متفرقه هنر دستگاه استریو لیتوگرافی (Stereo lithography Aparatus (SLA

[mah.s.a]

این روش نخستین روش در حوزهٔ چاپ سه‌بعدی است، که در سال ۱۹۸۸ میلادی توسط شرکت 3D SYSTEMS آمریکا، بر اساس اختراع آقای چارلز هال (Charles Hull) معرفی شد. در این روش، از رزین فوتوپلیمر برای تولید قطعات استفاده می‌شود، که آن را به‌صورت گزینشی توسط لیزری با طول‌موج خاص سفت می‌کنند. دستگاه استریولیتوگرافی از یک سکوی ساخت تشکیل شده‌است، که قطعهٔ موردنظر بر روی آن ساخته می‌شود و در داخل یک مخزن حاوی رزین در راستای عمودی حرکت می‌کند. همچنین یک سیستم لیزر در بالای دستگاه قرار دارد که به‌همراه یک سیستم اسکن لیزر دوبعدی لکهٔ لیزر را بر روی سطح رزین در قسمت مشخص می‌تاباند و باعث سفت‌شدن آن و تشکیل قطعه می‌شود. قطعه به‌صورت لایه‌لایه بر روی هم ساخته می‌شود و به بالا می‌آید و ضخامت هر لایه در این روش حدوداً ۷۰ تا ۵۰۰ میکرون است.

در این روش، لازم است تا در زیر قسمت‌هایی از قطعه که دارای زاویهٔ منفی‌اند ساپورت‌گذاری شود، که این کار توسط نرم‌افزارهای مربوطه انجام می‌شود. نیاز به ساپورت‌گذاری در این روش برخی محدودیت‌ها را در قطعات تولیدی ایجاد می‌کند.

مدل استریولیتوگرافیکی جمجمه انسان

پردازش نور دیجیتال Digital Light Processing (DLP)​

این فناوری مثل استریولیتوگرافی با فوتوپلیمر کار می‌کند. تفاوت عمدهٔ این دو روش در منبع تابش پرتو آن‌هاست. در «فرایند تابش نور» از یک منبع نور معمولی استفاده می‌شود، به‌همراه یک صفحهٔ LCD یا DMD که تمام سطح مخزن حاوی رزین فوتوپلیمر را در یک لحظه تحت‌تأثیر قرار می‌دهد و در واقع هر لایه را در یک لحظه می‌سازد و به‌همین‌دلیل عموماً از فناوری استریولیتوگرافی سریع‌تر است.

همانند استریولیتوگرافی، فناوری دی‌ال‌پی قطعاتی با دقت بسیار عالی می‌سازد و همچنین مشکلات مشابهی نیز دارند. یکی از مزایای این روش نسبت به استریولیتوگرافی آن است که در فرایند تابش نور به یک مخزن حاوی رزین با عمق بسیار کم نیاز است. این باعث کاهش هزینه و صرفه‌جویی در هدررفت مواد اولیه می‌شود.

استریولیتوگرافی پوششی Mark Stereo Lithography (MSTL)

فناوری استریولیتوگرافی پوششی شبیه به «استریولیتوگرافی» معمولی و «فرایند تابش نور» است، اما از روش متفاوت برای تولید قطعات استفاده می‌کند. در این روش، یک منبع نور گستردهٔ موازی در زیر یک فیلم کریستال ترانزیستوری و TFT قرار می‌گیرد. فیلم ترانزیستوری، با ایجاد لایهٔ ماسک، نور را پردازش و در نقاط مشخص از خود عبور می‌دهد و در دیگر نقاط از عبور نور جلوگیری می‌کند. ازاین‌رو، این روش «استریولیتوگرافی پوششی» نام‌گذاری شده است.

چاپگر استریولیتوگرافی پوششی با رزین فوتوپلیمر قطعاتی با دقت بسیار عالی می‌سازد و مانند فناوری‌های DLP و SLA از رزین‌های فوتوپلیمر استفاده می‌کند، اما مانند آن‌ها مشکلات زوم و فکوس و تنطیمات کالیبره‌کردن نوری و پروژکتور را ندارد.

• چاپگرهای سه‌بعدی MSLA با قیمت مناسب‌تر از فناوری‌های پیچیده‌ای مانند DLP و SLA لیزری در بازار عرضه شده‌اند.
• این فناوری توسط شرکت‌های چینی به نام «LCD 3DPrinter» تولید انبوه شد، که تا زمانی بسیار نامرغوب بودند؛ اما شرکت‌های بزرگی از آمریکا و سنگاپور مانند Structo و UNIZ و nexa از تولیدکنندگان اصلی این محصول در جهان هستند.

 

[mah.s.a]

ساخت با رشته‌های مذاب Fused Filament Fabrication (FFF)​

ساخت به کمک رشتهٔ مذاب | ۱- رشته یا فیلامنت ۲- کِشندهٔ رشته یا اکسترودر ۳- افشانک داغ شده ۴- قطعهٔ چاپ شده ۵- صفحهٔ نگهدارندهٔ قطعه
ساخت رشته‌های مذاب، که با نام تجاری اف‌دی‌ام fused deposition modeling (FDM) شناخته می‌شود، پرکاربردترین روش چاپ «اکستروژن ماده» است. چاپ سه‌بعدی از طریق ریختن ترموپلاستیک مذاب و تشکیل لایه‌ها آسان‌ترین و معمول‌ترین فناوری‌های چاپ سه‌بعدی است. سابقاً دستگاه‌های FDM مثل امروز پرکاربرد نبودند و شرکت Stratasys به تولید صنعتی آن‌ها می‌پرداخت، ولی از سال ۲۰۰۹ میلادی دستگاه‌های خانگی و دست‌ساز ظهور کردند و هم‌اکنون با وسعت زیادی در حال پیشرفت هستند.

روش کاری این دستگاه به‌نحوی است که یک رشتهٔ پلاستیک وارد دستگاه می‌شود و در دمای بالایی از نوک افشانک به‌صورت ذوب‌شده بیرون می‌آید و هر لایه را با این مواد مذاب شکل می‌دهد، استحکام لایه‌ها به نحوهٔ سفت شدن آن‌ها و میزان تماس با لایه‌ها قبلی بستگی دارد. این فناوری درهرصورت، برای چاپ قطعات دارای برآمدگی و فرورفتگی، به پایه‌های حمایتی نیاز دارد و بعد از اتمام چاپ نیز سطح آن باید پرداخت شود.

تف‌جوشی گزینشی لیزر (Selective Laser Sintering (SLS​

نوشتار اصلی: پخت لیزری انتخابی
تف‌جوشی گزینشی لیزر به کمک یک لیزر و ذوب و سپس جامد کردن لایه‌ها از مواد اولیه پودری محصول نهایی را شکل می‌دهد. در این فرایند، به‌جای هدِ افشانک‌ها و پیوندهٔ مایع، اشعه‌های به‌دقت‌هدایت‌شده‌ای از لیزر داریم که با ایجاد حرارت پودر را در نقاط مختلف، بنا به اقتضای طرح، می‌گدازند و می‌سوزانند. چاپگرهای اس‌ال‌اس معمولاً با مواد اولیه‌ای از جنس پودر پلاستیک، و یا آمیخته‌ای از فلز و پیونده کار می‌کنند؛ که در مورد دوم، ممکن است لازم باشد شیء چاپ‌شده، برای رسیدن به استحکام بیشتر، در کوره حرارت ببیند و سپس براده‌برداری و صاف‌کاری شود.

این نوع چاپگر دارای دو بستر است که، هنگام شروع فرایند چاپ، لیزر طرح اولین لایه از جسم را روی پودر می‌اندازد و سطح ماده تف‌جوش می‌شود. مادامی‌که اولین لایه مستحکم شد یکی از بسترها به‌آرامی پایین می‌آید و بستر دیگر که در جهت عکس (بالا) حرکت می‌کند و با کمک غلتک یک لایه از پودر را روی بستر دیگر به‌صورت همگون پخش می‌کند و سپس روی لایهٔ جدید لیزر دوباره اقدام به تف‌جوشی می‌کند و با ادامهٔ این روند به محصول نهایی می‌رسیم.

• اس‌ال‌اس بیشتر کاربرد چاپ سه‌بعدی صنعتی دارد. بااین‌حال، اکنون نسخه‌های رومیزی آن نیز در بازار یافت می‌شود و به نظر می‌رسد بیش از پیش به سمت عامه‌ پسند شدن حرکت کند. مواد اولیهٔ این فناوری شامل پلاستیک‌های متنوعی همچون پلی‌آمید (نایلون)، پلی‌استایرن (polystyrenes) و thermoplastic elastomers می‌شود.
• اس‌ال‌اس به‌طور گسترده برای ساخت نمونه‌های اولیه و سایر قطعات در سطح محصول نهایی استفاده می‌شود. بزرگ‌ترین مزیت تف‌جوشی گزینشی لیزر آزادیِ طراحی است؛ پودر ذوب‌نشدهِ اضافی به‌عنوان یک ساپورت برای ساختاری که تولید شده عمل می‌کند. این باعث می‌شود بتوانیم شکل‌های پیچیده‌ای را بدون احتیاج به ساپورت چاپ کنیم.

 

[mah.s.a]

تف‌جوشی مستقیم لیزر فلز Direct Metal Laser Sintering (DMLS)​

مراحل پس‌تولید تف‌جوشی گزینشی لیزر می‌تواند در شیوهٔ تف‌جوشی مستقیم لیزر فلز (دی‌ام‌ال‌اس) تقلیل یابد. در این شیوه اشعهٔ نیرومندی از لیزر با ذوب کردن پودر نرمی از فلز آن را به شکلی یکپارچه و کمال‌یافته‌تر بدل می‌کند ـ بی آنکه از هیچ پیونده‌ای در این فرایند استفاده شود.

ذوب با پرتو الکترون (Electron Beam Melting (EBM​

نوع دیگر این چاپگرها ذوب پرتو الکترون (ای‌بی‌ام) نام دارد. این فناوری نوع دیگری از تولید افزایشی برای قطعات فلزی است که در ابتدای قرن حاضر توسط Arcam AB ساخته شد. در این روش نیز مادهٔ اولیه به‌صورت پودر است. ولی دستگاه لیزر جای خودش را به تفنگ الکترونی می‌دهد، که از طریق پرتاب پرقدرت الکترون‌ها به مادهٔ اولیه در شرایط خلأ فرایند چاپ سه‌بعدی انجام می‌شود. مادهٔ اولیه، در ذوب پرتو الکترون، پودر فلزی است که در اثر تابش پرتو الکترونی که توسط کامپیوتر کنترل می‌شود، ذوب و لایه‌به‌لایه تا تشکیل نهایی قطعه ادامه می‌یابد. برخلاف تف‌جوشی لیزر در این روش پودر فلزی به‌طور کامل ذوب می‌شود. این روند معمولاً در دماهای بالا (تا ۱۰۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد) انجام می‌شود.

• کاربرد ای‌بی‌ام عمدتاً در ایمپلنت‌های پزشکی و صنعت هوافضا است.
• این روش، در مقایسه باتف‌جوشی لیزر، نسبتاً کند و گران است. دسترسی محدود به مواد اولیه‌اش از دیگر معایب این روش است.
• پیشرفته‌ترین چاپگرهای دی‌ام‌ال‌اس و ای‌بی‌ام می‌توانند از پسِ ساخت محصول نهایی مترقی‌ای از جنس استیل، تیتانیوم و آلیاژهای کبالت و کروم برآیند.
• در حال حاضر، مواد استفاده‌شونده در این روش تیتانیوم تجاری، Inconel 718 و Inconel 625 است

 

[mah.s.a]

تف‌جوشی مستقیم لیزر فلز Direct Metal Laser Sintering (DMLS)​

مراحل پس‌تولید تف‌جوشی گزینشی لیزر می‌تواند در شیوهٔ تف‌جوشی مستقیم لیزر فلز (دی‌ام‌ال‌اس) تقلیل یابد. در این شیوه اشعهٔ نیرومندی از لیزر با ذوب کردن پودر نرمی از فلز آن را به شکلی یکپارچه و کمال‌یافته‌تر بدل می‌کند ـ بی آنکه از هیچ پیونده‌ای در این فرایند استفاده شود.

ذوب با پرتو الکترون (Electron Beam Melting (​

نوع دیگر این چاپگرها ذوب پرتو الکترون (ای‌بی‌ام) نام دارد. این فناوری نوع دیگری از تولید افزایشی برای قطعات فلزی است که در ابتدای قرن حاضر توسط Arcam AB ساخته شد. در این روش نیز مادهٔ اولیه به‌صورت پودر است. ولی دستگاه لیزر جای خودش را به تفنگ الکترونی می‌دهد، که از طریق پرتاب پرقدرت الکترون‌ها به مادهٔ اولیه در شرایط خلأ فرایند چاپ سه‌بعدی انجام می‌شود. مادهٔ اولیه، در ذوب پرتو الکترون، پودر فلزی است که در اثر تابش پرتو الکترونی که توسط کامپیوتر کنترل می‌شود، ذوب و لایه‌به‌لایه تا تشکیل نهایی قطعه ادامه می‌یابد. برخلاف تف‌جوشی لیزر در این روش پودر فلزی به‌طور کامل ذوب می‌شود. این روند معمولاً در دماهای بالا (تا ۱۰۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد) انجام می‌شود.

• کاربرد ای‌بی‌ام عمدتاً در ایمپلنت‌های پزشکی و صنعت هوافضا است.
• این روش، در مقایسه باتف‌جوشی لیزر، نسبتاً کند و گران است. دسترسی محدود به مواد اولیه‌اش از دیگر معایب این روش است.
• پیشرفته‌ترین چاپگرهای دی‌ام‌ال‌اس و ای‌بی‌ام می‌توانند از پسِ ساخت محصول نهایی مترقی‌ای از جنس استیل، تیتانیوم و آلیاژهای کبالت و کروم برآیند.
• در حال حاضر، مواد استفاده‌شونده در این روش تیتانیوم تجاری، Inconel 718 و Inconel 625 است.

 

[mah.s.a]

ماده‌پرانی (Material Jetting (PolyJet and MultiJet Modeling​

این فناوری‌ها شباهت زیادی به فناوری‌های جوهرافشان دارند؛ با این تفاوت که به‌جای جوهرافشانی روی کاغذ، این مدل از چاپگرهای سه‌بعدی لایه‌های فوتوپلیمر را روی یک سینی ساخت (build tray) پخش می‌کنند و سپس با پرتو فرابنفش آن را درست می‌کند.

فرایند ساخت هنگامی‌که چاپگر مواد مایع را روی سینی ساخت می‌پاشد (jetting) شروع می‌شود. این جت‌ها توسط اشعهٔ فرابنفشی که قطرات کوچک از مایع فوتوپلیمر را اصلاحاً cure می‌کند دنبال می‌شوند. هنگام تکرار این فرایند، این لایه‌های نازک بر روی سینیِ ساخت یک شیء دقیق را می‌سازند، که در آن برآمدگی‌ها و فرم‌های پیچیده نیاز به ساپورت دارند. به این منظور، از یک مادهٔ پشتیان ژل‌مانند که موقتاً به قطعهٔ محصول می‌چسبد و به‌راحتی بعد از چاپ جدا می‌شود استفاده می‌شود.

• کاربردهای این چاپگر صنعتی است. مواد انتخابی شامل فوتوپلیمرهای مایعی می‌شود، که محصول نهایی را می‌سازند و صفاتی مانند انعطاف‌پذیری، شفافیت، و سختی را در محصول نهایی از این می‌بینیم. دستگاه‌های پیشرفته‌تر حتی می‌توانند از جت‌های متعدد برای ترکیبی از خواص مواد و رنگ‌های مختلف استفاده کنند.
• این روش مزایای بسیاری برای قالب‌سازی فوری و نمونه‌سازی دارد و به کاربر اجازه می‌دهد تا نمونه‌های اولیه‌ای واقع‌بینانه و کاربردی با جزئیات عالی ایجاد کند. دقیق‌ترین دقت این فناوری تا ۱۶ میکرون (نازک‌تر از موی انسان) است.

پیونده‌پرانی (Binder Jetting)​

این فناوری بسیار شبیه به تف‌جوشی گزینشی لیزر است. به‌نحوی که چاپگر از لایه‌های نازک مواد پودری برای ساختن محصول نهایی استفاده می‌کند؛ ولی به جای لیزر و عمل تف‌جوشی لایه‌ها، این چاپگر، با کمک افشاندن و اتصال پیونده، پودرهای هر لایه را می‌سازد.

این پیونده از یک یا چند افشانک بیرون می‌آید. فرایند چاپ با پخش مواد پیونده از افشانک و اتصال پودرها، طبق طرح، در هر لایه شروع می‌شود. پس از اتمام یک لایه، بسترِ چاپ به سمت پایین حرکت می‌کند و همانند فرایند SLS بسترِ دیگری به اندازهٔ یک لایه بالا می‌آید و پودرریز لایهٔ پودر را از روی آن به روی محفظهٔ چاپ هدایت می‌کند و لایهٔ جدید به‌صورت یکنواخت روی سطح لایهٔ قبلی ایجاد می‌شود. سپس طرح این لایه نیز توسط سیستم پیونده زده می‌شود و با ادامه یافتن این فرایند محصول به‌دست می‌آید.

سپس پودرهای اضافی از جسم جدا می‌شود و به‌وسیلهٔ یک چسب برای استحکام پوشش داده می‌شود و از تغییر رنگ ناخواسته نیز جلوگیری می‌شود.

• این فناوری کاربرد صنعتی گسترده‌ای دارد. در چاپ سه‌بعدی تمام‌رنگی ازاین‌روش استفاده می‌شود و معمولاً پودر آن نوعی ماسه‌سنگ است.
• این روش کاربرد زیادی در مجسمه‌های رنگی و مدل‌های معماری دارد. فرایند چاپ نسبت به تف‌جوشی گزینشی لیزر انرژی کمتری مصرف می‌کند، اما استحکام نمونه‌های چاپ کمتر است.
• مزیت‌های چاپ پرجزئیات و مسائل مربوط به ساپورت در آن مشابه SLS است.

 

[mah.s.a]

تف‌جوشی و ذوب لیزری (Laser Sintering/Melting)​

دو واژهٔ تف‌جوشی و ذوب لیزری اصطلاحاتی هستند قابل جایگزین‌شدن، که عموماً به چاپگرهای سه‌بعدی‌ای اطلاق می‌شوند که با پودر مادهٔ اولیه و لیزر کار می‌کنند. لیزر با توجه به داده‌های مربوط به چاپگر سه‌بعدی در صفحهٔ X-Y، که حاوی پودر فشرده پیماش می‌کند و لایه‌های طرح نهایی را ترسیم می‌کند. بعد از تابش لیزر به پودر مورد نظر ماده پخت یا ذوب می‌شود که در هر دو صورت در نهایت منجر به سفت شدن آن بخش از پودر می‌شود. بعد از اتمام هر لایه پودر تدریجاً به سمت پایین حرکت می‌کند و یک غلتک سطح پودر جدید را هموار می‌ند و صفحه آماده می‌شود تا لیزر لایهٔ جدید را بر روی آن شکل بدهد.

در این فناوری بسیار مهم است که دما به‌صورت دقیق حفظ شود و در طول فرایند در نقطهٔ ذوب پودر مورد نظر قرار داشته باشد. بعد از اتمام کامل قطعه آن را از داخل دستگاه بیرون می‌آورد و پودرهای باقیماندهٔ داخل آن را به‌وسیلهٔ باد یا ضربه خارج می‌کنند. یکی از مزیت‌های مهم این فناوری عدم نیاز آن به ساختار حمایتی برای طرح‌هایی که برآمدگی یا فرورفتگی دارند است و این نقش را پودر فشرده‌ای که پخت نشده بر عهده دارد و این امکان ساخت طرح‌های پیچیده‌ای که با روش‌های دیگر نمی‌توان ساخت را به طراح می‌دهد.

در این فناوری از پلاستیک و فلز می‌توان استفاده کرد، البته برای کار با فلز به لیزر بسیار قوی‌تری جهت پخت و دمای بالاتری جهت قرار دادن فلز در دمای ذوب نیاز است.

ساخت ورق‌چینی‌شده (Laminated Object Manufacturing (LOM​

چاپگر LOM از ورقه‌های چسب‌دار استفاده می‌کند، که در طول صفحهٔ کار و غلتک گرم قرار داده شده‌است. غلتک گرم، با عبور از روی ورقه، چسب آن را ذوب می‌کند. سپس لیزر اندازه‌های دلخواه از قطعه را ترسیم می‌کند. پس از اتمام لایه‌ها، صفحهٔ کار به اندازهٔ یک‌شانزدهم اینچ به سمت پایین حرکت می‌کند. ورقهٔ جدیدی از مواد در طول بستر کشیده می‌شود و توسط غلتک داغی به آن می‌چسبد. این روند بارها و بارها تکرار می‌شود، تا زمانی‌که قطعه به‌طور کامل چاپ شود. پس از جدا شدن مواد اضافی، می‌توان قطعه را سمباده کشید یا رنگ‌آمیزی کرد. اگر در طول چاپ از مواد کاغذی استفاده شود، قطعه مشخصاتی مانند چوب پیدا می‌کند، که باید در مقابل رطوبت محافظت شود. دراین‌صورت رنگ کردن قطعه می‌تواند اقدام مساعدی باشد.

• با اینکه LOM پرطرفدارترین شیوهٔ چاپ سه‌بعدی نیست، اما یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین و سریع‌ترین روش‌هاست. هزینه چاپ، به دلیل ارزان بودن مواد خام، پایین است.
• با استفاده از روش ساخت ورق‌چینی‌شده امکان چاپ قطعات نسبتاً بزرگ وجود دارد.
• در حال حاضر، Cubic Technologies، جانشین شرکت Helisys، سازندهٔ اصلی چاپگرهای LOM است. این روزها شرکت‌های زیادی نیستند که از این فناوری استفاده کنند، اما خالی از لطف نیست که به شرکت ایرلندی Mcor Technologies Ltd، فروشندهٔ چاپگرهای سه‌بعدی LOM اشاره‌ای کنیم. دستگاه‌های این کارخانه به‌طور گسترده‌ای توسط هنرمندان، معماران و توسعه دهندگان محصولات به‌منظور ساخت پروژه‌های قابل اجرا با کاغذهای نامهٔ معمولی استفاده می‌شوند.