مزایای پرینت سه بعدی چیست؟ – ۳D Printing Advantages

مزایای پرینت سه بعدی

مزایای پرینت سه بعدی چیست؟ ۳D Printing Advantages

این مقاله پیرامون مزیت­ های اصلی پرینت سه‌ بعدی را در مقایسه با روش ­های سنتی تولید، بحث می­کند.

مزایای پرینت سه بعدی چیست؟

پرینت سه‌بعدی قطعات را با ایجاد یک لایه در یک زمان ایجاد می­کند. این روش مزیت ­های زیادی را نسبت به روش­ های سنتی تولید، ارائه می­دهد. مهم­ترین مزیت­ ها که در صنعت مورد توجه قرار گرفته در این مقاله آورده شده است.

هرچند که قرار نیست که در کوتاه مدت پرینت سه بعدی جایگزین روش‌های سنتی تولید شود، ولی در آینده‌ای نزدیک جایگاهی بی‌بدیل را در تولید پیدا خواهد کرد.

آگاهی و درک مزیت­های پرینت سه‌بعدی به طراحان اجازه می­دهد که فرآیند طراحی را با آسودگی خاطر از فرآیند تولید به انجام برسانند و همچنین نگران پیچیدگی‌ها و محدودیت‌های ساخت نباشند.

سرعت

 یکی از اصلی­ ترین مزایای پرینت سه بعدی، سرعت تولید برای هر قسمت در مقایسه با روش­ های سنتی تولید است. می­توان طراحی­های پیچیده را از طریق مدل CAD بارگذاری کرده و در چند ساعت چاپ نمود. مزیت ­های این روش انجام سریع فرآیند تأیید و توسعه ایده­ ی طراحی هستند.

در گذشته برای انجام همین عمل ممکن بود چندین روز یا حتی هفته برای رسیدن مدل اولیه به طراحان زمان صرف شود، درحالی‌که ساخت افزایشی یک مدل را در مدت چند ساعت در اختیار طراحان قرار می­دهد. درصورتی‌که پرینترهای سه بعدی صنعتی زمان بیشتری برای چاپ و انجام فرآیندهای ثانویه تولید قطعات صرف کنند، مزیت سرعت تولید با استفاده از ساخت افزایشی به وضوع مشهود خواهد شد (معمولاً یک تزریق قالب به‌تنهایی ممکن است هفته­ ها طول بکشد).

یک قلاب سه‌بعدی سفارشی چاپ شده با نایلون SLS ­

تولید تک مرحله­ای

یکی از بزرگ­ترین نگرانی ­ها برای یک طراح چگونگی تولید یک قطعه با بهره ­وری بالا است. در روش­های سنتی، اکثر قطعات نیازمند تعداد مراحل تولید زیاد هستند. ترتیب و نظم این مراحل بر کیفیت و کارایی طراحی تأثیر می­گذارد. تولید تک مرحله ای را می‌توان به عنوان یکی از مهمترین مزایای پرینت سه بعدی نام برد.

یک قلاب فلزی سفارشی که از طریق روش­های سنتی تولید شده را در نظر بگیرید:

مشابه ساخت افزایشی، فرآیند با مدل CAD شروع می­شود. وقتی‌که طراحی نهایی شد، ساخت اولیه با اولین برش پروفیل­ های فولادی برای رسیدن به اندازه مورد نظر آغاز می­شود. سپس پروفیل­ ها در محل مورد نظر قرار می­گیرند و در یک زمان برای تشکیل قلاب جوش داده می­شوند. گاهی یک نگه‌دارنده‌ی سفارشی باید ساخته شود تا تمام قسمت­ ها به طور صحیح در یک ردیف قرار گیرند. سپس سطوح جوشکاری شده به منظور رسیدن به سطح نهایی خوب باید صیقل داده شوند. در ادامه، سوراخ­ های به‌وسیله دریل ایجاد می­شوند تا بتوان قلاب را روی دیوار نصب نمود. در نهایت، قلاب تحت عملیات سند بلاست و رنگ­ آمیزی قرار گرفته تا ظاهر آن بهبود یابد.

پرینترهای سه بعدی فرآیند تولید را در یک مرحله و بدون دخالت اپراتور کامل می­کنند. به محض اینکه طراحی CAD نهایی شد، می­توان آن را بارگذاری و در یک مرحله به مدت چند ساعت چاپ کرد.

توانایی تولید یک قطعه در یک مرحله به شدت وابستگی به فرآیندهای تولیدی متفاوت (ماشین­کاری، جوشکاری­ و رنگ ­آمیزی) را کاهش داده و به طراحان کنترل بیشتری روی محصول نهایی را می­دهد.

روند چاپ سه‌بعدی (قرمز) در مقایسه با فرآیند تولید سنتی (سیاه و سفید) است.

هزینه

هزینه تولید در سه گروه تقسیم‌بندی می­گردد:

• هزینه­ های کار کردن با دستگاه
• هزینه مواد اولیه
• هزینه­ های نیروی انسانی

هزینه­ های کار کردن با دستگاه

اکثر کامپیوترهای پرینترهای سه بعدی از مقدار قدرت برابر با یک لپ‌تاپ استفاده می­کنند. روش­ه ای ساخت افزایشی صنعتی مقدار انرژی زیادی برای تولید یک تک قطعه مصرف می­کنند. هرچند که توانایی تولید هندسه پیچیده در یک تک مرحله منجر به کارایی بالایی می­گردد. هزینه ­های کار کردن با دستگاه معمولاً نسبت به هزینه کلی بخشی اندکی را شامل می­شوند.

هزینه مواد اولیه

هزینه مواد اولیه برای ساخت افزایشی وابسته به نوع روش بسیار تفاوت دارد. چاپگرهای FDM از رول‌های فیلامنت که در حدود ۲۵ دلار برای هر کیلوگرم قیمت دارند استفاده می­کنند، درحالی‌که چاپگرهای SLA نیازمند استفاده از رزین هستند که در حدود ۱۵۰ دلار برای هر لیتر قیمت دارند. محدوده ­ی مواد اولیه موجود برای ساخت افزایشی مقایسه کمی با تولید سنتی را مشکل می­کند. پودرهای نایلون استفاده شده در SLS هزینه ­ای در حدود ۷۰ دلار برای هر کیلوگرم دارد، درحالی‌که گلوله­های نایلون استفاده شده در تزریق قالب با قیمت کم ۲ تا ۵ دلار برای هر کیلوگرم قابل خریداری هستند. هزینه مواد اولیه بزرگ‌ترین بخش هزینه­ ها برای ساخت افزایشی است.

هزینه­ های نیروی انسانی

یکی از مزایای پرینت سه بعدی، هزینه کم نیروی انسانی است. فرآیندهای ثانویه به کنار، اکثر پرینترهای سه بعدی فقط نیاز به یک اپراتور برای فشردن کلید دارند. سپس دستگاه یک فرآیند خودکار کامل برای تولید قطعه را انجام می­دهد. در مقایسه با روش تولید سنتی در جایی که ماشین­کاری با مهارت بالا و اپراتورهای حرفه‌ای لازم است، هزینه­ های نیروی انسانی برای پرینترهای سه بعدی تقریباً صفر خواهد بود.

ساخت افزایشی در حجم کم نسبت به تولید سنتی بسیار بهینه­ تر است. برای تولید مدل­ های پیچیده استفاده از پرینتر سه بعدی بسیار ارزان­تر از روش­های دیگر تولید (به عنوان مثال روش قالب تزریقی) است و برای قطعات یک نواخت هزینه‌ی استفاده از ساخت افزایشی با روش‌های سنتی قابل رقابت است. با افزایش حجم تولید، هزینه­ ی روش­ های سنتی تولید بهینه ­تر بوده و هزینه­ های زیاد تجهیزات به‌وسیله تولید حجم زیاد جبران می­گردد.

کاهش خطرات

سفارش یک نمونه اولیه معیوب زمان و پول طراح را به هدر می­دهد. حتی تغییرات کوچک در قالب یا روش ساخت ممکن است تأثیر مالی زیادی داشته باشد.

توانایی تأیید یک طراحی با پرینت سه بعدی مدل و بررسی آن، صرف هزینه ­های زیاد برای تجهیزات تولید خطرات فرآیند مدل‌سازی را حذف می­کند. این به ایجاد اعتماد به نفس در یک طراحی پیش از انجام سرمایه گذاری­ های بزرگ مورد نیاز برای تولید انبوه کمک می­کند.

پیچیدگی و آزادی طراحی

محدودیت­های ایجاد شده در تولید سنتی بر روی آنچه می­توان تولید کرد معمولاً برای ساخت افزایشی وجود ندارند. از آنجا که اجزای یک لایه در یک زمان ساخته می­شوند، نیازهای طراحی مانند زوایای طرح، لغزش و دسترسی به ابزار وقتی‌که طراحی قطعات به‌صورت سه بعدی پرینت شوند وجود ندارند.

یکی از محدودیت‌های که در فرآیند طراحی برای پرینت سه بعدی باید در نظر گرفت رزولوشن پرینتر و همچنین حداقل ابعاد قابل چاپ هست. لازم به ذکر است که در اغلب طرح‌ها این قیدها مشکل و محدودیتی ایجاد نمی‌کنند. اکثر محدودیت­ های ساخت افزایشی مربوط به چگونگی بهینه­ سازی فرآیند پرینت به منظور کاهش ساپورت‌گذاری و همچنین احتمال ناموفقیت فرآیند هستند. این مورد به طراحان آزادی عمل زیادی داده و آن‌ها قادر هستند که هندسه­ های پیچیده­ای را به وجود آورند. مزایای پرینت سه بعدی در ایجاد پیچیدگی‌ها بسیار وسیع و غیر قابل رقابت (برای روش‌های سنتی تولید) است.

توانایی تولید طرح‌های پیچیده از مزایای پرینت سه بعدی است.

سفارشی‌سازی

پرینت سه بعدی نه تنها اجازه می­دهد که آزادی طراحی بیشتر شود، همچنین امکان سفارشی‌سازی کامل طرح­ ها را فراهم می­کند. این مفهوم توسط صنعت پزشکی و دندانپزشکی برای ساخت پروتزهای سفارشی، ایمپلنت ­ها و پایه ­های دندانی پذیرفته شده است. از چرخ‌دنده‌های ورزشی سطح بالا که برای تناسب اندام یک ورزشکار به طور کامل طراحی شده تا عینک آفتابی سفارشی و لوازم جانبی مد، همگی هزینه کم و به‌صورت قطعات سفارشی توسط ساخت افزایشی تولید می­شوند. قابلیت سفارشی‌سازی انبوه یکی از چشمگیرترین مزایای پرینت سه بعدی است.

هدفون‌های سفارشی طراحی شده توسط Print+

سهولت دسترسی

درحالی‌که ساخت افزایشی بیش از ۳۰ سال  است که وجود دارد، ولی بیشترین رشد را از سال ۲۰۱۰ داشته که به دلیل ورود تعداد زیادی پرینترهای سه بعدی در صنعت است. این امر منجر به آسان­تر شدن دسترسی طراحان به روش ساخت افزایشی شده است.

فقط در سال ۲۰۱۵، بیش از ۲۷۸۰۰۰ پرینتر سه بعدی با قیمت کمتر از ۵۰۰۰ دلار در جهان فروخته شد. از آن موقع تعداد پرینترهای فروخته شده دو برابر شده است. در اصل یک فناوری در دسترس و مناسب برای بخش­های کوچک از صنعت تولید است که در حال حاضر قابل اعتماد و با هزینه قابل رقابت با سایر روش­ ها توانایی تولید در گستره زیادی از صنایع را دارد.

تعداد پرینترهای سه بعدی فروخته شده با قیمت کمتر ۵۰۰۰ دلار در جهان در هر سال – گزارش Wohlers در سال ۲۰۱۵

پایداری

با افزایش دغدغه‌های محیط زیستی مردم جهان و نیاز جدی کشورها به استفاده از روش‌های تولید و توسعه‌ی پایدار، پایداری که یکی از مزایای پرینت سه بعدی است، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. روش‌های تولیدی کم هزینه، مانند تراشکاری CNC یا چرخ‌کاری، مقدار زیادی از ماده را از قطعه اولیه جدا می­کنند که منجر به هدر رفتن مواد اولیه می­گردد.

معمولاً روش­های ساخت افزایشی از مواد مورد نیاز برای ساخت یک قسمت استفاده می­کنند. اکثر فرآیندها از مواد خام تجدید پذیر و با قابلیت استفاده مجدد بیش از یک‌بار استفاده می‌کنند. در نتیجه، فرآیند ساخت افزایشی مواد زائد بسیار کمی تولید می­کند.

لوازم جانبی پرینتر سه بعدی Fairphone که بر اساس تقاضا از مواد فیبر چوب قابل بازیافت ساخته می­شوند.

افزایش تعداد پرینترهای سه بعدی در جهان همچنین باعث شده که نمونه­ های اولیه از راه دور حمل شوند:

از آنجا که پرینترهای سه بعدی Tabletop دارای منحنی یادگیری نسبتاً کوچکی برای انجام عملیات به طور موفق هستند، لازم نیست که طراحی برای یک متخصص تولید ارسال شود. علاوه بر این، مکان لازم برای یک سیستم تولید صنعتی ساخت افزایشی- محور، بسیار کوچک‌تر از مکان لازم برای تولید سنتی است.

به همین دلیل، خدمات پرینت سه بعدی حرف ه­ای در سرتاسر دنیا به وجود آمده­، حتی در مناطقی که هزینه زمین بسیار بالا است(برای مثال لندن یا نیویورک). کاهش نیازهای حمل و نقل تأثیر مثبتی بر محیط زیست دارد. این امر، همراه با توانایی چاپ و تولید قطعات یدکی در محل است و در نتیجه بسیاری از اجزای تولید شده از طریق ساخت افزایشی، باعث کاهش آلودگی ناشی از کربن می­شوند.