همه چیز درباره پرینت سه بعدی (تکنیک‌ها و تکنولوژی‌ها)

از پرینت سه بعدی چه می دانیم؟

پرینت سه بعدی چیست؟

پیش از این در نوشته‌های دیگر به اهمیت و جایگاه پرینت سه بعدی در دنیای امروز پرداختیم. کاربردهای آن را برشمردیم و گفتیم که پرینترهای سه بعدی یکی از ارکان اصلی انقلاب صنعتی چهارم هستند. به همین دلیل در این نوشته قصد نداریم که به مباحث تکراری بپردازیم. تنها سعی می‌کنیم در هر جا که نیاز بود به مباحث قبل اشاره کنیم و به صفحه‌ی همان مبحث لینک دهیم تا شما بتوانید به طور کامل با مباحث آشنا شوید.

پرینت سه بعدی یک سازوکار ساخت افزایشی است که از یک طرح دیجیتالی، یک شی فیزیکی را می‌سازد. زیرتکنولوژی‌ها و مواد مختلفی وجود دارد که می‌توان با استفاده از آن‌ها یک قطعه یا شی را پرینت سه بعدی کرد، ولی همه‌ی آن‌ها بر اساس یک اصل مشترک عمل می‌کنند: یک مدل دیجیتال با فرآیند افزودن لایه به لایه مواد بر روی همدیگر تبدیل به یک جسم سه بعدی فیزیکی می‌شود.

در این مقاله شما هر آنچه که در جواب سوال “پرینت سه بعدی چیست؟” نیاز دارید به دست خواهید آورد. ابتدا با مبانی اولیه این حوزه شروع می‌کنیم و سپس به مباحث تخصصی‌تر و کاربردی‌تر خواهیم پرداخت.

نکته‌ای که در ابتدای بحث باید به آن اشاره کنیم، این موضوع است که در ادامه‌ی بحث عبارات “ساخت افزایشی”، “پرینت سه بعدی” و “چاپ سه بعدی” یک معنی را خواهند داشت. تنها به تناسب متن و برای حفظ شیوایی فنی آن از هرکدام از این کلمات استفاده خواهد شد.
عبارات “پرینتر سه بعدی” و “چاپگر سه بعدی” هم همین شرایط را دارند.
ناگفته نماند که کارکرد این کلمات می‌تواند در برخی شرایط اندکی متفاوت باشد که در آینده و در نوشته‌ای مجزا به آن خواهیم پرداخت.

چاپ سه بعدی چگونه کار می‌کند؟

هر فرآیند پرینت سه بعدی با یک طرح سه بعدی دیجیتال شروع می‌شود. اینکه بخواهیم یک مدل سه بعدی فیزیکی را بدون در اختیار داشتن یک مدل سه بعدی دیجیتال پرینت سه بعدی کنیم همانند این است که بخواهیم بدون در اختیار داشتن یک متن تایپ شده بر روی یک برگ کاغذ چاپ کنیم. طرح سه بعدی دیجیتال باید به لایه‌های نازک تقسیم شود تا بتوان آن را برای ساخت به پرینترهای سه بعدی سپرد.

زیرتکنولوژی‌های چاپ سه بعدی از اینجا به بعد می‌توانند تفاوت‌های زیادی با هم داشته باشند؛ از پرینترهای سه بعدی رومیزی که با روی هم قرار دادن لایه‌های پلاستیک بر روی یکدیگر مواد مورد نظر را می‌سازند تا پرینترهای سه بعدی صنعتی بزرگ که از روش‌هایی مثل جوش دادن دانه‌های مواد برای پرینت سه بعدی آن‌ها استفاده می‌کنند. زمان لازم برای پرینت سه بعدی یک قطعه با اندازه‌ی آن تناسب دارد. همچنین اغلب قطعات پرینت شده نیاز به عملیات پساپرداخت دارند تا به خصوصیات فنی و حتی ظاهری  مطلوب برسند.

مواد مورد استفاده در پرینترهای سه بعدی هم می‌تواند بسیار متفاوت باشد. از پلاستیک و رزین تا فلز و بتن می‌تواند در پرینترهای سه بعدی مورد استفاده قرار گیرد.

پرینتر سه بعدی چیست؟

به زبان ساده پرینتر سه بعدی دستگاهی است که توان انجام عملیات پرینت سه بعدی را دارد. به‌طورکلی روال فرآیند پرینت سه بعدی و نقش پرینتر سه بعدی در شکل زیر آمده است. همان‌طور که در شکل نشان داده‌شده است، فرآیند پرینت سه بعدی از طراحی مدل کامپیوتری قطعه‌ی موردنظر در نرم‌افزارهای سه بعدی شروع می‌شود. سپس قطعه به نرم‌افزارهای اسلایسر داده می‌شود تا مدل کامپیوتری را به کد قابل فهم برای پرینتر سه بعدی تعریف کنند. سپس خروجی اسلایسر به‌عنوان ورودی به پرینتر سه بعدی داده می‌شود و دستگاه، قطعه‌ی موردنظر را می‌سازد. در نهایت هم بر روی قطعه‌ی ساخته‌شده عملیات پرداخت نهایی انجام می‌شود تا برخی از ویژگی‌های قطعه به حد مطلوب برسد.

22

دقیــقه مطالعه

نرم‌افزار اسلایسر (Slicer) چیست و چه نقشی در پرینت سه بعدی دارد؟

نرم افزار اسلایسر چیست؟ اسلایسر(Slicer) که نرم افزار اسلایسر هم نامیده می‌شود، ی...

پرینترهای سه بعدی از زیرتکنولوژی‌های متفاوتی برای انجام عمل پرینت سه بعدی استفاده می‌کنند ولی همه آن‌ها یک ماهیت مشترک دارند. ماهیت مشترک همه پرینترهای سه بعدی با زیرتکنولوژی‌های مختلف این است که قطعه مطلوب را با قرار دادن لایه‌ها بر روی یکدیگر می‌سازند.

تاریخچه‌ی پرینترهای سه بعدی

هرچند که در بین عموم پرینت سه بعدی به عنوان یک تکنولوژی جدید آینده‌نگرانه شناخته می‌شود، ولی در حقیقت بیش از ۳۰ از پیدایش آن می‌گذرد. پس اجازه دهید به طور کوتاه به این سوال پاسخ دهیم که پرینتر سه بعدی از چه زمانی شکل گرفت.

SLA-1، اولین پرینتر سه بعدی اختراع شده در سال ۱۹۸۶ و توسط چارلز هال

چارلز هال اولین سازوکار چاپ سه بعدی را در سال ۱۹۸۶ به نام خودش ثبت کرد. چارلز هال در پرونده ثبت اختراع خود استریولیتوگرافی را به عنوان یک روش و یک دستگاه برای ساخت قطعات جامد با استفاده از قرار دادن لایه‌های نازک رزین‌های جامد شونده توسط اشعه‌ی فرابنفش تعریف کرد. این اختراع آقای چارلز هال تنها به مواد مایعی اشاره دارد که با تاباندن اشعه‌ی نور مخصوص، به جامد تبدیل می‌شوند. وی به زودی دریافت که روش وی تنها به مایعات خاص محدود نخواهد شد. او این روش را به هر ماده‌ای که توانایی تغییر حالت دادن فیزیکی و جامد شدن داشت گسترش داد. با این کار هارلز هال از بنیان‌ گذاران مفهومی شد که امروزه به نام ساخت افزایشی و یا پرینت سه بعدی می‌شناسیم.

فروش تخمینی پرینتر سه بعدی از سال ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۵ – منبع: گزارش وهلر؛ گارتنر

تا سال ۲۰۰۹ پرینترهای سه بعدی به خاطر قیمت بالای آن‌ها اغلب در صنایع استفاده می‌شدند. بعد از این که حق ثبت امتیاز زیرتکنولوژی FDM در این سال منقضی شد، پرینتر سه بعدی به شرکت‌های کوچک، دفاتر فنی و حتی مدرسه‌ها و خانه‌ها راه یافت.

به واسطه‌ی پروژه‌ی رپ‌رپ برای ساخت دستگاه خود تکثیرکننده، اولین پرینتر سه بعدی دسکتاپ متولد شد. از آن به بعد کمپانی‌های مختلفی به تولید پرینترهای سه بعدی پرداختند و قیمت این دستگاه از ۲۰۰۰۰۰ هزار دلار به چیزی در حدود ۲۰۰۰ دلار رسید.

امروزه فروش پرینتر سه بعدی رشد فزاینده‌ای را تجربه می‌کند. هر سال حق ثبت تعداد بیشتری از زیرتکنولوژی‌های پرینت سه بعدی منقضی می‌شود و انتظار می‌رود که روزبه‌روز پرینترهای سه بعدی کاراتر و ارزان‌تر راه خود را در همه‌ی بازارها باز کنند.

در حال حاضر در حدود ۳۰۰۰۰۰ نفر در جهان مشتری پرینترهای سه بعدی هستند و انتظار می‌رود که این عدد در هر سال دو برابر شود.

زیرتکنولوژی‌های چاپ سه بعدی

در اینفوگرافیک زیر می‌توان با دسته‌بندی پرینترهای سه بعدی آشنا شد.

اکستروژن ماده (Material Extrusion)

دسته اول از پرینترهای سه بعدی را می‌توان اکستروژن ماده نامید. معروف‌ترین پرینترهای سه بعدی اکستروژن ماده، زیرتکنولوژی‌های FDM و FFF هستند. یک پرینتر سه بعدی FDM برای ساخت لایه به لایه یک قطعه، از ترموپلاستیک ها به‌عنوان مواد اولیه استفاده می‌کند. این ترموپلاستیک ها به‌صورت رشته‌هایی هستند که فیلامنت نام دارند و به‌طور معمول در قطرهای ۱٫۵ میلی‌متر و ۳ میلی‌متر در بازار موجود هستند. پرینتر سه بعدی FDM در حقیقت یک اکسترودر هوشمند پلاستیک است که دستور ساخت را از مدل کامپیوتری واردشده به آن می‌گیرد.

شماتیکی از پرینترهای سه بعدی با زیرتکنولوژی اکستروژن ماده

فوتوپلیمریزاسیون مخزنی (Vat Photopolymerization)

دسته دوم، پرینترهای سه بعدی پلیمریزاسیون مخزنی هستندو معروف‌ترین پرینترهای این دسته، پرینتر سه بعدی SLA و پرینتر سه بعدی DLP است. ماده اولیه این پرینترهای سه بعدی، رزین فتوپلیمر است.

شماتیکی از پرینترهای سه بعدی با زیرتکنولوژی فوتوپلیمریزاسیون مخزنی

گداخت بستر پودر (Powder Bed Fusion)

دسته سوم، پرینترهای سه بعدی گداخت بستر پودر هستند. چهار دسته‌ی مهم این پرینترهای سه بعدی، SLS، EBM، SLM و DMLS هستند. در یک پرینتر سه بعدی گداخت بستر پودری، مخزنی از پودر ماده اولیه وجود دارد که با تابش انتخابی منبع انرژی متمرکز به دانه‌های پودر ماده اولیه، به هم جوش می‌خورند.

یکی از ویژگی‌های شاخص این دسته از پرینترهای سه بعدی این است که در فرآیند ساخت نیازی به استفاده از ساپورت ندارند. یعنی در یک پرینتر سه بعدی گداخت بستر پودر، پودرهای گداخته نشده‌ی موجود در لایه‌های قطعه که همچنان جزئی از قطعه نشدند، نقش ساپورت را در فرآیند ساخت ایفا می‌کنند.

شماتیکی از پرینترهای سه بعدی با زیرتکنولوژی گداخت بستر پودر

پاشش ماده (Material Jetting)

پرینترهای سه بعدی پاشش ماده(Material Jetting) که در آن‌ها مواد، اغلب فتوپلیمر ها، بر روی سطح ساخت پاشیده می‌شوند و با استفاده از نورهای خاص جامد می‌شوند و قطعه موردنظر را لایه به لایه می‌سازند.

شماتیکی از پرینترهای سه بعدی با زیرتکنولوژی گداخت پاشش ماده

پاشش چسب (Binder Jetting)

دسته دیگر، پرینترهای پاشش چسب(Binder Jetting) هستند. یک پرینتر پاشش چسب با اسپری کردن چسب بر روی بستر پودری از مواد آن‌ها را به هم می‌چسباند و قطعه‌یکپارچه می‌سازد. این پاشش به‌صورت انتخابی صورت می‌گیرد.

شماتیکی از پرینترهای سه بعدی با زیرتکنولوژی گداخت پاشش چسب

انرژی نشانی مستقیم (Direct Energy Deposition)

شاخص‌ترین زیرتکنولوژی این دسته LENS است.

لایه‌گذاری ورقه‌ای (Sheet Lamination)

در آخر هم باید به پرینترهای سه بعدی لایه گذاری ورقه‌ای(Sheet Lamination) اشاره کرد. شاخص‌ترین زیرتکنولوژی این دسته، LOM است.

کاربرد پرینترهای سه بعدی چیست؟ چه کسانی از پرینت سه بعدی استفاده می‌کنند؟

کاربرد پرینت سه بعدی چیست؟ این سوالی است که برای هر شخص بعد رسیدن به جواب سوال “پرینت سه بعدی چیست؟” اتفاق می‌افتد.
در ادامه به این موضوع خواهیم پرداخت که کاربرد پرینت سه بعدی چیست؟

یکی از ویژگی‌های پرینت سه بعدی این است که تقریباً اغلب افراد جامعه می‌توانند به نوعی از آن استفاده ببرند. در زیر برخی از کاربردهای پرینت سه بعدی و دلیل مفید بودن آن را در صنایع متفاوت خواهید خواند.

کاربرد پرینت سه بعدی برای خودروسازان

کاربرد پرینترهای سه بعدی در خودروسازی

کاربرد پرینترهای سه بعدی در صنایع خودروسازی چیست؟

چاپ سه بعدی دیگر برای صنایع خودروسازی غریبه نیست و  امروزه این صنایع از آن برای ساخت نمونه‌های اولیه و همچنین نمونه‌های نهایی استفاده می‌کنند. تیم‌های سازنده‌ی خودروهای فرمول ۱ از پرینت سه بعدی برای نمونه‌سازی اولیه، آزمایش و همچنین ساخت قطعات سفارشی برای به کار بردن در خودروهای مسابقه‌ای استفاده می‌کنند.

کاربرد پرینت سه بعدی برای پزشکان و سازندگان پروتز

کاربرد پرینترهای سه بعدی در پزشکی

کاربرد پرینترهای سه بعدی در پزشکی چیست؟

بسیاری از مزایای کاربرد پرینترهای سه بعدی در پزشکی در قابلیت شخصی‌سازی آن نهفته است. به عنوان نمونه امروزه پرینترهای سه بعدی در ساخت سمعک‌های اختصاصی می‌توانند نقشی بسیار کلیدی را ایفا کنند. به کمک این تکنولوژی می‌توان برای هر شخص و با هر فرم گوش یک سمعک اختصاصی ساخت.

همچنین یکی دیگر از تحولات مهم دیگری که صنایع پرینت سه بعدی در پزشکی ایجاد کردند توانایی ساخت پروتزهای اختصاصی و با هزینه‌ی بسیار کمتر نسبت به روش‌های سنتی است.

کاربرد پرینتر سه بعدی در دندان‌پزشی و دندان‌سازی

کاربرد پرینترهای سه بعدی در دندان‌پزشکی

کاربرد پرینترهای سه بعدی در دندان‌پزشکی و دندان‌سازی چیست؟

امروزه جراحان دندان و ارتونت‌ها می‌توانند با استفاده از اسکنرهای سه بعدی دندان‌های بیماران را اسکن سه بعدی کنند و سپس به کمک پرینترهای سه بعدی نگهدارنده‌ها و گایدهای مناسب را برای دندان بیماران بسازند. علاوه بر راحتی و سرعت بیشتر این روش نسبت به روش‌های سنتی، مزیت دیگر این روش توانایی استفاده از گایدهای شفاف در دندان و اجتناب از ایجاد ظاهر زشت در دهان است.

ناگفته نمایند که پژوهشگران ساخت افزایشی امیدوارند که در آینده نه چندان دور بتوانند از پرینترهای سه بعدی برای ساخت دندان‌هایی با خواص مشابه دندان طبیعی استفاده کنند.

کاربرد چاپ سه بعدی برای تولیدکنندگان هواپیما

کاربرد پرینترهای سه بعدی در صنایع هوایی

کاربرد پرینترهای سه بعدی در صنایع هوایی چیست؟

کمپانی‌های GE Aviation و Safran روشی را گسترش دادند که به کمک آن می‌توان نازل سوخت را برای موتورهای جت چاپ سه بعدی کرد.

چاپ سه بعدی به مهندسان صنایع هواپیمایی اجازه می‌دهد که قطعات اسمبل شده‌ را با یک قطعه‌ی یکپارچه‌ی سبک‌تر جایگزین کنند. این کار به کاهش وزن و افزایش بازدهی اجزای هواپیما کمک چشمگیری می‌کند.

کارایی چاپ سه بعدی برای کمپانی‌های فضاپیمایی

کاربرد پرینترهای سه بعدی در صنایع فضایی

کاربرد پرینترهای سه بعدی در صنایع هوافضا چیست؟

کمپانی SpaceX که توسط ایلان ماسک بنیان نهاده شده است، از پرینترهای سه بعدی برای ساخت محفظه‌ی موتور SuperDraco استفاده می‌کند. این موتور قرار است بر روی فضاپیمای Dragon که متعلق به همین کمپانی است نصب شود. این تصمیم، صرفه‌جویی چشمگیری را در زمان ایجاد می‌کند. به طوری که از طرح اولیه تا ساخت نهایی این قطعه تنها ۳ ماه زمان می‌گیرد. برای پرینت سه بعدی و ساخت این محفظه‌ی موتور از ماده‌ی Inconel استفاده می‌شود که سوپر آلیاژ با کارایی بالا است. همچنین گفتنی است که این قطعه بارها با موفقیت آزمایش شده است.

کارایی پرینترهای سه بعدی برای طراحان محصولات

کاربرد پرینترهای سه بعدی در طراحی محصول

کاربرد پرینترهای سه بعدی در طراحی محصول چیست؟

همانند بسیاری از کمپانی‌های تازه تاسیس، کمپانی Mak Goods هم برای شروع تولید محصولاتش نیاز به ساخت نمونه‌های اولیه‌ی بسیاری داشت. این کمپانی با خرید یک پرینتر سه بعدی SLS دست به ساخت ۴۰۰ نمونه‌ی اولیه زد تا بتواند از یک جامعه‌ی آماری مناسب از مصرف‌کنندگان بازخورد بگیرد. این فرآیند که تنها به کمک پرینترهای سه بعدی برای یک کمپانی کوچک همچون Mak Goods امکان‌پذیر بود، توانست کمک شایانی به بازنگری‌های مناسب بر طرح و همچنین رفع مشکلات احتمالی پیش از عرضه‌ی محصول به بازار کند.

کاربرد پرینتر سه بعدی در معماری

کاربرد پرینترهای سه بعدی در معماری

کاربرد پرینترهای سه بعدی در معماری چیست؟

قبل از ورود چاپ سه بعدی به حوزه‌ی معماری، ساخت ماکت‌ها کاری بسیار طاقت‌فرسا و زمان‌بر بوده است. در عین حال معمارها برای ارائه‌ی کارهایشان نیاز مبرم به ساخت ماکت داشتند و این امر غیر قابل اجتناب بوده است.

امروزه کمپانی‌های بزرگ فعال در معماری و ساخت ساز و حتی معمارهای مستقل می‌توانند به راحتی و با صرف زمان اندک دست به ساخت ماکت آثارشان بزنند. همچنین ماکت‌های معماری ساخته شده با کمک پرینترهای سه بعدی متناسب با نیاز می‌توانند در ابعاد و با جنس‌های مختلف ساخته شوند.

کاربرد چاپگر سه بعدی برای دانش‌آموزان و دانش‌جویان

کاربرد پرینترهای سه بعدی برای آموزش

پرینت سه بعدی در آموزش چه کمکی می‌تواند بکند؟

پرینتر سه بعدی به دانش‌آموزان این امکان را می‌دهد که طرح‌هایشان را در مراحل اولیه طراحی ملموس کنند. به واسطه‌ی کار کردن مداوم دانش‌آموزان با نمونه‌های اولیه‌ی طرح‌هایشان، آن‌ها می‌توانند به سرعت از مدل‌هایشان یاد بگیرند و آن‌ها را بهبود ببخشند. همچنین همین فعالیت‌ها می‌تواند تجربیات عملی بسیار با ارزشی را برای آن‌ها فراهم سازد.

دوچرخه‌ای که در تصویر بالا می‌بینید توسط دانش‌جویان رشته‌ی طراحی صنعتی دانشگاه صنعتی Fontys طراحی شده است. این دانش‌جوها توانستند با کمک پرینتر سه بعدی طرح مورد نظرشان را از یک طرح دیجیتال مجازی به یک مدل فیزیکی و ملموس تبدیل کنند.

کارایی پرینت سه بعدی برای کارآفرینان

کاربرد پرینترهای سه بعدی در کارآفرینی

کاربرد پرینترهای سه بعدی برای کارآفرینان چیست؟

یک کارآفرین طراح، عمر ردا، کمپانی خودش را با یک هدف تاسیس کرد: ساخت چاقوهای آشپزخانه‌ی حرفه‌ای با قیمت چاقوهای آشپزخانه‌ی معمولی! نتیجه‌ی این ایده کمپانی Misen Kitchen Knife است که توانست در وبسایت کیک‌استارتر سزمایه‌ای بالغ بر ۱,۰۸۳,۳۴۴ دلار آمریکا را از ۱۳,۱۱۶ سرمایه‌گذار دریافت کند. کمکی که استفاده از پرینت سه بعدی در فرآیند طراحی و بهینه‌سازی آن به عمر و تیمش کرد آن‌ها را قادر ساخت که در نهایت موفق به ساخت چاقویی با مشخصات مورد نظرشان شوند.

کارایی پرینترهای سه بعدی برای مهندسان

کاربرد پرینترهای سه بعدی در مهندسی

کاربرد پرینترهای سه بعدی در مهندسی چیست؟

به عنوان یک مهندس با شم تشخیص محصولات خوب، راب هلیفاکس حس می‌کرد که بعضی از محصولات در سراسر جهان دارای طراحی زشتی هستند. راب با دانش مهندسی‌ای که داشت توانست این موضوع را شخضاً پیگیری کند و دست به بازطراحی تیغ ریش‌تراش خودش بزند. با استفاده از پرینت سه بعدی او توانست بارها مراحل بازطراحی را بررسی و تکرار کند تا در نهایت به طرح مطلوب خودش دست یافت. بعد از مدت کمی راب طرح خودش را به یک کمپین موفق کیک‌استارتری تبدیل کرد و توانست کسب و کار خودش را بر همین اساس راه‌اندازی کند. وی می‌گوید: “پرینت سه بعدی کمک کرد که من یک ایده‌ی اولیه‌ی شخصی را به یک کسب و کار تبدیل کنم. هیچ راه دیگری وجود نداشت که بتوانم با سرعت بالا و هزینه‌ی اندک از پس این پروژه بر بیایم”.

ساخت پهباد با پرینتر سه بعدی

کاربرد پرینترهای سه بعدی در ساخت پهباد

کن گینک که یک طراح صنعتی است، با ساخت انواع متفاوت پهباد به کمک چاپ سه بعدی از اوقات فراغتش لذت می‌برد. کن می‌گوید: “یکی از مزیت‌های پرینتر سه بعدی این است که می‌توانم به کمک آن تمام قسمت‌های یک پهباد را، به جز بخش‌های الکترونیکی، خودم بسازم.

کاربرد پرینتر سه بعدی در تولید کفش

کاربرد پرینترهای سه بعدی در تولید کفش

امروزه شخصی‌سازی انبوه لوازم مورد نیاز بیش از پیش قابل دسترس است. شخصی‌سازی انبوه یکی از ویژگی‌های کلیدی صنعت چاپ سه بعدی است و همین ویژگی توانسته کمپانی‌های تولیدکننده کفش را به شدت جذب صنعت پرینت سه بعدی کند.

کمپانی آدیداس که در حوزه‌ی استفاده از پرینتر سه بعدی در تولید کفش پیشرو است، اخیراً مجموعه‌ای از کفی‌های کفش را رونمایی کرده که به طور اختصاصی برای هر فرد ساخته می‌شوند.

کارایی چاپ سه بعدی برای تولیدکنندگان محصول

کاربرد پرینترهای سه بعدی در تولید محصول نهایی

یکی از اولین نمونه‌های تولیدکنندگان محصول نهایی با کمک پرینترهای سه بعدی، هدفون‌های +Print هستند. این کمپانی یک کیت را که شامل قطعات الکترونیکی و گیره‌ی اصلی یک هدفون است برای مشتریانش می‌فرستد و ساخت باقی قطعات هدفون را به عهده‌ی مشتری می‌گذارد. البته این کمپانی فایل طراحی بقیه‌ی اجزا را به صورت دیجیتال برای مشتریانش می‌فرستد تا آن‌ها این قطعات را با کمک یک پرینتر سه بعدی بسازند. مزیت این هدفون‌ها این است که قابل شخصی‌سازی و حتی به روزرسانی هستند.

مزایا و معایب پرینت سه بعدی چیست؟

تکنولوژی‌های چاپ سه بعدی به واسطه‌ی ماهیت متفاوتی که با تکنولوژی‌های سنتی ساخت دارند، در ذات خود دارای مزایای نسبی هستند. همچنین ساخت افزایشی نسبت به دیگر روش‌های ساخت، ضعف‌هایی هم دارد. هر کسی که با فرآیندهای ساخت به نوعی سر و کار دارد باید به این ضعف‌ها و قوت‌ها واقف باشد. ما برخی از مهمترین مزایا و معایب ساخت افزایشی را در ادامه آوردیم تا بتوانید به نگاهی دقیق‌تر از روند تکنولوژی‌های چاپ سه بعدی دست یابید.

توانایی ساخت هندسه‌های پیچیده(مزیت)

اولین مزیتی که در پرینترهای سه بعدی می‌توانیم به آن اشاره‌ کنیم، توانایی ساخت هندسه‌های پیچیده است.

همه تکنولوژی‌های پرینتر سه بعدی توانایی چاپ طرح‌های پیچیده را دارند، ولی بعضی از آن‌ها توانایی‌های متفاوت و بیشتری دارند. مانند تکنولوژی‌های گداخت بستر پودری که توانایی پرینت سه بعدی قطعات بسیار پیچیده را بدون استفاده از ساپورت دارند. ساپورت ساختاری است داربست‌ مانند که به لایه‌های بالای قطعات اجازه می‌دهد که به‌طور غیرمستقیم بر روی لایه‌های زیرین قرار گیرند تا از ریزش لایه‌های بالایی جلوگیری شود.

پرینتر سه بعدی به طراح‌ها اجازه می‌دهد تا بتوانند طرح‌های پیچیده‌ای را که ساخت آن‌ها با روش‌های سنتی غیرممکن بود بسازند. به خاطر ماهیت قوانین فیزیک، ساخت پیچیدگی‌ها در تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی هیچ هزینه‌ی اضافی را متحمل نمی‌کند. به عنوان مثال در تکنولوژی‌های سنتی، فرآیند ساخت یک قطعه‌ی ساده و یک قطعه‌ی پیچیده هزینه‌ی بسیار متفاوتی را بر سازنده متحمل می‌کرد ولی در تکنولوژی پرینت سه بعدی ساخت پیچیده‌ترین و ساده‌ترین قطعات(در اندازه‌ی برابر) دارای هزینه‌ی یکسانی هستند.

قابلیت سفارشی‌ سازی(مزیت)

مزیت دیگر پرینترهای سه بعدی، قابلیت سفارشی‌ سازی قطعات در آن است به‌ طوری‌ که در هر نوبت چاپ سه بعدی می‌توان یک قطعه را با ویژگی‌های کاملاً متفاوت نسبت به قطعه قبلی و بعد از آن ساخت.

تا حالا شده است که از خودتان بپرسید که چرا مجبوریم که لباس‌هایمان را تنها در اندازه‌های استاندارد خریداری کنیم؟ در روش‌های ساخت سنتی هرچه از یک محصول خاص تعداد بیشتری قطعه تولید شود، هزینه‌ی ساخت آن کاهش می‌یابد. یا به بیان دیگر هزینه‌ی ساخت هر محصول تنها در حالتی مقرون به صرفه است که از آن تعداد زیادی تولید شود. ولی در فرآیند پرینت سه بعدی می‌توان هزاران محصول کاملاً متفاوت را بدون متحمل شدن هزینه‌ی اضافی و در یک پرینتر سه بعدی به طور پی در پی تولید کرد.

عدم نیاز به ابزارهای جانبی؛ کاهش هزینه‌های اولیه(مزیت)

مزیت دیگر پرینترهای سه بعدی در این است که برای ساخت با  آن‌ها تنها به یک دستگاه پرینتر سه بعدی نیاز است.

این ویژگی برخلاف روش‌های سنتی است که در آن‌ها باید جمعی از دستگاه‌ها و ابزارها دست‌ به‌ دست هم می‌دادند تا بتوانند قطعه نهایی را بسازند.

برای فرآیندهای ریخته‌گری فلز و یا قالب تزریق، هر قطعه از یک محصول نیاز به یک قالب مجزا دارد. همین چالش می‌تواند هزینه‌های اولیه را به طور چشمگیری افزایش دهد. کمپانی‌ها برای اینکه بتوانند این هزینه‌های اولیه متحمل شده را جبران کنند ناچار به تولید تعداد زیادی از محصولات خود هستند.

فرآیندهای پرینت سه بعدی به خاطر تک-ابزار بودن و استفاده از ماهیت متفاوت ساخت، هزینه‌ و زمان اضافه‌ای را برای ساخت قطعات پیچیده در مقایسه با قطعات ساده به تولیدکنندگان تحمیل نمی‌کنند. همین ویژگی به تولید کنندگان کمک می‌کند که زمان، هزینه و نیاز به تیم‌های متخصص را برای تولید محصولات جدید به حداقل برسانند و تمرکزشان را بر روی بازاریابی و فروش بگذارند.

سرعت و راحتی ساخت نمونه‌های اولیه، در نتیجه سرعت بالا و ریسک کم در رسیدن محصول به بازار(مزیت)

این مزیت می‌تواند برای کارآفرینان، نوآوران، کارگاه‌های کوچک و حتی مدارس و آموزشگاه‌ها بسیار ارزشمند باشد.

ویژگی دیگر استفاده از پرینت سه بعدی در صنایع این است که سرعت انجام و اجرای پروژه‌های ساخت بسیار افزایش می‌یابد. برای ساخت با استفاده از چاپگر سه بعدی تنها نیاز است که فایل طراحی‌شده را به پرینتر سه بعدی بدهیم و به هر تعداد که نیاز داریم از آن بسازیم. این ویژگی همچنان ریسک موجود در فرآیند تولید را بسیار می‌کاهد.

استارتاپ‌ها و مجموعه‌های کوچک می‌توانند در ابتدای کار تنها به تعداد کمی از قطعه‌ی موردنظر را بسازند؛ بدون این‌که هزینه تمام‌شده برای هر قطعه افزایش می‌یابد. سپس بعد از انجام فرایند بازاریابی و بازارسازی و در صورت تمایل، به ادامه ساخت روی بیاورند.

به دلیل این که در انجام پرینت سه بعدی از ابزارهای متفاوتی برای ساخت محصولات استفاده نمی‌شود و تنها ابزار اصلی همان پرینتر سه بعدی است، هزینه‌ی تمام شده برای تولیدکنندگان بسیار کاهش می‌یابد. تصور کنید که یک طراح و یا کارآفرین قصد دارد محصولی را به طور محدود به بازار عرضه کند تا واکنش بازار را به آن محصول بسنجد. برای این کار هرچه هزینه‌ی تمام شده برای تولید یک محصول در تعداد محدود کمتر باشد، ریسک و انعطاف‌پذیری آن طراح یا کارآفرین برای تولید محصول بهبود می‌یابد.

همچنین نیاز به صرف انرژی برای طی مراحل پرزحمت ساخت به روش سنتی برای ساخت نمونه‌ی اولیه و یا ساخت در تعداد محدود نیست. همچنین یک کارآفرین می‌تواند نمونه‌ی اولیه محصول خود را برای نشان دادن و جذب سرمایه در بسترهایی همچون کیک‌ استارتر بسازد.

اتلاف کمتر مواد اولیه(مزیت)

تکنولوژی‌های سنتی ساخت اغلب از نوع کاهشی هستند. به این معنا که با روش‌های مختلفی چون فرزکاری و تراشکاری، از بلوک ماده خام براده برداری یا تکه‌برداری می‌کردند تا به فرم موردنظر برسند. استفاده از این روش‌ها موجب می‌شد تا اتلاف زیادی در مواد اولیه به وجود آید. به عنوان نمونه برای تولید بسیاری از قطعات همچون براکت هواپیما معمول است که تا ۹۰ درصد ماده‌ی اولیه در فرآیند ماشین‌کاری اتلاف می‌شود.

در مقابل روش‌های سنتی، پرینت سه بعدی یک روش ساخت افزایشی است. یعنی این فرآیند با قرار دادن لایه به لایه مواد خام بر روی یکدیگر قطعه نهایی را می‌سازد. همین ماهیت متفاوت این روش ساخت کمک می‌کند که پرینترهای سه بعدی تنها همین میزان مواد اولیه که برای ساخت قطعات نیاز دارند را در فرآیند تولید به کار گیرند.

در اغلب زیرتکنولوژی‌های پرینت سه بعدی، هیچ ماده‌ی زائدی به‌ عنوان پسماند ساخت، باقی نمی‌ماند. حتی در روش‌هایی همچون SLS که از پودر ماده خام برای پرینت سه بعدی استفاده می‌شود. پودر باقیمانده در فرآیند ساخت قابل‌استفاده مجدد است و در مرتبه‌های بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همچنین اغلب مواد مصرفی در پرینترهای سه بعدی قابل بازیافت و استفاده‌ی مجدد در این دستگاه‌ها هستند.

به برخی از مهم‌ترین مزایای استفاده از پرینتر سه بعدی برای ساخت قطعات اشاره شد. باید گفت که پرینترهای سه بعدی هم دارای معایبی نسبت به دستگاه‌های سنتی هستند. به‌ عبارت‌ دیگر ساخت افزایشی در کنار مزایای بسیار زیادی که نسبت به روش‌های سنتی دارد، دارای معایبی نیز هست. هرچند که بسیاری از نقطه‌ ضعف‌های کنونی ساخت افزایشی نسبت به تکنولوژی‌های سنتی در حال کمرنگ شدن است و امید می‌رود که در آینده‌ای نه‌ چندان دور، آن ضعف‌ها هم جبران شود.

اجازه دهید در این قسمت از بحث به‌طور بسیار خلاصه به چند مورد از مهم‌ترین ضعف‌های استفاده از پرینتر سه بعدی برای فرایند ساخت اشاره‌ کنیم.

هزینه تمام‌شده بالا برای تولید انبوه(ضعف)

در بسیاری از روش‌های سنتی تولید، هزینه تمام‌شده برای هر قطعه‌ یا محصول نهایی زمانی توجیه اقتصادی پیدا می‌کند که تعداد ساخت قرار باشد بیش‌ از حد معینی برسد. به‌ عنوان نمونه در تزریق پلاستیک اگر قرار باشد تعداد ساخت کمتر از چند هزار تا باشد، قیمت تمام‌شده برای هر قطعه زیاد خواهد شد و توجیه اقتصادی نخواهد داشت. به این دلیل که یک هزینه اولیه بالایی باید برای ساخت قالب پرداخت شود. از طرف دیگر وقتی در این روش‌ها تعداد ساخت از حد معینی بالاتر می‌رود، توجیه اقتصادی پیدا می‌کند.

در برابر آن اگر قرار باشد برای ساخت همان قطعه از یک پرینتر یا چندین پرینتر سه بعدی برای تولید آن محصول استفاده کنیم، هرچه تعداد ساخت قطعه موردنظر افزایش پیدا کند، در عین‌ حال که قیمت تمام‌شده پرینت سه بعدی همان قطعه هیچ تغییری با تعداد کم نمی‌کند، قیمت تمام‌شده تولید همان قطعه با روش‌های سنتی بسیار کاهش می‌یابد و عملاً ساخت افزایشی بازی را به رقیب خود خواهد باخت. پس باید در نظر گرفت که برای تولید انبوه در بسیاری از موارد اگر بتوان همان قطعه را با روش‌های سنتی ساخت، پرینتر سه بعدی نمی‌تواند جوابگوی بازار و قیمت تمام‌شده مناسب برای آن باشد.

گفتنی است که با ادامه‌ی روند کاهش قیمت پرینترهای سه بعدی و همچنین کاهش قیمت مواد مصرفی، انتظار می‌رود که صنعت پرینت سه بعدی توان رقابت با صنایع سنتی را در تولید انبوه محصولات پیدا کند.

تنوع کمتر در مواد، رنگ‌ها و پرداخت سطح(ضعف)

ضعف دیگر استفاده از پرینتر سه بعدی، تنوع کمتر مواد قابل‌استفاده است. همچنین در انتخاب رنگ‌ها و پرداخت سطح هم تنوع کمتری وجود دارد و تولیدکننده‌ها دستشان همچون روش‌های سنتی باز نیست. با وجود این که هم اکنون بیش از شش هزار نوع ماده برای استفاده در پرینترهای سه بعدی وجود دارد، اغلب آن‌ها انواع پلاستیک و فلز هستند. به همین تنوع مواد، رنگ و پرداخت سطح در چاپ سه بعدی کمتر از روش‌های سنتی ساخت است.

هرچند که این ضعف پرینت سه بعدی به سرعت در حال جبران است و موادی بسیاری همچون سرامیک‌ها، کامپوزیت‌ها، مواد غذایی و مواد زیستی در صف پیسوتن به مواد مصرفی در صنعت پرینت سه بعدی هستند.

مقاومت و دوام محدود(ضعف)

تا به‌ حال پرینترهای سه بعدی نتوانستند که در معیارهایی چون مقاومت و دوام به پای روش‌های سنتی برسند. هرچند که امروزه زیرتکنولوژی‌هایی از پرینت سه بعدی هستند که می‌توانند قطعاتی با مقاومت‌های بسیار بالا و دوام ماندگار بسازند، ولی به‌طور عمده همچنان بازار پرینتر سه بعدی توانایی رقابت با روش‌های سنتی را در معیارهای چون مقاومت و دوام قطعات ندارد. آن دسته از پرینترهای سه بعدی که در مراحل تحقیقاتی و حتی عرضه به بازار هستند و توانایی ساخت قطعاتی بادوام و مقاومت بالا را دارند همچنان دارای قیمتی بالا و غیررقابتی هستند و همین چالش موجب می‌شود تا بسیاری از تولیدکنندگانی که قصد ساخت قطعات خاص و با مقاومت‌های خاص را دارند، از به‌کارگیری پرینتر سه بعدی در فرایند تولید منصرف شوند.