پرینت سه بعدی یک تکنولوژی در جهان است که برای تولید قطعات مختلف به کار می‌رود. امروزه ما با کمک پرینت سه بعدی قادر به تولید بسیاری از قطعات هستیم. روش‌های مختلفی برای تولید قطعه با پرینتر سه بعدی در جهان وجود دارد و هر روش، مزیت‌ها و محدودیت‌های متفاوتی دارد.
امروزه در دنیا دست کم ۲۵ تکنیک برای تولید قطعه با پرینت سه بعدی وجود دارد که حدود ۱۰ مورد از آنها در جهان تجاری شده و در بازار و صنعت قطعه‌‌سازی رایج شده است.
مراحل مختلفی در پرینت سه بعدی یک قطعه وجود دارد. در این مقاله سعی می‌کنیم تا شما را با پرینت سه بعدی، مراحل تولید قطعه با چاپگر سه بعدی، طراحی مدل‌های سه بعدی در نرم‌افزارهای مربوطه آشنا کنیم و در خصوص هر یک از موارد ذکر شده، اطلاعات مختصری را توضیح دهیم.
جهت راحتی شما مخطابان گرامی خلاصه این مقاله در قالب یک فایل صوتی آماده شده است که میتوانید با اجرا کردن فایل زیر را آن بشنوید.
فهرست مطالب
فرآیند تولید قطعه با پرینتر سه بعدی شامل مراحل متعددی است که در ادامه به بررسی هر یک می‌پردازیم:
طراحی مدل‌های سه بعدی در نرم‌افزار مربوطه
برای تولید یک قطعه با چاپگر سه بعدی مراحل مختلفی وجود دارد. در اولین مرحله، شما باید بدانید که دقیقاً می‌خواهید چه قطعه و چه مدلی را تولید کنید. به منظور تولید قطعه، ابتدا باید شکل قطعه مورد نظر را در یکی از نرمافزارها به صورت سه بعدی طراحی کنید.
نرم‌افزارهای نقشه‌کشی سه بعدی Catia و solid works هستند. با توجه به پیشرفت تکنولوژی امروزه نرم‌افزارهای مختلفی مانند نرم‌افزارهای ZBrush ،On shape ،Solid work ،Blender، inventor و… برای طراحی سه بعدی قطعات وجود دارند که هر یک از این نرمافزارها، ویژگی‌های خاص خودشان را دارند و در انجام بعضی فعالیت‌ها نسبت به بقیه نرمافزارها پیشی می‌گیرند؛ بنابراین نمی‌توان گفت که کدام نرم‌افزار نسبت به بقیه نرمافزارها برتری دارد. چرا که هر کدام برای فعالیت خاصی طراحی شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شما نیز بهتر است متناسب با فعالیت خود و شرایط و محیط کاری یکی از نرمافزارها را انتخاب کنید. از بین این نرمافزارها، Catia بیشتر از بقیه محبوب است. این نرم‌افزار تمامی قابلیت‌های مناسب یک افزار طراحی سه بعدی را دارد که شامل مونتاژ قطعات ساده و پیچیده و مدلسازی آنها، تهیه کردن نقشه‌های سه نما از طرح مهندسی معکوس و … می شود.
در طراحی مدل داخل نرم‌افزار باید به یک سری نکات توجه شود تا قطعه‌ای بی‌عیب و نقص ساخته شود. باید در همه مراحل طراحی این مساله را در نظر بگیرید که طرح شما قرار است به یک قطعه واقعی تبدیل شود و از این جهت باید تمامی قطعات طراحی شده دارای ضخامت مناسبی باشند.
قطعات طراحی شده باید بدون تداخل باشند، باید سطح داخلی و خارجی قطعات کاملا مشخص باشد که معمولاً این کار را خود نرم‌افزار انجام می‌دهد. نکته دیگری که باید در تولید قطعه و چاپگر سه بعدی به آن توجه کرد، این است که قسمت‌های نازک و باریک، توان تحمل قسمت‌های دیگر را ندارد؛ پس باید در طراحی دقت کنید.
پس از طراحی مدل مورد نظر و رعایت نکات ساخت، باید آن را با پسوند stl ذخیره کنیم. با فرمت‌های stl و obj می‌توان مدل طراحی شده را به نرم‌افزار وارد کرد و از مرحله طراحی سه بعدی به مرحله تولید انتقال داد. اگر نرم‌افزار در این فرمت‌ها نباشد، نمی‌توان آن را وارد نرم‌افزار اسلایسر کرد.
اکنون شما مدل سه بعدی قطعه طراحی شده خود را دارید، اما مدل طراحی شده را نمی‌توان به طور مستقیم به صورت سه بعدی پرینت کرد. شما باید طرح سه بعدی خود را وارد نرم‌افزارهای اسلایسر کنید.
نرم‌افزارهای اسلایسینگ مانند واسطه‌ای بین طراحی مدل سه بعدی و پرینتر سه بعدی هستند و مدل طراحی شده را آماده تولید قطعه می‌کنند. نرم‌افزار اسلایسر، خروجی نرم‌افزار طراحی سه بعدی را به فرمتی تبدیل می‌کند که برای پرینت سه بعدی قابل خواندن باشد.
این نرم‌افزار علاوه بر موارد بالا، برخی ویژگی‌های دیگری مثل میزان استفاده از ماده، عملکرد فن‌های خنک‌کننده و سرعت آنها، دقت پرینت و… را نیز مشخص و مدیریت می‌کند. امروزه نرم‌افزارهای مختلف اسلایسر وجود دارند که بین آنها، کیورا مناسب‌ترین است.
نرم‌افزار کیورا، فرمت obj و stl و چند فرمت دیگر را پشتیبانی می‌کند. این نرم‌افزار در بین افراد حرفه‌ای بسیار محبوب است. با نرم‌افزار کیورا قادر خواهید بود برخی از مشکلات مدل سه بعدی را نیز اصلاح کنید.
در این نرم‌افزار، فرایند چاپ، نوع متریال و زمان پرینت هم قابل تنظیم است. برخی نرم‌افزارهای اسلایسر دیگر هم مانند نرم‌افزار simplify3d وجود دارند که در ایران محبوبیت بسیاری دارند. این نرم‌افزار امکانات بسیار عالی دارد و اسلایسینگ آن قوی و حرفه‌ای است.
نرم‌افزار matter control یکی دیگر از نرم‌افزارهای اسلایسر است. از ویژگی‌های مثبت این نرم‌افزار، قدرت آزمایش و مقایسه ایده‌آل آن است. این نرم‌افزار، ساختار موتور پردازشی قدرتمند‌تری نسبت به cura و matter sliser را دارد.
این نرمافزارها مدل سه بعدی را آماده چاپ کرده و خروجی را به صورت G code به پرینتر سه بعدی تحویل می‌دهند. G code فرمت چاپ توسط پرینتر سه بعدی است. نرم‌افزارهای اسلایسینگ، در تولید قطعه با پرینت سه بعدی اهمیت زیادی داشته و در کیفیت نهایی تاثیر عمیقی به همراه دارند.
ورودی پرینتر باید فایل با فرمت G code باشد. فایل G code از نرم‌افزار اسلایسر استخراج می‌شود. برای تولید قطعه با پرینت سه بعدی، باید با نحوه کار نرم‌افزارهای اسلایسر آشنایی کافی داشته باشید تا خروجی مطلوبی از این نرم‌افزار به دست آورید.
کدهای خروجی از نرم‌افزار، به صورت یک فایل اجرایی توسط دستگاه به دو صورت به پرینتر سه بعدی منتقل می‌شوند به طوری که یا از طریق پورت USB کامپیوتر به پرینتر وصل می‌شوند؛ یا اینکه از طریق کارت SD به طور غیرمستقیم وصل شده و پرینتر فایل مربوطه را دریافت می‌کند.
پرینتر سه بعدی، کدهای G code را می‌خواند و به صورت خط به خط مدل طراحی شده، بر روی سطح پلتفرم اکسترود می‌کند. پلتفرم نگهدارنده قطعات تولید شده، به واسطه پرینتر سه بعدی تنظیم شده است. به این ترتیب، قطعه کم کم به سمت ساخته شدن پیش می‌رود. طراحی و تولید قطعات ساخته شده با دقت بسیار بالایی صورت می‌گیرد و به صورت سه بعدی تولید می‌شود.
کنترل infill patterns بر روی مواد مصرفی، استحکام مدل تولید شده و نیز زمان چاپ مدل طراحی شده تاثیر بسیاری دارد. نرم‌افزار کیورا به صورت پیش فرض هر لایه از مدل را در یک جهت مورب پر می‌کند.
این لایه‌ها به شکل شبکه‌های توری بر روی هم قرار می‌گیرند تا یک مدل ساخته شود. دلیل قرار گرفتن لایه‌ها بر روی هم به صورت توری، استحکام مدل بدون استفاده از مواد زیاد است. در حال حاضر استفاده از این روش، یکی از سریع‌ترین راه‌ها در تولید قطعه با چاپگر سه بعدی است.
الگوی پر شوندگی کیورا به طور استاندارد برای بیشتر قطعات هندسی مناسب است. در برخی از موارد، ممکن است الگوی پیش فرض به اندازه کافی مستحکم نبوده و مناسب کار ما نباشد، در چنین شرایطی می‌توان از الگوهای پر شوندگی مختلفی که کیورا ارائه می‌دهد، استفاده کرد. کیورا ۱۳ الگوی پر شوندگی متفاوت دارد، که در ادامه به توضیح مختصر آنها می‌پردازیم:
دقت و درصد پر شوندگی در هر کدام از الگوها مختلف بوده و با توجه به نوع کاربرد قطعه تولید شده ممکن است متفاوت باشد. اگر قطعه برای اهداف تزئینی و زیبایی استفاده شود، می‌توان از الگوهایی استفاده کرد که از مواد مصرفی کمتری استفاده می‌کند و سرعت چاپ آن بیشتر خواهد بود. همچنین از سطح بالایی پشتیبانی می‌کند.
الگوی Grid برای تولید قطعه با پرینتر سه بعدی از مواد بیشتری استفاده می‌کند، اما سرعت کمتری دارد. در مقابل استحکام قطعات تولید شده بیشتر بوده و قدرت بیشتری نیز خواهد داشت.
به منظور پیشبرد اهداف مکانیکی، استفاده از الگوی کوبیک و چهار گوشه‌ای انتخاب مناسبی است؛ چرا که در قطعه تولید شده خواص مکانیکی ایزوتروپیک بهتری وجود دارد. همچنین میتوانید از ساپورت داخلی عالی قطعه بهره‌مند شوید.
به منظور انتخاب روش مناسب تولید قطعه با پرینت سه بعدی، عوامل مختلفی ممکن است تاثیرگذار باشند. در ادامه به بررسی این عوامل می‌پردازیم:
قیمت نهایی، یکی از موضوعات مهمی است که مشتریان بر سر آن همیشه با چالش‌هایی مواجه می‌شوند. در بحث تولید قطعه با چاپگر سه بعدی ممکن است عوامل مختلفی دخیل باشند. عواملی چون هندسه، ابعاد، جنس و تعداد قطعات تولید شده می‌توانند در قیمت نهایی قطعه تاثیر بگذارند و در نهایت نظر مشتری را تغییر دهند.
پس از قیمت قطعه تولید شده، زمان تحویل مهم‌ترین عامل در تصمیم‌گیری مشتری برای انتخاب روش ساخته قطعات پرینت سه بعدی است.
گاهی اوقات ممکن است مشتری نیاز به قطعه‌ای داشته باشد که در دمای بالا مقاومت مناسبی از خود نشان دهد یا اینکه مقاومت شیمیایی بالایی داشته باشد و … بسته به شرایط و محیطی که قرار است قطعه مورد نظر در آن استفاده شود، مواد به کار رفته در آن نیز امکان دارد تفاوت داشته باشد که این موضوع هم می‌تواند در تصمیم‌گیری مشتری برای روش ساخت قطعه تاثیر بگذارد.
هر روش ساخت و تولید قطعه با پرینت سه بعدی می‌تواند در شکل و جلوه ظاهری قطعه تاثیر بگذارد، که مشتری بنا به نیاز خود می‌تواند هر یک از روش‌ها را انتخاب کند.
بعضی از قطعات در تولید با پرینت سه بعدی نیازمند دقت بیشتری هستند. بسته به قطعه و شکل و جزئیاتی که دارد، مشتری ممکن است روش‌های ساخت متفاوتی را انتخاب کند. به عنوان مثال ممکن است یک قطعه نیازمند رعایت دقت در یک محدوده خاص باشد که مشتری باید روش متناسب با آن محدوده را انتخاب نماید.
دقت ابعادی در پرینتر سه بعدی نزدیک بودن اندازه مدل پرینت شده در پرینتر به مدلی است که از قبل طراحی شده باشد در صورتی که بین اندازه مدل پرینت شده و طراحی شده قابل توجه باشد، یعنی مشکلی در دقت ابعادی وجود دارد و عوامل مختلفی ممکن است موجب بروز مشکل دقت ابعادی شوند.
در نظر داشته باشید که علم هایی مانند علم مکانیک الکترونیک نرم‌افزار و مواد باید دست به دست هم دهند تا دقت ابعادی در یک پرینتر سه بعدی افزایش یابد بنابراین چنین بروز مشکلاتی به دلایل مختلفی رخ دهد و گفتن این دلایل بسیار دشوار است اما به طور عمده دلایلی مانند وجود نقص در سیستم های مکانیکی بکار رفته در پرینتر سه بعدی یا بروز خطاهای الکترونیکی در سیستم الکترونیک ممکن است بر عملکرد دستگاه پرینتر سه بعدی تاثیر داشته باشند و موجب بروز چنین مشکلاتی شوند.
زمانی که مش‌بندی در پرینت سه بعدی درشت باشد یا اینکه زوایای مش‌بندی بزرگ باشند، بدون شک مدل نهایی پرینت سه بعدی خطاهای زیادی خواهد داشت. در مقابل در صورتی که مش‌بندی ریز باشد و زوایای آن کوچک باشد، فایل حجم بسیار زیادی خواهد داشت، اما طبیعتا دقت آن افزایش می‌یابد. به منظور رفع این مشکل بهتر است از مش‌بندی مناسب با دقت موردنیازتان استفاده کنید تا مشکلی پیش نیاید.
راه‌حل دیگر این است که تنظیمات نرم‌افزار اسلایسر را اصلاح نمایید. پس از اینکه مش‌بندی مناسب قطعه را انتخاب نمودید، باید اطلاعات لازم را در نرم‌افزار اسلایسر وارد کنید و تنظیمات پرینت را انجام دهید.
در این مرحله باید دقت کنید که پارامترهای مختلفی چون نرخ تزریق مواد، قطر سوراخ نازل و سرعت پرینت می‌توانند در دقت ابعادی نمونه تاثیر بگذارند. استفاده از نازل با قطر سوراخ کوچک‌تر و کاهش دادن سرعت پرینت می‌توانند در افزایش دقت ابعادی در تولید قطعه با چاپگر سه بعدی تاثیر جدی بگذارند.
از دیگر عوامل مهم و تاثیرگذار در دقت ابعادی نمونه، بحث سیستم‌های مکانیکی است که در پرینتر سه بعدی استفاده می‌شود. بروز هرگونه خطایی در سیستم مکانیکی می‌تواند موجب ایجاد خطا در عملکرد پرینتر سه بعدی شده و دقت ابعادی مدل را کاهش دهد.
به منظور کاهش این گونه خطاها نیز توصیه می‌شود از تسمه‌های استفاده شده را از نظر سفتی مورد بررسی قرار دهید. همچنین توصیه می‌شود روغن کاری قسمت‌های متحرک سیستم با دقت زیادی صورت گیرد تا اصطکاکی بین آنها ایجاد نشود و موجب بروز خطا نگردد.
یک راه‌حل دیگر استفاده از روش سعی و خطا است. برای انجام این روش ابتدا باید یک فایل تست حاوی دیواره، سطح صاف و سوراخ را در پرینتر سه بعدی پرینت کنید. سپس ابعاد آن را اندازه‌گیری کنید.
در مرحله بعد، خطاهای ابعادی را یادداشت کنید و در پرینت مرحله بعدی آنها را اعمال کنید و سپس پرینت را انجام دهید. سپس به این شکل مراحل را تکرار کنید تا به دقت موردنظر دست یابید. البته به نظر می‌رسد این روش مقداری زمان‌بر و انرژی‌بر است.
نکته پایانی
امروزه استفاده از پرینتر سه بعدی و تولید قطعه با چاپگر سه بعدی در صنعت برای مصارف مختلف، رواج پیدا کرده است. فرآیند تولید یک قطعه با پرینتر سه بعدی شامل اصول و مراحلی است که در این مطلب سعی شد به آنها پرداخته شود. دقت کنید که مسئله دقت در فرآیند تولید محصول با پرینتر سه بعدی بسیار اهمیت دارد. از این رو، در این مطلب نکاتی مهم را در این باره به شما عزیزان یادآوری کردیم.
