارند و تعيين اينكه كدام فناوري براي برنامه درسي آنها بهترين است مي تواند استرس بيشتري باشد. اين بخش به بررسي پرينتر سه بعدي مختلف براي مدارس مي پردازد و كمك مي كند تا مشخص شود كدام پرينتر سه بعدي براي دوره ها و اولويت هاي مختلف بهترين است.

پرينتر سه بعدي مدل سازي رسوب ذوب شده (FDM).

شايد هنوز هم رايج ترين نوع پرينتر سه بعدي در آموزش، پرينترهاي سه بعدي FDM قطعات را با ذوب و اكسترود كردن رشته هاي ترموپلاستيك، كه نازل چاپگر لايه به لايه در ناحيه ساخت رسوب مي دهد، مي سازد. مزاياي آن در مقياس پذيري و مقرون به صرفه بودن، و همچنين ماهيت ساده اين فناوري است كه درك آن را براي كودكان مدرسه اي كه تازه طراحي در CAD را ياد مي گيرند، آسان مي كند.

اگرچه سازندگان پرينترهاي گرانقيمت FDM را مي‌سازند كه مي‌توانند بيش از 50000 دلار قيمت داشته باشند، اكثر واحدهاي مورد استفاده توسط مربيان حدود 1000 تا 4000 دلار قيمت دارند. پرينترهاي FDM مي توانند قطعات را به سرعت و از طريق يك فرآيند بصري بصري تحويل دهند - و آنها را به يك نقطه ورودي عالي براي دانش آموزان جوان تبديل مي كند. هنگامي كه دانش آموزان شروع به طراحي قطعات كاربردي و مجموعه هاي چند قسمتي مي كنند، پرداخت سطحي با كيفيت پايين و دقت شروع به ايجاد مشكل مي كند. كيفيت پايين تر قطعات و محدوده باريك تر مواد همچنين به اين معني است كه كاربردهايي كه پرينترهاي FDM مي توانند پشتيباني كنند محدود است، به خصوص در يك محيط تحقيقاتي يا آموزشي عالي. چاپگرهاي سه بعدي FDM بخشي از پازل چاپ سه بعدي و نقطه شروع عالي هستند، اما بايد در هماهنگي با ساير انواع پيشرفته تر پرينتر سه بعدي آموزش داده شوند.

مزاياي پرينتر سه بعدي

به راحتي مفاهيم طراحي را آزمايش كنيد

پرينتر سه بعدي به معماران اين امكان را مي دهد كه به سرعت چندين مفهوم طراحي را آزمايش كرده و در مراحل اوليه پروژه ها تكرار كنند. اين امر بهره وري را تا حد زيادي افزايش مي دهد و به طراحان اجازه مي دهد تا معايب بالقوه اي را كه شناسايي آنها در مدل كامپيوتري Revit دشوارتر است، تشخيص دهند. معماران مي توانند مدل هاي مطالعاتي معماري كم هزينه را پرينتر سه بعدي كنند كه مي توانند براي ارزيابي جريان فضا، ساختار كلي، حجم و نحوه عبور نور طبيعي در ساختمان مورد استفاده قرار گيرند. ايجاد تغييرات در مقياس يك مدل كار به تعيين رابطه ساختمان با محيط نزديك آن (كه مي تواند به صورت سه بعدي نيز چاپ شود) و در سطح بزرگتر، نحوه تناسب آن در يك محله كمك مي كند.

با طيف وسيعي از مواد و رنگ ها آزمايش كنيد

طيف گسترده اي از رشته هاي پرينتر سه بعدي به معماران اين امكان را مي دهد كه احساس طراحي خود را بهتر به اشتراك بگذارند. تلاش براي رنگ آميزي يا يافتن يك ماده رنگي مناسب براي استفاده در قسمت هاي مختلف مدل را كاهش مي دهد. استفاده از مواد شفاف، براق يا سفيد مي تواند حس ظرافت را به شما اضافه كند. زيبايي شناسي كلي مدل را افزايش مي دهد و نشان مي دهد كه چگونه ساختمان در تضاد با محيط اطراف خود به نظر مي رسد. سيستم فيلامنت باز Ultimaker طراحان را قادر مي سازد از آنچه مي خواهند استفاده كنند و مواد پشتيباني PVA ​​قابل حل به تبديل طرح هاي پيچيده به واقعيت كمك مي كند.

چند كپي ايجاد كنيد

به راحتي مي توان از مدل نهايي كپي هاي متعدد ايجاد كرد و فايل پرينتر سه بعدي را مي توان به طور نامحدود براي مراجعات بعدي ذخيره كرد. با توجه به روش هاي سنتي ساخت مدل، توانايي ايجاد آسان نسخه هاي متعدد بسيار نادر است. اين معمار را قادر مي سازد تا به مشتريان و سرمايه گذاران خود نسخه اي از پروژه اي را كه براي آن استخدام شده اند ارائه دهد.

فن آوري هاي جديد را با روش هاي مرسوم تركيب كنيد

در حالي كه پرينتر سه بعدي مي تواند به طور كامل جايگزين روش هاي ساخت مدل هاي معمولي شود، اين فناوري همچنين مي تواند آنها را بهبود بخشد. برخي از طراحان ممكن است نخواهند گردش كار ساخت مدل خود را كاملاً خودكار كنند زيرا ايجاد يك مدل ساختمان از ابتدا يك سنت براي معماران است. رشته معماري مسلماً يك هنر در نظر گرفته مي شود و اگر برخي از تكنيك هاي مدل سازي را به صورت دستي انجام دهيم، به ريشه هاي خود وفادار مي ماند. با اين حال، ايجاد دقيق ويژگي هاي هندسي پيچيده مي تواند با دست غيرممكن باشد. پرينتر سه بعدي اين قطعات و افزودن آنها به مدل دست ساز تركيبي ايجاد مي كند و مي تواند طراحي را به روش هايي مانند قبل بيان كند. اين مدل منحصر به فرد زماني كه به مشتري ارائه مي شود تأثير ملموس قوي ايجاد مي كند.

شش نكته ذكر شده تنها چند نمونه از ارزشي است كه يك پرينتر سه بعدي مي تواند به گردش كار يك معمار اضافه كند. اين فناوري تركيبي از دقت كامپيوتري، كارايي و ملموس بودن يك مدل مقياس را ارائه مي دهد. مزاياي اصلي پرينتر سه بعدي براي معماران، صرفه جويي در زمان و هزينه است و در عين حال باعث افزايش ارزش براي مشتريان مي شود. با Formlabs يا اكوسيستم Ultimaker، دستيابي به چاپ با كيفيت بالا در هر زمان و در عين حال كارآمدتر كاملاً امكان پذير است.

به دنياي بازتوليد هنر سه بعدي خوش آمديد

نگاهي از درون به مشخصات فني و جزئيات

ارين هانسون با جديدترين محصول خود وارد دنياي بازتوليد هنر سه بعدي شده است: نسخه محدود 3D Textured Replicas.

"در حالي كه تمام جهان در مورد امكاناتي كه جديدترين فناوري  پرينتر سه بعدي ارائه مي دهد صحبت مي كند، يك هنرمند در سن ديگو وجود دارد كه در حال حاضر اين كار را انجام مي دهد. وقتي براي اولين بار در مارس امسال با ارين هانسون تماس گرفتيم، هيچ يك از ما فكرش را نمي كرديم. ما بسيار مفتخريم كه اسكنر ما بخشي از جريان كاري است كه براي ساخت چنين بازتوليدهاي واقعي از نقاشي هاي شگفت انگيز او استفاده مي شود." - مارتين پافرات، اسكنرهاي كروز، آلمان.

اين پرينت با هنرهاي زيبا و باورنكردني، پاسخ پيشرفته ارين به تقاضاي رو به رشد براي پرينت هاي بافت دار است. هر ماكت با استفاده از تكنولوژي پرينتر سه بعدي و چاپ چند لايه به طور صادقانه از رنگ و احساس هر قلم مو كپي مي كند تا هر جنبه اي از نقاشي اصلي را به تصوير بكشد.

در حالي كه مقالات قبلي در مورد خود كپي‌ها بحث كرده‌اند، ما مي‌خواستيم از اين فرصت استفاده كنيم و جزئيات فني بازتوليدهاي پيشرفته ارين را به اشتراك بگذاريم.

جديدترين افزودني به تيم ارين هانسون: اسكنر جدول همگام CRUSE ما

هنگامي كه يك نقاشي براي پرينتر سه بعدي انتخاب مي شود، بايد يك فرآيند اسكن ايمن و موثر را طي كند تا هر دقيقه جزئيات را به تصوير بكشد - از ضربه هاي قلم مو گرفته تا رنگ هاي درخشان. اين كار با جديدترين فناوري ضبط سه بعدي انجام مي شود: اسكنر جدول همگام CRUSE.

اين دستگاه اكنون بر كل اتاق در انبار ما تسلط دارد. حجم عظيم اين دستگاه تعجب آور نيست، زيرا بايد نقاشي هاي ارين را در خود جاي دهد - بدون توجه به اندازه كار. علاوه بر اين، به گونه‌اي تنظيم شده است كه نقاشي‌هاي اصلي را مي‌توان به آرامي، رو به بالا قرار داد تا در پنج جهت لامپ‌هاي LED با دماي كنترل‌شده، دقيق و همگن اسكن شوند.

فرآيند اسكن با استفاده از چندين اسكن با وضوح حداكثر 2000 نقطه در اينچ انجام مي شود. فناوري پيشرفته تصويربرداري در 15000 پيكسل و 5.6 ميكرون را ارائه مي دهد. تغييرات عمدي در وضعيت نور به ما اين امكان را مي دهد كه بافت يافت شده در نسخه اصلي ارين هانسون را ضبط كنيم و اطلاعات لازم را براي ايجاد كپي هاي بافت سه بعدي در اختيار چاپگر خود قرار دهيم. هر فايل سه بعدي چندين گيگابايت حجم دارد و ما دو كامپيوتر سفارشي و با سرعت فوق العاده براي پردازش گرافيك خريداري كرديم.

اين اسكنر سه بعدي همچنين ارين هانسون را با رنگ 48 بيتي ثبت مي كند و در هر اسكن تريليون ها رنگ را به تصوير مي كشد. براي مقايسه، فتوشاپ معمولاً تصاوير را با رنگ 24 بيتي از يك دوربين ديجيتال 5D Canon پردازش مي كند، بنابراين اسكنر CRUSE با فرمت بزرگ، 2 برابر بيشتر از يك دوربين رده بالا استاندارد، اطلاعات رنگي را ضبط مي كند.

واضح است كه با تمام داده هايي كه اسكنر مي گيرد، نرم افزار بايد سيستم را همراهي كند تا امكان استفاده، پردازش و چاپ اين اطلاعات دقيق را فراهم كند.

مجموعه نرم افزار طراحي CRUSE به ما اين امكان را مي دهد كه تمام اطلاعات ثبت تصوير را برداريم و تصاوير را "پشته" كنيم، يك تصوير بافتي ايجاد كنيم كه بتوانيم آن را روي صفحه نمايش رايانه خود ببينيم و سپس براي تكرار به يك پرينتر سه بعدي ارسال كنيم. اين نرم‌افزار به ارين اجازه مي‌دهد تا تصوير را از نظر دقت از قبل تعيين كند و اين فرصت را براي ما فراهم مي‌كند تا از اسكن سه بعدي براي تصويربرداري عميق‌تر بافت و رنگ در چاپ‌هاي هنري زيباي دوبعدي و همچنين روي كپي‌هاي بافت‌دار سه بعدي جديدمان استفاده كنيم.

دهه 1990: ظهور توليدكنندگان اصلي پرينترهاي سه بعدي و ابزارهاي CAD
اكنون كه اصول اوليه ايجاد شده است، تكامل توليد افزودني بسيار سريع است. توليدكنندگان اصلي  پرينتر سه بعدي در حال ظهور هستند، فناوري‌هاي جديد تكميل شده‌اند و ابزارهاي مدل‌سازي سه بعدي نيز شروع به توسعه مي‌كنند و توليد افزودني را به سطح بعدي مي‌رسانند.

در اروپا، EOS GmbH تاسيس شد و اولين سيستم EOS "Stereos" را براي نمونه سازي صنعتي و كاربردهاي توليد پرينتر سه بعدي ايجاد كرد. كيفيت صنعتي آن امروزه در سراسر جهان در فناوري SLS (فناوري سينتينگ ليزري انتخابي) براي پلاستيك و فلزات شناخته شده است.

در سال 1992، پتنت Fused Deposition Modeling براي Stratasys صادر شد كه پرينتر سه بعدي بسياري را براي افراد حرفه اي و افراد توسعه داد. از سال 1993 تا 1999، بازيگران اصلي بخش پرينتر سه بعدي با تكنيك هاي مختلف ظهور كردند:

ZCorp و جت بايندر: بر اساس فناوري پرينت جوهرافشان MIT، Z402 را ايجاد كردند كه مدل هايي را با استفاده از مواد پودري مبتني بر نشاسته و گچ و يك چسب مايع مبتني بر آب توليد مي كرد.

در همان زمان، مي‌توانيم ببينيم كه ابزارهاي جديد CAD، كه امكان ايجاد مدل‌هاي سه بعدي را فراهم مي‌كنند، در دسترس و توسعه مي‌يابند، براي مثال، با ايجاد نمونه اوليه Sanders (كه اكنون به عنوان Solidscape شناخته مي‌شود)، يكي از اولين بازيگران. براي توسعه ابزارهاي خاص براي توليد مواد افزودني.

چارلز هال در سال 2014 برنده جايزه مخترع اروپايي در رده كشورهاي غيراروپايي، توسط قيمت دفتر ثبت اختراع اروپا شد.

دهه 2000: پرينتر سه بعدي باعث ديده شدن رسانه مي شود
در سال 2000، هزاره اولين كليه پرينت سه بعدي را ديد، اما بايد 13 سال ديگر منتظر بمانيم تا بتوانيم آن را به بيمار پيوند بزنيم. كليه هاي پرينتر سه بعدي در حال حاضر به خوبي كار مي كنند و محققان در حال آزمايش روي رشد سريع براي پيوند اعضا هستند.

سال 2004، سال آغاز پروژه RepRap بود كه از يك پرينتر سه بعدي خود تكراري تشكيل شده بود. بله، امكان پرينت سه بعدي پرينتر سه بعدي وجود دارد. اين پروژه منبع باز منجر به گسترش پرينترهاي سه بعدي روميزي سه بعدي FDM و محبوبيت اين فناوري در جامعه سازندگان شد.

در سال 2005، ZCorp، Spectrum Z510، اولين پرينتر سه بعدي رنگي با كيفيت بالا را راه اندازي كرد.

در سال 2008، پرينت سه بعدي به لطف يك كاربرد پزشكي ديگر، حضور بيشتري در رسانه ها پيدا كرد: اولين اندام مصنوعي چاپ شده سه بعدي.

اين پروژه شگفت‌انگيز چاپ سه بعدي پزشكي تمام قسمت‌هاي يك اندام بيولوژيكي را در خود جاي داده بود، بدون نياز به مونتاژ بعدي، «همانطور كه هست» چاپ شد. امروزه، همراه با اسكن سه بعدي، پروتزها و ارتزهاي پزشكي پرينتر سه بعدي هر روز ارزان تر و سريعتر براي بيمار به دست مي آيند. علاوه بر اين، اين پروتزها هر روز بيشتر بهينه شده و با مورفولوژي بيمار سازگار مي شوند. توليد افزودني فرصت هاي جديدي را در خصوص سفارشي سازي انبوه به ارمغان مي آورد.

سال 2009 سالي بود كه در آن پتنت هاي FDM در اختيار عموم قرار گرفت و راه را براي موج گسترده اي از نوآوري در پرينترهاي سه بعدي FDM، كاهش قيمت پرينترهاي سه بعدي روميزي باز كرد و در نتيجه، از آنجايي كه اين فناوري در دسترس تر بود، افزايش يافت. ديد.

سال 2009 همچنين سالي بود كه سرويس پرينتر سه بعدي آنلاين Sculpteo ايجاد شد، يكي از پيشگامان خدمات پرينت سه بعدي آنلاين كه اكنون شكوفا شده است، گامي ديگر به سمت دسترسي به پرينتر سه بعدي!

فايل STL چيست؟

يك فايل STL يك قالب ساده و قابل حمل است كه توسط سيستم هاي طراحي به كمك كامپيوتر (CAD) براي تعريف هندسه جامد براي قطعات قابل پرينت سه بعدي استفاده مي شود. يك فايل STL اطلاعات ورودي را براي پرينت سه بعدي با مدل‌سازي سطوح جسم به‌عنوان مثلث‌هايي كه لبه‌ها و رئوس را با ديگر مثلث هاي همسايه براي پلتفرم ساخت به اشتراك مي‌گذارند، ارائه مي‌كند. وضوح فايل STL بر كيفيت قطعات  پرينتر سه بعدي تأثير مي گذارد - اگر وضوح فايل خيلي بالا باشد، مثلث ممكن است با هم همپوشاني داشته باشد، اگر خيلي كم باشد، مدل داراي شكاف هايي است كه آن را غيرقابل چاپ مي كند. بسياري از پرينترهاي سه بعدي نياز به يك فايل STL براي چاپ دارند، با اين حال اين فايل ها را مي توان در اكثر برنامه هاي CAD ايجاد كرد.

صنايع پرينتر سه بعدي

با توجه به تطبيق پذيري اين فرآيند، پرينت سه بعدي در طيف وسيعي از صنايع كاربرد دارد، به عنوان مثال:

هوافضا

پرينت سه بعدي در صنعت هوافضا (و فضاهاي نجومي) به دليل توانايي ايجاد قطعات سبك و در عين حال پيچيده هندسي مانند بليسكس استفاده مي شود. به جاي ساختن يك قطعه از چندين جزء، پرينت سه بعدي اجازه مي دهد تا يك آيتم به عنوان يك جزء كامل ايجاد شود و زمان توليد و هدر رفتن مواد را كاهش دهد.

خودرو

صنعت خودرو به دليل وزن و كاهش هزينه ذاتي، از پرينت سه بعدي استقبال كرده است. همچنين امكان نمونه سازي سريع قطعات جديد يا سفارشي براي آزمايش يا ساخت در مقياس كوچك را فراهم مي كند. بنابراين، به عنوان مثال، اگر قطعه خاصي ديگر در دسترس نباشد، مي توان آن را به عنوان بخشي از يك مجموعه كوچك و سفارشي، از جمله ساخت قطعات يدكي، توليد كرد. از طرف ديگر، اقلام يا وسايل را مي توان يك شبه پرينت كرد و براي آزمايش قبل از يك دوره توليد بزرگتر آماده است.

پزشكي

بخش پزشكي كاربردهايي براي پرينتر سه بعدي در ساخت ايمپلنت ها و دستگاه هاي ساخته شده پيدا كرده است. به عنوان مثال، سمعك را مي توان به سرعت از يك فايل ديجيتالي كه با اسكن بدن بيمار مطابقت دارد ايجاد كرد. پرينتر سه بعدي همچنين مي تواند هزينه ها و زمان توليد را به طور چشمگيري كاهش دهد.

ريل

صنعت ريلي كاربردهاي متعددي براي پرينتر سه بعدي پيدا كرده است، از جمله ايجاد قطعات سفارشي شده، مانند تكيه گاه بازو براي رانندگان و روكش مسكن براي كوپلينگ قطار. قطعات سفارشي تنها يك برنامه كاربردي براي صنعت ريلي است كه از اين فرآيند براي تعمير ريل هاي فرسوده نيز استفاده كرده است.

رباتيك

سرعت ساخت، آزادي طراحي و سهولت سفارشي‌سازي طراحي، پرينت سه بعدي را كاملاً براي صنعت رباتيك مناسب مي‌سازد. اين شامل كار براي ايجاد اسكلت بيروني سفارشي و ربات هاي چابك با چابكي و كارايي بهبود يافته است.

خدمات پرينتر سه بعدي

TWI يكي از قطعي ترين طيف خدمات پرينتر سه بعدي، از جمله ذوب ليزري انتخابي، رسوب گذاري ليزري، توليد افزودني سيم و قوس، توليد افزودني سيم و پرتو الكتروني و نمونه سازي نمونه اوليه از همجوشي بستر پودر EB و موارد ديگر را دارد.

فايل STL چيست؟

يك فايل STL يك قالب ساده و قابل حمل است كه توسط سيستم هاي طراحي به كمك كامپيوتر (CAD) براي تعريف هندسه جامد براي قطعات قابل پرينت سه بعدي استفاده مي شود. يك فايل STL اطلاعات ورودي را براي پرينت سه بعدي با مدل‌سازي سطوح جسم به‌عنوان مثلث‌هايي كه لبه‌ها و رئوس را با ديگر مثلث هاي همسايه براي پلتفرم ساخت به اشتراك مي‌گذارند، ارائه مي‌كند. وضوح فايل STL بر كيفيت قطعات  پرينتر سه بعدي تأثير مي گذارد - اگر وضوح فايل خيلي بالا باشد، مثلث ممكن است با هم همپوشاني داشته باشد، اگر خيلي كم باشد، مدل داراي شكاف هايي است كه آن را غيرقابل چاپ مي كند. بسياري از پرينترهاي سه بعدي نياز به يك فايل STL براي چاپ دارند، با اين حال اين فايل ها را مي توان در اكثر برنامه هاي CAD ايجاد كرد.

صنايع پرينتر سه بعدي

با توجه به تطبيق پذيري اين فرآيند، پرينت سه بعدي در طيف وسيعي از صنايع كاربرد دارد، به عنوان مثال:

هوافضا

پرينت سه بعدي در صنعت هوافضا (و فضاهاي نجومي) به دليل توانايي ايجاد قطعات سبك و در عين حال پيچيده هندسي مانند بليسكس استفاده مي شود. به جاي ساختن يك قطعه از چندين جزء، پرينت سه بعدي اجازه مي دهد تا يك آيتم به عنوان يك جزء كامل ايجاد شود و زمان توليد و هدر رفتن مواد را كاهش دهد.

خودرو

صنعت خودرو به دليل وزن و كاهش هزينه ذاتي، از پرينت سه بعدي استقبال كرده است. همچنين امكان نمونه سازي سريع قطعات جديد يا سفارشي براي آزمايش يا ساخت در مقياس كوچك را فراهم مي كند. بنابراين، به عنوان مثال، اگر قطعه خاصي ديگر در دسترس نباشد، مي توان آن را به عنوان بخشي از يك مجموعه كوچك و سفارشي، از جمله ساخت قطعات يدكي، توليد كرد. از طرف ديگر، اقلام يا وسايل را مي توان يك شبه پرينت كرد و براي آزمايش قبل از يك دوره توليد بزرگتر آماده است.

پزشكي

بخش پزشكي كاربردهايي براي پرينتر سه بعدي در ساخت ايمپلنت ها و دستگاه هاي ساخته شده پيدا كرده است. به عنوان مثال، سمعك را مي توان به سرعت از يك فايل ديجيتالي كه با اسكن بدن بيمار مطابقت دارد ايجاد كرد. پرينتر سه بعدي همچنين مي تواند هزينه ها و زمان توليد را به طور چشمگيري كاهش دهد.

ريل

صنعت ريلي كاربردهاي متعددي براي پرينتر سه بعدي پيدا كرده است، از جمله ايجاد قطعات سفارشي شده، مانند تكيه گاه بازو براي رانندگان و روكش مسكن براي كوپلينگ قطار. قطعات سفارشي تنها يك برنامه كاربردي براي صنعت ريلي است كه از اين فرآيند براي تعمير ريل هاي فرسوده نيز استفاده كرده است.

رباتيك

سرعت ساخت، آزادي طراحي و سهولت سفارشي‌سازي طراحي، پرينت سه بعدي را كاملاً براي صنعت رباتيك مناسب مي‌سازد. اين شامل كار براي ايجاد اسكلت بيروني سفارشي و ربات هاي چابك با چابكي و كارايي بهبود يافته است.

خدمات پرينتر سه بعدي

TWI يكي از قطعي ترين طيف خدمات پرينتر سه بعدي، از جمله ذوب ليزري انتخابي، رسوب گذاري ليزري، توليد افزودني سيم و قوس، توليد افزودني سيم و پرتو الكتروني و نمونه سازي نمونه اوليه از همجوشي بستر پودر EB و موارد ديگر را دارد.

پرينتر سه بعدي مواد مهندسي: بررسي وضعيت هنر

خلاصه

پرينتر سه بعدي يا ساخت افزودني يك فرآيند مهندسي است كه براي توليد يك محصول سه بعدي لايه به لايه از مدل سه بعدي ديجيتال بر اساس نياز استفاده مي شود. اين تكنيك تكنولوژي ساخت سريع در حال توسعه است. تقاضاي رو به رشد براي  پرينتر سه بعدي به دليل مزاياي آن مانند نمونه سازي سريع و توليد قطعات قابل تنظيم است. اينها عوامل كليدي رشد آن در سه دهه اخير بوده اند. اين تكنيك اكنون به يكي از فرآيندهاي اصلي توليد تبديل شده است. مواد متعدد متعلق به طبقه بندي هاي مختلف مانند فلزات، سراميك ها، پليمرها، كامپوزيت ها و هيبريدها را مي توان براي كاربرد در صنايعي مانند خودروسازي، هوافضا، مراقبت هاي بهداشتي و پزشكي، ساخت و ساز، الكترونيك، غذا و بسياري موارد ديگر مورد استفاده قرار داد. اين بررسي يك درك اساسي از اصول هفت تكنيك مختلف پرينت سه بعدي را ارائه مي دهد كه معمولاً براي ساخت يك محصول سه بعدي استفاده مي شود. علاوه بر اين، مزاياي اين تكنيك مورد بحث قرار گرفته است. نياز به تحقيقات بيشتر نيز در اينجا با توضيح محدوديت‌هاي اين فناوري در سناريوي فعلي مشخص مي‌شود.

معرفي

پرينتر سه بعدي يا توليد افزودني فرآيند پيوستن لايه به لايه مواد مهندسي براي ساختن جزء مورد نظر از داده هاي مدل سه بعدي در اوايل دهه 80 است [1]. با توجه به اصل اوليه ساخت، به هفت دسته تقسيم مي شود: جت بايندر، اكستروژن مواد، رسوب انرژي هدايت شده، جت مواد، همجوشي بستر پودر، لمينيت ورق و فوتو پليمريزاسيون vat. اين تكنيك‌هاي مختلف مي‌توانند طيف وسيعي از مواد از فلزات، پليمرها، سراميك‌ها، كامپوزيت‌ها و هيبريدها را پردازش كنند. پس از سه دهه توسعه در زمينه پرينت سه بعدي، اكنون يكي از فرآيندهاي اصلي توليد است كه نيازي به هيچ گونه فيكسچر، روان كننده، خنك كننده يا هيچ منبع كمكي ديگري ندارد. توانايي آن در توليد قطعات سفارشي بر اساس تقاضا منجر به محبوبيت آن در دهه اخير شده است. پرينتر سه بعدي به عنوان يك تكنيك قدرتمند براي نمونه سازي سريع، توليد انبوه و توليد قطعات سفارشي تكامل يافته است. اين مقاله مروري يك نماي كلي از تكنيك هاي مختلف، مواد پردازش شده و كاربرد آن در زمينه هاي مختلف ارائه مي دهد. نياز به تحقيقات بيشتر در اين زمينه از توليد افزودني وجود دارد تا بتوان بر محدوديت آن غلبه كرد و به پتانسيل واقعي اين تكنيك ساخت دست يافت.

اين مقاله مروري بر اساس آخرين پيشرفت ها در زمينه پرينتر سه بعدي در 5 سال گذشته (شكل 1، جدول 1) است. مقالات مروري [2]، [3] كه قبلاً در مورد اين موضوع وجود دارد بر اساس تحقيقات قبلي ساخته شده اند. متن در اين مقاله مروري به شكلي نوشته شده است كه خواننده ناآشنا به اين زمينه مي تواند به راحتي اين فناوري را درك كند.

 چاپ سه بعدي در ساخت و ساز در سراسر جهان

تقاضا براي ساخت و ساز و زيرساخت هاي بهتر به ويژه در شهرهاي بزرگ در حال رشد است. در سال 1800، تنها 3 درصد از جمعيت در مناطق شهري ساكن بودند. تا سال 1900، كل جمعيت ساكن در شهرها به 15 درصد افزايش يافت. امروزه ما به 55 درصد از جمعيت بشري كه در مناطق شهري ساكن هستند مي‌رسيم و مجمع جهاني اقتصاد پيش‌بيني مي‌كند كه دو سوم جمعيت تا سال 2050 در شهرهاي بزرگ زندگي خواهند كرد.

در مقياس جهاني اقدامات دولتي متعددي وجود دارد كه اجراي  پرينتر سه بعدي در حال ساخت را تشويق مي كند. چندين شهر براي برنده شدن در اين مسابقه شركت مي كنند و يكي از شهرهايي كه در اين ليست پيشتاز است، دبي است، جايي كه تا سال 2030 25 درصد ساختمان ها بايد با فناوري چاپ سه بعدي ساخته شوند.

وضعيت اين فناوري در جهان چگونه است؟

آمريكا

• ايالات متحده اولين كشوري بود كه روي فناوري چاپ سه بعدي در ساخت و ساز شرط بندي كرد و پيشتاز تعداد پروژه هاي انجام شده در آمريكاي شمالي بود.
• سازمان هاي بزرگ مانند ايالات متحده. نيروي دريايي و ناسا در پروژه هايي در آمريكاي شمالي مشاركت دارند.
• مكزيك كشوري است كه بيشترين پروژه ها را در آمريكاي لاتين دارد.

اروپا

• اين شركت در تعداد پروژه‌هاي توسعه‌يافته در سراسر جهان پيشتاز است و هلند گره اصلي تحقيق و توسعه (R&D) است.
• در سال هاي اخير، فرانسه، آلمان، اسپانيا، بريتانيا و ايتاليا شهرت يافته اند.
• دانشگاه ها نقش بسيار مهمي در تلاش هاي تحقيق و توسعه براي چاپ سه بعدي در ساخت و ساز دارند و در اجراي آن با شركت ها مشاركت مي كنند.
• آنها مزاياي زيست محيطي و پايدار را افزايش مي دهند.

آسيا و خاورميانه

• در سال 2020، 38 درصد از سهم بازار با توجه به پرينت سه بعدي در ساخت و ساز مربوط به آسيا و اقيانوسيه است كه بيشتر به دليل فرصت هاي سودآور در اين بخش براي اين منطقه است.
• دولت دبي كه بزرگترين ساختمان دولتي جهان تنها با استفاده از پرينت سه بعدي ساخته شده است، متعهد شده است كه تا سال 2030 25 درصد از ساخت و سازهاي جديد با اين فناوري انجام شود.
• چين پيشگام در توسعه فناوري بود، اما در سال هاي اخير كشورهاي ديگر از آن بهره مي برند و ژاپن به عنوان يكي از آينده دارترين كشورها در توسعه و اجراي فناوري به آن مي پيوندد.
• بيشتر پروژه‌ها تجاري در نظر گرفته مي‌شوند و دانشگاه‌ها در حال تبديل شدن بيشتر به تكامل فناوري‌ها هستند.
• آنها ساختارها و نمونه هاي اوليه ديگري را فراتر از خانه ها مانند پل ها چاپ مي كنند.