چاپگرهای سه بعدی نوع جدیدی از تجهیزات پردازشی هستند که قادر به تولید اشکال مختلف هستند و کاربردهای آنها در سال های اخیر به طور فزاینده ای گسترش یافته است. اما دارای معایب و موقعیت هایی است که برای پردازش مناسب نیست. چاپگرهای سه بعدی در چه شرایطی می توانند نقش خود را ایفا کنند و در چه شرایطی پردازش سنتی مناسب تر است؟ در زیر ویژگی های چاپگرهای سه بعدی و تفاوت آنها با پردازش برش آورده شده است.
پرینت سه بعدی چیست؟
چاپگر سه بعدی دستگاهی است که داده های سه بعدی را به برش های نازک برش می دهد تا اشکال دو بعدی را تشکیل دهد و سپس اشکال دو بعدی را روی هم قرار می دهد تا یک مدل سه بعدی که با شکل داده های سه بعدی یکسان است تشکیل دهد. بر خلاف پردازش برش که مواد را حذف می کند، پردازش پلاستیک که مواد تشکیل شده را شکل می دهد و پردازش تغییر شکل، تولید افزودنی که به عنوان تولید افزودنی نیز شناخته می شود، از منظر پردازش با مواد افزوده در نظر گرفته می شود. ویژگی های پردازش پرینترهای سه بعدی به صورت "مدل سازی" و "لایه بندی" آشکار می شود که عمدتا بر اساس روش های مدل سازی و انواع مواد مدل سازی به دسته های زیر تقسیم می شوند.
طبقه بندی بر اساس روش لایه بندی
مدلسازی رسوب ذوب شده (FDM): این یک روش لایهبندی است که مواد مذاب داغ را از یک نازل اسپری میکند، از مدلهای نسبتاً ارزان برای استفاده شخصی تا استفاده تجاری، با طیف وسیعی از خطوط تولید. مواد مدل سازی عمدتا رزین است، اما موادی برای فازهای فلزی نیز وجود دارد. به عنوان مثال، در برخی از محصولات عددی ترموپلاستیک، می توان از همان موادی که واقعاً در قالب گیری تزریقی استفاده می شود، برای قالب گیری استفاده کرد.
روش قالب گیری UV: روشی برای تابش اشعه ماوراء بنفش به رزین مایع برای سخت شدن آن و رسوب مواد است. تابش اشعه ماوراء بنفش را می توان با استفاده از پروژکتورهای UV و لیزرها، از جمله، به دست آورد. اساسا فقط برای شکل دادن به مواد رزین استفاده می شود. مواد مورد استفاده مواد تخصصی هستند. در روش قالبگیری لایه به لایه، از لیزر یا روشهای دیگر برای تابش لایه نازکی از مواد پودری استفاده میشود و آن را گرم میکند تا مواد پودری حل و جامد شود. سپس یک لایه نازک از پودر مواد را روی آن قرار دهید و دوباره تابش لیزر را انجام دهید. به این روش لایهبندی، مدلسازی لایهبندی پودر تف جوشی میگویند. به طور کلی مواد و افزودنی ها برای استفاده با هم مخلوط می شوند و وظیفه افزودنی ها ذوب و چسباندن مواد به یکدیگر است. مواد قابل استفاده برای این روش نیز تخصصی هستند.
با توجه به طبقه بندی مواد
مواد رزین
مواد فلزی
پرینترهای سه بعدی می توانند رزین و مواد فلزی را پردازش کنند. با توجه به مواد مختلف قابل پردازش توسط مدل های مختلف تجهیزات، لازم است با توجه به هدف طراحی از مدل های مختلف تجهیزات استفاده شود.
چاپگرهای سه بعدی اغلب این تصور را به مردم می دهند که می توانند به راحتی هر شکلی را پردازش و تولید کنند، اما در واقعیت، مدل سازی و پردازش با کیفیت بالا نیازمند روش ها و تجربه انباشته است. این نوع تجهیزات نمی توانند همه چیز را به میل خود تولید کنند. علاوه بر این، گاهی اوقات پس پردازش پس از قالب گیری نیز به زمان بیشتری نیاز دارد، مانند حذف قطعات قالب گیری گیره ای که برای تثبیت شکل استفاده می شود. بسیاری از شرکت ها در حال ارائه این نوع خدمات حرفه ای هستند و برای دستیابی به آن باید این رویکرد را در اولویت قرار دهیم.
تفاوت بین پرینت سه بعدی و پردازش برش
بزرگترین تفاوت بین پرینت سه بعدی و برش در روش پردازش است و علاوه بر این تفاوت های بسیار دیگری نیز وجود دارد.
تفاوت در روش های پردازش
چاپگر سه بعدی: تولید افزودنی که مواد را برای رسیدن به شکل دلخواه اضافه می کند.
پردازش برش: حذف قطعات غیر ضروری از مواد مانند بلوک و پردازش آنها برای تشخیص شکل قابل ماشینکاری.
چاپگر سه بعدی: بر اساس اشکال مقطعی دوبعدی روی هم چیده می شود و می تواند سوراخ های توخالی، آویزان و منحنی و غیره را پردازش کند. به نیاز به مواد بیشتر
پردازش برش: سوراخ های توخالی یا منحنی داخلی را نمی توان ماشین کاری کرد. علاوه بر این، برای ماشینکاری سوراخ های آویزان و عرضی، لازم است قطعه کار چندین بار در طول فرآیند ماشینکاری گیره و ثابت شود، بنابراین درجه آزادی شکل قابل تراش خیلی زیاد نیست. از طرف دیگر، این روش اشکال را از مواد بلوک برش می دهد و تولید ویژگی های دیواره ضخیم را آسان تر می کند.
تفاوت در داده های مورد نیاز برای پردازش
چاپگر سه بعدی: نه تنها داده های طراحی سه بعدی، بلکه داده های چاپ سه بعدی نیز مورد نیاز است. علاوه بر این، بسته به شکل، ممکن است نیاز به طراحی پشتیبانی باشد که ممکن است به نرم افزار تخصصی یا داده های سه بعدی مانند STL، STEP، IGS به عنوان داده های میانی نیاز داشته باشد. ایجاد داده برای این ممکن است زمان زیادی طول بکشد.
پردازش برش: با استفاده از ماشین ابزار برای برش می توان از نقشه های دو بعدی استفاده کرد. در سال های اخیر، NC "ماشین کاری خودکار" به تدریج تبدیل به جریان اصلی شده است، که برای آن برنامه کاربردی (CAM) برای ایجاد خودکار برنامه های NC به طور گسترده استفاده می شود. علاوه بر فرمت های رایج داده های دوبعدی مانند DXF، برنامه های NC را نیز می توان با تشخیص فرمت های داده های سه بعدی مانند STEP و IGS، به ویژه برای اشکال پیچیده ایجاد کرد. از این طریق می توانیم به راحتی داده هایی را برای دستیابی به اهداف پردازش ایجاد کنیم.
تفاوت بین مواد قابل ماشین کاری
چاپگرهای سه بعدی معمولاً به مواد تخصصی نیاز دارند. بنابراین، علاوه بر محدودیت در مواد اختیاری، مواد تخصصی دارای معایبی از جمله گران بودن نسبت به مواد عمومی هستند.
پردازش برش: نه تنها می تواند فلزات، بلکه مواد مختلف دیگر مانند پلاستیک را نیز پردازش کند.
نمونه هایی که در مقایسه با پردازش برش برای چاپ سه بعدی مناسب تر هستند
هر روش پردازش مزایا و معایب خود را دارد. در زیر مواردی وجود دارد که چاپ سه بعدی مناسب تر از ماشینکاری برش است.
تایید خلاقانه سه بعدی: اگر نیاز به تایید ظاهر محصول در مرحله برنامه ریزی محصول باشد، می توان از این روش به طور موثر استفاده کرد. در مقایسه با مشخصات، نقشهها و تصاویر، میتواند تجربه واضحتر و شهودیتری را ارائه دهد زیرا میتواند مانند یک جسم فیزیکی در مقابل چشمان نمایش داده شود.
ساختار توخالی و سوراخهای منحنی داخلی: اگر میخواهید به ساختاری توخالی برای کاهش وزن برسید یا میخواهید به شکل سوراخ منحنی پیچیده در داخل محصول برسید، این روش بسیار مناسب است. به خصوص هنگام ایجاد سوراخ های منحنی در داخل، از آنجایی که برش شامل ماشینکاری سوراخ ها از دو جهت و تقاطع آنها می شود، فقط می توان یک سوراخ مستقیم با زاویه R ایجاد کرد. اما پرینترهای سه بعدی می توانند حفره های منحنی و منحنی پیچیده ای به دست آورند.
تولید محصولات آزمایشی: مخصوصاً برای محصولات پلاستیکی، برای انجام تولید آزمایشی، قالب های آزمایشی باید در حین پردازش برش ساخته شوند. با این حال، از آنجایی که چاپگرهای سه بعدی نیازی به قالب ندارند، تولید آزمایشی را می توان با هزینه کم انجام داد. روش دیگر خروجی قالبی است که برای قالب گیری تزریقی یا مهر زنی استفاده می شود، نه خود نمونه اولیه.
مدل های ساخت و ساز: چاپگرهای سه بعدی برای ایجاد ساختارهای منحنی پیچیده مناسب هستند. علاوه بر این، در پردازش اشکال توخالی نیز مهارت دارد و آن را برای طراحی مدل های معماری مناسب تر می کند. در فرآیند برش، دستیابی به شکل توخالی دشوار است، بنابراین برای ساخت و مونتاژ باید به چند قسمت تقسیم شود. در کشورهای خارجی، پدیده استفاده از پرینت سه بعدی برای تولید خود ساختمان ها به تدریج در حال افزایش است، اما مسائلی مانند هزینه مواد و دقت ترکیب اجزا همچنان وجود دارد.
تنوع چندگانه و تولید دسته ای کوچک: مزیت پرینترهای سه بعدی این است که نیازی به قالب ندارند و می توانند آزادانه خروجی بگیرند. بنابراین، پرینترهای سه بعدی برای انواع مختلف تولید در مقیاس کوچک، مانند بازتولید پروتزها و محصولاتی که قبلا چاپ نشده اند، و همچنین وسایل مورد استفاده در خطوط تولید، مناسب هستند. همچنین می توان از آن برای پردازش محصولاتی استفاده کرد که نیازهای مختلف مشتری را برآورده می کنند، مانند قطعات سفارشی خودرو. و تا زمانی که داده وجود دارد، می توان همان کار را بلافاصله انجام داد و خطر موجودی فروخته نشده و مازاد را از بین برد.
به طور موثر بین پرینت سه بعدی و پردازش برش تمایز قائل شوید
بزرگترین چالش پرینت سه بعدی دقت پایین ماشینکاری است. برای استفاده در ترکیب با سایر قطعات، ماشین کاری ضروری است. شکل قطعاتی که دقیقاً با سایر قطعات مانند پیچ ترکیب شده اند مناسب نیست. سرعت پردازش پرینت سه بعدی کندتر از برش است و هزینه های عملیاتی از جمله مواد نیز بالا است و آن را برای تولید در مقیاس بزرگ نامناسب می کند. بنابراین، به جز چند نوع تولید دستهای کوچک، معمولاً برای پردازش و تولید قالبهای مورد استفاده در نمونهها، نمونههای اولیه یا آزمایشها استفاده میشود. در سالهای اخیر مواردی در صنعت خودروسازی و هوانوردی نیز دیده میشود که محصولات ساخته شده با پرینترهای سه بعدی مستقیماً به عنوان محصولات نهایی نصب میشوند، اما هنوز به سطح جایگزینی تجهیزات پردازش سنتی نرسیدهاند. حتی به عنوان یک نمونه اولیه، هنوز مشکلاتی در مورد دقت و زبری سطح و همچنین دشواری تغییر شکل حرارتی مواد فلزی وجود دارد.
بنابراین، رویکرد ایده آل استفاده از پرینت سه بعدی در برخی کاربردهای محدود (مانند تولید آزمایشی) و اتخاذ ماشینکاری برش در طول تولید آزمایشی دقیق و مراحل تولید انبوه است. علاوه بر این، در شرایطی که ارزیابی عملکرد در همان سطح محصولات تولید انبوه مورد نیاز است، چاپگرهای سه بعدی ممکن است نتوانند از مواد مشابه محصولات تولید انبوه استفاده کنند. در این مرحله استفاده از تجهیزات برش برای دستیابی به آن ضروری است.
بر خلاف فرآیندهای برش که مواد را حذف می کنند، پرینترهای سه بعدی تجهیزات پردازشی هستند که مواد را برای دستیابی به شکل دلخواه برای تولید افزودنی اضافه می کنند. شکل های دوبعدی برش های داده های سه بعدی را روی هم چیده و به شکل دلخواه لایه بندی کنید. پرینت سه بعدی را می توان با توجه به روش لایه بندی به مدل سازی رسوب مذاب (FDM)، مدل سازی فرابنفش، مدل سازی لایه بندی پودر تف جوشی و ... تقسیم کرد و با توجه به مواد مورد استفاده به رزین و فلز تقسیم کرد. اگرچه امکان پردازش اشکالی نیز وجود دارد که با برش به دست نمیآیند، مانند برآمدگی، سوراخهای عرضی، و سوراخهای منحنی داخلی، اما دقت چاپ سهبعدی در حال حاضر در مقایسه با برش کمتر است و به مواد تخصصی و زمان پردازش بیشتری نیاز دارد. بنابراین، در مقایسه با تولید انبوه، پرینترهای سه بعدی برای مقاصد محدود در طول فرآیندهای تولید آزمایشی و برنامه ریزی مناسب تر هستند.