هر آنچه درباره پرینتر سه بعدی؟؟؟


پرینتر سه بعدی

چاپگرهای سه بعدی(۳D Printer) وسیله‌هایی هستند که با استفاده از آنها می‌توانید از فایل های سه بعدی که در کامپیوتر خود دارید نمونه سه بعدی واقعی بسازید به آن پرداختیم .Rapid Prototyping )  )

فرایند نرم افزاری و سخت افزاری پرینتر های سه بعدی خیلی شبیه سی ان سی های سه محوره است اما به جای روش کاهشی از روش افزایشی استفاده می کنند. نوک نازل دستگاه ماده ی سازنده حجم را در لایه های قابل تنظیم در سه محور مختصاتی روی هم قرار می دهند. نمونه های متداول و به روز تر که خروجی بسیار مقاومی دارند، پلاستیک های صنعتی را به حالت نیمه مایع درآورده و بکار می برند. گرچه هدف غایی این تکنولوژی در دسترس بودن آن برای همه و ساخت تقریبن همه چیز است اما محدودیت اصلی این چاپگرها هنوز ابعاد محدود کار و گران بودن مصالح مصرفی است. نمونه هایی که با این روش ساخته می شوند نیز مانند خروجی ابزار های تراش امکان پرداخت شدن و قالب گیری برای تولید در تعداد زیاد دارند

در کنار شیوه های متعارف ساخت، آینده ی طراحی در دست فن آوری هایی است که هنوز به صورت متن باز در حال گسترش اما به سرعت در حال همه گیر شدن است. از این جمله تکنولوژی پرینتر سه بعدی خانگی است. یکی از فعالیت های کاربن ایده واردات، تحقیق و توسعه، آموزش و البته عرضه ی این تکنولوژی ها در ایران است

تاریخچه پرینتر های سه بعدی

اولین بار در اواخر دهه ۱۹۸۰ و اوایل دهه ۱۹۹۰ از فناوری محصولات افزودنی در ساخت نمونه سازی سریع استفاده شد. نمونه های اولیه به سازندگان اجازه می دهند پیش از تولید عمده و عرضه محصول خود با دقت بیشتری طراحی آن را بررسی و حتی کارایی آن را آزمایش کنند.به لطف این فناوری, ساخت نمونه های اولیه که تا پیش از آن گاها تا چند ماه هم به طول می کشید به چند روز یا چند ساعت کاهش یافت.

در چاپگرهای سه بعدی خانگی، برای تولید محصولات از ذوب پلاستیک بهره می برند. چاپگرهای سه بعدی صنعتی با قابلیت پرینت با استفاده از فلزات، رزین های مایع، خمیر سرامیک و حتی مواد خوراکی ساخته شده اند.

کاربردها

امروزه مدلسازی سه بعدی در رشته های گوناگونی همچون قطعه سازی، معماری، طراحی صنعتی، روباتیک، صنایع هوافضا و…رایج است. این مدلسازیها تا پیش از این به شکل تصاویر دو بعدی روی صفحه های نمایشگر یا روی کاغذ ارائه می شدند تا افراد با دیدن آنها درکی از آنچه طراحان در ذهنشان دارند بدست آورند

لزوم بهره گیری از تکنولوژی نمونه سازی سریع از دیدگاه واحد فنی گروه صنعتی نوین کاوش

تجسم (Visualization)

مهندسان و طراحان به هنگام تجسم فضائی و نقشه خوانی از قطعه و یا مجموعه ای با شکل هندسی پیچیده ممکن است گمراه شده و آن را نادرست تفسیر و تحلیل نمایند. این مشکل صرفنظر از میزان تجربه طراح، حتی ممکن است با دردست داشتن مدل CAD قطعه نیز برطرف نشود. زیرا تجسم به حالت روانی و قدرت تخیل فرد مربوط میشود و ممکن است یک نقشه به چندین حالت تفسیر گردد و تصور درستی از طرح حاصل نشود. بخصوص زمانی که قطعات پیچیده و مرکب مطرح باشند که در این حالت انسان در تجسم آنها با مشکلات زیادی روبرو خواهد شد. ساخت یک مدل فیزیکی در اسرع وقت با استفاده از فنآوری نمونه سازی سریع و مشاهده آن از بروز چنین خطاهایی جلوگیری میکنند.

تصحیح طرح (Verification)

با استفاده از فنآوری نمونه سازی سریع میتوان بلافاصله پس از طراحی، نمونه فیزیکی را مشاهده و بررسی نمود و مورد ارزیابی قرار داد. از آنجا که هر طراحی همیشه به دنبال کیفیت بهتر است، چنین نمونه ای میتواند برای تصحیح طراحی و ارزیابی ویژگیهای مطلوب در محصول طراحی به کار گرفته شود. به طور خلاصه میتوان گفت که در دست داشتن یک نمونه واقعی فیزیکی از جسم کمک شایانی به اطمینان بخشی طراحی، کاهش آزمون و خطا و در نهایت افزایش کیفیت بهره وری فرایند طراحی و تولید مینماید.

تکرار طراحی (Iteration)

تمامی فعالیتهای طراحی دارای یک طبیعت تکرارهستند و طراحی مجدد (redesign) از کارهای همیشگی طراحان است. از آنجا که یک محصول معین ممکن است از ترکیب چند جزء توسط طراح تشکیل شده باشد، میتوان در یک روش آزمون و خطا و یا طراحی مجدد و یا بهره گیری از CAD در چندین حالت مختلف این اجزاء را با یکدیگر ترکیب نمود تا شکل هندسی موردنظر ایجاد شود. سپس آن را تحت آنالیز تنش، نیرو، و … مورد ارزیابی و بررسی قرار داد. در صورتی که مدل این محصول از روش سنتی ساخته شده باشد، بعد از اتمام کار نمونه سازی ممکن است نتوان کوچکترین تغییراتی را در آن ایجاد کرد. اما با استفاده از فرآیند نمونه سازی سریع بعد از انجام این مراحل تکراری، نمونه فیزیکی قابل لمس محصول برای بررسی در اختیار طراح قرار خواهد گرفت.

بهینه سازی (Optimization)

بهینه سازی طرح میتواند کارایی محصول، کیفیت و قابلیت اطمینان آن را بهبود بخشد. فنآوری نمونه سازی سریع توام با تکنیکها و نرم افزارهای قدرتمند طراحی و آنالیز، این امکان را به طراح می دهد که بدون صرف هزینه های گزاف جهت ساخت قالب و نمونه و بدون اتلاف وقت و با دقت بسیار بالا طرح خود را آنالیز و بهینه نماید. چنین نمونه ای میتواند برای اصلاح و بهینه سازی طراحی و ارزیابی ویژگیهای مطلوب در محصول طراحی به کار گرفته شود. به طور خلاصه میتوان گفت که در دست نگه داشتن یک نمونه فیزیکی از محصول کمک شایانی به افزایش کیفیت و بهره وری فرآیند طراحی و تولید مینماید.

آزمایشهای عملکردی (Functional Tests)

با استفاده از فنآوری نمونه سازی سریع نمونه فیزیکی قابل لمس از محصول در اختیار طراح قرار خواهد گرفت. بنابراین امکان انجام آزمایشهای عملکردی مانند مونتاژپذیری، سهولت تولید و آسانی تعمیر و نگهداری در مورد محصول طراحی فراهم میگردد و از این طریق هزینه های طراحی و نیز تولید کاهش می یابد.

ساخت نمونه واقعی (Fabrication)

بعد از اتمام مراحل تجسم، تحقیق، تکرارپذیری، بهینه سازی، مونتاژپذیری و ساخت مدل اولیه به دنبال ساخت یک نمونه واقعی از محصول نهایی خواهیم بود. در این راستا تکنیکهای زیادی موجود هستند که به طور موفقیت آمیزی برای دستیابی از یک نمونه RPM به یک قطعه دارای عملکرد واقعی (FTM) با یک روش نسبتاً سریع و کم هزینه استفاده میکنند. بعضی از این تکنیکها عبارتند از، ریخته گری خلایی، قالبگیری با رزینهای قابل انتقال، استفاده از قطعات ماهیچه ای یونیلیت، و… لذا تحقِیقات زیادی جهت بکارگیری این فنآوری در تولید سریع یک نمونه واقعی از محصول برای ارسال به بازار انجام شده است. برای آنکه طراح بتواند مدل فیزیکی قطعه طراحی شده را لمس کند و اشکالات آن را برطرف نماید همچنین شرایط مونتاژی قطعه نیز بررسی گردد از روشهای نمونه سازی سریع جهت ساخت نمونه اولیه قطعه با مواد خاصی استفاده میشود.

ورودی نرم افزار دستگاه

فایل ورودی نرم افزار دستگاههای نمونه سازی سریع، بایستی بصورت کاملا solid باشد که برای ایجاد چنین فایلی، میتوان از تمام نرم افزارهای سه بعدی ساز متداول همچون Solid work  ، Catia، Mechanical و … استفاده نمود. در این نرم افزارها، قطعه بصورت کاملا حجم دار (با سطوح کاملا بسته) طراحی شده و از طرح آماده شده، خروجی   …, OBJ,STL گرفته میشود.

کیفیت قطعات ساخته شده به عوامل متعددی بستگی دارد که عبارتند از :

۱-      مواد استفاده شده (ABS و PLA و NYLON و PVA )

۲-      ابعاد میزکار

۳-      نحوه اسلایس کردن ( برش لایه ها )

۴-      ساخت نگهدارنده

۵-      چسبیدن قطعه به میز کار

۶-      ارتفاع لایه ها

۷-      سرعت و دقت حرکت اکسترودر

۸-      دمای میز کار و نازل

۹-      قطر نازل

۱۰-  تعداد اکسترودرها

تخصص ما ساخت نمونه با استفاده از تکنولوژی پرینتر سه بعدی می باشد . همچنین فروش انواع مختلف  این تکنولوژی را در سر تا سر ایران در دست داریم.

تفاوت فیلامنت ABS و PLA

اگر قصد سفارش نمونه سازی سریع دارید یا به چاپ سه بعدی علاقه مندید پس باید حتما تفاوت بینABS و PLA را بدانید تا بتوانید درست تصمیم بگیرید.مواد بسیاری برای پرینت سه بعدی وجود دارد اما دو ماده بسیار محبوب در این صنعت ABS و PLA می باشد.هر دوی این مواد ترمو پلاستیک هستند یعنی با حرارت نرم شده و ذوب می شوند و با سرد شدن دوباره به حالت جامد برمی گردند. این فرآیند می تواند بارها تکرار شود.قابلیت ذوب شدن و تکرار این فرآیند سبب شده است این دو ماده بسیار رایج شوند.

با وجود آنکه تعداد بسیاری ماده ترموپلاستیک وجود دارد اما تعداد کمی از آنها برای چاپ سه بعدی استفاده می شوند.برای آنکه یک ماده بتواند برای چاپ سه بعدی استفاده شود باید تست های مختلفی را طی کند.

در زیر مقایسه ای از خصوصیات این دو ماده ارائه شده است.

 

دقت

هر دو ماده ABS وPLA برای چاپ با دقت بالا مناسب می باشند اما چند نکته قابل توجه در مورد این دو ماده وجود دارد:

 

ABS

برای چاپ سه بعدی با ABS حتما نیاز به صفحه گرم در زیر دستگاه می باشد زیرا ABS کاملا مستعد پیچش و خمش در هنگام سرد شدن لایه ها میباشد. در ضمن برای دقیق درآوردن گوشه های تیز جسم تنظیم درستی از سرعت فن و دما  مورد نیاز است تا گوشه ها گرد نشوند.

 

PLA

در مقایسه با ABS به مراتب نگرانی کمتری نسبت به پیچش و خمش ناشی از سرد شدن در PLAوجود دارد که این امر سبب میشود که نیازی به صفحه گرم در زیر دستگاه نباشد ضمن آن که می توان به راحتی گوشه های تیز را در این حالت چاپ کرد و نگرانی از بابت ترک یا پیچش نداشت.

 

مشخصات عمومی مواد

ABS

ABS به عنوان یک پلیمر می تواند به شکل های مختلفی حالت بگیرد و می تواند با مشخصات گوناگونی ظاهر شود(دارای گرید های متنوع) .به طورکلی ABS یک پلاستیک محکم همراه با انعطافپذیری معمولی می باشد. ABS به راحتی پولیش کاری و ماشین کاری می شود.حلال ABSاستون می باشد و با استون می توان قطعات با جنس ABS را به هم چسباند.

 

PLA

PLA سرچشمه ای غیر نفتی دارد و از محصولات کشاورزی شامل ذرت ،سیب زمینی و چقندرقند بدست می آید. در حقیقت PLA محیط زیست دوست است  و هیچ آسیبی به محیط زیست نمی زند عمدتا در بسته بندی غذا و حامل های غذا استفاده می شود. PLA بسیار مقاوم و نسبت به ABSصلب تر است.محصول پرینت شده با PLA به مراتب شفاف تر و براق تر از ABS می باشد.کمی نسبت به ABS زمان ماشین کاری و پولیشکاری بیشتری نیاز دارد با توجه به دمای ذوب آن که پایین تر از ABS می باشد برای استفاده در قسمت هایی که دمای بالا دارند توصیه نمی شود.

مواد و روشها

فناوری های زیادی در صنعت چاپ سه بعدی فعالیت می کنند.تفاوت اصلی آنها در روشهایی است که در ساخت لایه هاو قطعات به کار می برند.در برخی از فناوری ها از روش ذوب شدن و نرم کردن مواد در تولیدلایه ها استفاده می شود.مانند رسوب لیزر انتخابی (SLS) و مدل سازی رسوب ذوب شده(FDM). در حالیکه در روشهای  دیگر از مواد مایع بهبود یافته برای ساخت لایه ها استفاده می شود.در مورد ساخت شی چند لایه،لایه های نازک به اشکال مختلفی برش داده میشوند و سپس به یکدیگر متصل می شوند.

a – چاپ سه بعدی مدل های روباتیک (چرخشی)

مدل به عنوان مجموعه ای از قطعات با ترکیب حرکتی و هندسی ساخته شده، است. علاوه برخروج این مدل به عنوان نقشه، و تبدیل به تصاویر و انیمیشن ها سه بعدی، آن ممکن است به STL برای چاپ به عنوان یک فایل در فرمت نمونه ساز سریع فرستاده شود. این فایل سطوح جسم را شبیه به یک موزاییک کاری مثلثی شرح می دهد.

b –  انواع روش های چاپ سه بعدی

انواع روش های چاپ سه بعدی چندین فناوری نمونه سازی سریع، از جمله پخت با لیزر انتخابی،(SLS)تولید شی لایه به لایه  و مدل (LOM) حکاکی سنگی (SLA) و مدل سازی با رسوب مواد مذاب وجود دارند (FDM).

c – فرآیند رسوب مواد مذاب

مدل سازی رسوب ذوب شده، یک تکنولوژی یک بازار ) Stratasysتوسعه یافته توسط شرکت پشتیبان در این زمینه) است که در نمونه سازی.که در نمونه سازی   سریع سنتی استفاده می شود  فرایندFDM   شامل پیچاندن یک رشته تار از مواد پلاستیکی ارتجاعی از یک قرقره و تغذیه آن از طریق حرکت دهانه جدا، گرم کردن مواد برای ذوب آن و رسوب آن در یک الگو مطلوب بر طبقه ایجاد شده، است. لایه ها پی در پی به رسوبات ترموپلاستیک ذوب شده بر روی لایه های زیرین در نواحی مانند برآمدگی ها اضافه می شوند. به منظور ایجاد عملکرد مکانیسم، یک پشتیبان از مواد محلول آزاد در شکاف بین قطعات متحرک قرار داده می شود. پشتیبان های فیزیکی می توانند بعداً اضافه و حذف شوند یا مواد محلول در آب می تواند رسوب کنند و سپس شسته شوند.

d –  سیستم چاپ جوهر افشان

سیستم چاپ جوهر افشان یکی از روشهای چاپ سه بعدی می باشد.پرینتر با گسترش یک لایه از پودر مدلی از یک لایه را در یک زمان ایجاد می کند.و چاپ جوهر افشان یک اهرم را در سطح مقطع حرکت می دهد.این فرآیند تا چاپ هر لایه ادامه پیدا می کند.این فناوری تنها فناوری است که اجازه چاپ مدل رنگی سه بعدی را می دهد.این روش یکی از روشهای بهبود یافته است که وجو ناهمواری و برجستگی خللی در چاپ ایجاد نمی شود.

e – فرآیند پردازش دیجیتال نور

در پردازش دیجیتال نور (DLP )یک مخزن ازپلیمر مایع در معرض نور از یک پروژکتور تحت شرایط نور مطمئن (نور کنترل شده) قرارمی گیرد. پلیمر مایع در معرض نور قرار داده شده سخت و سفت می شود. رویه ساخته شده سپس به سمت پایین در شکاف های کوچک حرکت می کند و پلیمر مایع دوباره در معرض نور قرار می گیرد. این روند تا زمانی که مدل ساخته شود، تکرار می شود. پلیمر مایع سپس به سمت مخزن کشیده می شود و تبدیل به مدل سه بعدی می شود.

f – فرایند چاپ با لیزر

یکی دیگر از رویکردها ˓ترکیب شدن انتخابی رسانه های چاپی در یک بستر با حفره های ریزاست. در این دگرگونی  ˓ رسانه ادغام نشده با حمایت ازبرآمدگی ها و دیواره نازک در بخش در حال تولید˓به کاهش دادن احتیاج به حمایت های کمکی موقت ˓برای قطعه کار کمک می کنند. به طور  معمول یک لیزر برای سفت و سخت کردن رسانه ها و شکل دادن جسم به کار می رود. نمونه هایی  از این روش  پخت لیزر انتخابی و پخت لیزر مستقیم با استفاده از فلزات است.در  نهایت ویژگی های فو ق  العاده کوچک ممکن است توسط تکنیک ریز ساخت ۳ بعدی تصاویر پلیمری شده ۲ فوتون (واحد شدت نور وارده بر شبکه)درست و ایجاد می شود.

در این روش شی مورد نظر در یک بلوک ژل توسط لیزر ترسیم می شود. این ژل با توجه به ماهیت غیر خطی از تصاویرمتحرک، با یک ماده جامد فقط در مکان هایی که در آن لیزر متمرکز شده بود سفت می شود، سپس ژل باقی مانده جدا و شسته می شود. با این روش می توان ویژگی هایی با اندازه زیر ۱۰۰ نانومتر، همچنین ساختارهای پیچیده ای مانندقطعات متحرک و مجهز به قفل را نیز به آسانی تولید کرد.

هر روش مزایا و معایب خودش را دارد، و در نتیجه برخی از شرکت های یک انتخاب بین پودرو پلیمر به عنوان ماده ای که شی از آن پدیدارمی شوند، ارائه می دهند. به طور کلی، ملاحظات اصلی عبارتند از سرعت، هزینه نمونه اولیه چاپ، هزینه چاپگر سه بعدی، هزینه مواد و قابلیت های رنگی.

g – شرح کامل فرآیند چاپ

اولین مرحله در همه فرآیندهای پرینت ۳بعدی این است که به وسیله نرم افزار مقاطع عرضی از طریق بخش ایجاد شده و محاسبات که هر لایه احتیاج دارد تا ساخته شود، به دست آید. ماشین های متفاوت راه های متفاوتی را طی می کنند. این ماشین ها اشیا را به صورت یک لایه در یک زمان و به وسیله پیچاندن یک لایه باریک ازصمغ مایع و یا استفاده از یک لیزر فرابنفش کنترل کننده تحت کامپیوتر اشیا را می سازند.طبقه ساخته شده سپس پایین آورده می شود،یک سطح مایع جدید اعمال می شود و پروسه تکرار می شود. در آخر مازاد مایع نرم، پاک می شود و از حمام شیمیایی استفاده می کند. لیزر پخت در دما بالا برای ذوب کردن و ترکیب کردن سرامیک پودر شده با فلز و شیشه با هم یک دریک زمان برای تولید شکل سه بعدی مطلوب استفاده می شود.

 

TECHNICAL SPECIFICATIONS

Fullscale XT Software Filament
Forming Tech.Fused deposition modeling (FDM)
Extruder Number2 (Dual extruders Perfect supported)
Build Size250*250*300mm
Operating SystemXP, Vista, Win7, Win8, Mac, Linux/Unbutu
File FormatSTL, OBJ, GCode
Printing Software and SlicerM
Software LanguageEnglish, Deutsch, French, Nederlands, Spanish, Polish
Filament TypeABS, PLA(Spec.), PVA, PS, Nylon , HIPS , WOOD
Filament Diameter3mm
Filament Temperature150~270Deg.
Filament ColorsBlack, White, Red, Yellow, Green, Blue, etc.

 

Hardware Specification Machinery
ControllerArduino ATmega2560 R3Micro Controller
Mother BoardStable Main Board V3.x
Stepper MotorX, Y axis 42*48, 1.3A; Z axis 42*63, 1.5A
Geared MotorE42*42, Ratio 1:10
Power Input110~220V, 1.5A
Power Output24V, 10.5A
PrecisionX,Y 0.01mm, Z 0.015mm
Layer Resolution0.02mm-0.4mm
Nozzle Diameter0.3mm
Max. Travel Speed250mm/sec.
Max. Print Speed180mm/sec.
Max. Extruder Temperature270Deg.
Max. Hot Bed Temperature110Deg.
Max. Extrude Speed100mm/sec

فیلامنت FLEXIBLE

ماده مصرفی بسیار انعطاف پذیر می باشد به طور مثال می توان به عنوان لاستیک از آن استفاده کرد. یکی از مزیت های این ماده مصرفی این است که می توان از ABS یا PLA  به عنوان ساپورت یا Raft استفاده کرد و به علت غیر حلال بودن این ماده مصرفی به راحتی با استفاده از استون، یا سود ساپورت را از قطعه نهایی جدا کرد.

کاربرد های فیلمانتهای Flexible بسیار وسیع است،از جمله موارد استفاده از آن در پزشکی و رباتیک است.

فیلامنت GLOV IN DARK

این مواد مصرفی مشابه مواد مصرفی ABS یا PLA هستند با این تفاوت که در ساختار شیمیایی آن ها از مواد فلئورسنت استفاده شده است. این مواد در نور محیط بصورت مرئی و معمولی دیده می شوند ولی در مجاورت نور ماورا بنفش بازتابش نوری داشته و می درخشند.

ادامه مطلب ...