کمتر از یک دهه از تولید پرینتر های لیزری و از دور خارج شدن پرینترها سوزنی می گذرد و می توان گفت طی این مدت کیفیت خیره کننده پرینترهای لیزری همه کاربران را راضی نگه داشته است ولی هیچ کس حدس نمی زد که در کمتر از 10 سال پرینترهای به بازار خواهند آمد که قابل مقایسه با پرینترهای لیزری نیستند.
از این به بعد هر چیزی که تصورش را می کنید و در رایانه خود طرح سه بعدی آن را ایجاد می کنید، می توانید در عرض چند دقیقه در محیط خارج آن را داشته باشید.
شاید موضوع ساخت دستگاهی که از عکسهای ذخیره شده در رایانه پرینت هایی سه بعدی تهیه کند، بیشتر شبیه داستان های علمی – تخیلی باشد تا واقعیت.
آیا باور می کنید که پرینترهای سه بعدی می توانند برای مثال از عکس دیجیتالی یک توپ، توپی سه بعدی تهیه کنند؟
به نظر می رسد در دنیایی که ما در آن زندگی می کنیم هیچ چیز نمی تواند جلوی پیشرفت علم را بگیرد و ما باید هر روز منتظر شنیدن خبرهایی باور نکردنی از دستاوردهای بشری باشیم.
تا به حال 500 شرکت و مرکز آموزشی از پرینترهای شرکت z برای تولید ماکت استفاده کرده اند.شرکت z نام خود را به عنوان اولین تولید کننده پرینترهای سه بعدی ثبت کرده است در حال حاضر این شرکت تولید کننده سریع ترین پرینتر رنگی سه بعدی در دنیاست.
به گفته یکی از مسوولان این شرکت که در بوستون فعالیت می کند، یک پرینت سه بعدی از هزاران لایه تشکیل شده است و می تواند نوع ساختار و رنگ جسم مورد نظر را به طور واضح نشان هد البته سرعت عملکرد این پرینتر را با کمک مرکز تحقیقاتی m.i.t انجام داده است این شرکت هم اکنون نیز با این مرکز درحال همکاری است.
روش کار پرینترها به این صورت است که دستگاه بعد از بررسی و تجزیه عکس دیجیتالی مورد نظر شروع به کار کرد، پرینت عکس دیجیتالی را با پاشیدن چند لایه پودر روی هم تهیه می کند.درواقع این چاپگر سه بعدی قادر است با قرار دادن ذرات پودر جوهر خود، مدل سه بعدی تصاویر را تولید کند.
در نهایت پرینت تهیه شده روی کاغذ با روش لایه گذاری، دارای پست و بلندی هایی است که همین موضوع عکس دیجیتالی دوبعدی را به پرینت های سه بعدی تبدیل می کند.پرینت های تهیه شده با این روش علاوه بر این که سه بعدی هستند دارای کیفیت بسیار بالایی نیز هستند.
لایه های پودر رنگی به وسیله هدی که طراحی آن برگرفته از هد پرینترهای شرکت hp است روی کاغذ پاشیده می شوند و در پایان هر مرحله لایه گذاری یک لایه چسب مانند روی کل سطح قرار داده می شود این کار باعث می شود لایه ها به هم بچسبند و شکل به دست آمده از استحکاک بیشتری برخوردار باشد.
روش کار پرینترها به این صورت است که دستگاه بعد از بررسی و تجزیه عکس دیجیتالی مورد نظر شروع به کار کرد، پرینت عکس دیجیتالی را با پاشیدن چند لایه پودر روی هم تهیه می کند.درواقع این چاپگر سه بعدی قادر است با قرار دادن ذرات پودر جوهر خود، مدل سه بعدی تصاویر را تولید کند این نوع پرینت های سه بعدی همانطور که از نام آن پیداست، طرح خروجی سه بعدی دارد، یعنی شیء تولید می کند، پس دیگر در صفحه محدود نیست، که بخواهد به کاغذ محدود شود و آن هم نوع خاصی از کاغذ.
تا به حال 3 مدل از این پرینترها به بازار عرض شده است که بسته به نوع کاربری که دارند با یکدیگر تفاوت هایی در اندازه، کارکرد و شکل ظاهری دارند .
ارزان قیمت ترین این نوع پرینترها، نوع تک رنگ آن است (اصطلاح تک رنگ = سیاه و سفید!) که فعلا در بازار در حدود دو میلیون و پانصد هزار تومان سفارش داده می شود.
شایان ذکر است که مواد مصرفی (جوهر) این پرینترها نیز بسیار گران قیمت هستند.
در ضمن هر پرینتری ، چاپگر عطری است.
اگر چاپگر شما عطری نیست، فقط کافیست شیشیه عطر خود را داخل جوهر آن بریزید تا پرینت خوش بویی داشته باشید .
از کاربردهایی که برای این دستگاه ها در نظر گرفته شده، استفاده از این پرینترها در صنعت است.
این پرینترها می توانند اطلاعات لازم برای تهیه پرینت را از راههای مختلفی به دست آورند برای مثال یک شرکت تولیدی می تواند برنامه ای برای تهیه نمونه آزمایشی از یک قطعه خاص را به دستگاه بدهد و ماکت آن را در کمترین زمان ممکن به دست آورد جالب اینجاست که این دستگاه می تواند به جای استفادهاز پودر رنگ از هر پودر مناسب دیگری نیز استفاده کند از جمله این پودرها م توان به پودر گچ و پودر سرامیک اشاره کرد که در صورت استفاده از پودر سرامیک ماکت به دست آمده دارای پایداری و استحکام بیشتری است شرکتهای صنعتی به این نتیجه رسیده اند که استفاده از این روش برای تولید ماکت علاوه بر این که زمان کمتری صرف می کند، هزینه کمتری نیز به همراه خواهد داشت چرا که در این روش به طراحی و ساخت قالب برای تولید ماکت نیازی نیست ساخت قالبهای صنعت برای تولید نمونه های آزمایشی یکی از عملیا ت های پر هزینه برای شرکتهاست.
تا به حال 500 شرکت ومرکز آموزشی از پرینترهای شرکت z برای تولید ماکت استفاده کرده اند ، از جمله آنها می توان به شرکتهای خودروسازی بی.ام.و،دایملر،پورشه،فورد و همچنین شرکتهای سونی، آدیداس و کنون اشاره کرد همگی این شرکتها اعلام کرده اند در این روش هزینه و زمان کمتری برای تولید ماکت صرف می شود استفاده از این پرینترها در مراکز آموزشی نیز مقرون به صرفه تر است می توان از این دستگاه ها در دانشگاههای فنی که با تولید قطعات آزمایشی سروکار دارند استفاده کرد تاکنون دانشگاهای هاروارد.m.i.t و ییل و همچنین موسسه ناسا از این نوع پرینترها برای کارهای آموزشی – تحقیقاتی کم هزینه تر استفاده کرده اند چندین شرکت در سطح دنیا در تلاشند پرینترهایی بسازند که علاوه بر قابلیت گرفتن پرینت های سه بعدی دارای قیمت مناسبی نیز باشند تا کاربران عادی هم بتوانند از آنها استفاده کنند.
به گفته یکی از مسوولان شرکت z این شرکت قصد دارد با پیشرفت این فناوری کاری کند تا در چند سال آینده شاهد استفاده از این پرینترها در مغازه های خدمت تایپ و فتوکپی باشیم.
امروزه شاخصه های رقابت در دنیای صنعت ، تفاوت چشمگیری با گذشته های نه چندان دور پیدا کرده است و این امر مرهون ظهور فناوری های جدیدی است که هرروزه به صنعت جهانی عرضه می شود.
تا چندی پیش رسیدن به فناوری تولید یک محصول و داشتن امکانات کافی برای تولید آن ، فرصتی برای ورود به دنیای صنعت محسوب می شد و اگر این محصول با کیفیت و کمیت مناسب نیز عرضه می شد، تولید آن متضمن سالها حضور موفق در عرصه فروش بود.
اما امروز تنها کسانی شانس ورود و بقا در دنیای صنعت را دارند که اولا همگام با ظهور فناوریهای نو حرکت کنند، ثانیا تولید خود را با استفاده از این فناوریها در کمترین زمان ، با پایین ترین هزینه ، بهترین کیفیت و بالاترین تیراژ به بازار مصرف عرضه کنند.
فناوری نمونه سازی سریع یکی از جدید ترین فناوری هایی است که به جرات می توان گفت : سهم عظیمی در دگرگونی صنعت جهانی داشته و خواهد داشت.
این صنعت امروز جای خود را در تمامی صنایع از قبیل پزشکی ، هوافضا، خودروسازی ، جواهر سازی ، آرشیتکت و...
باز کرده است و هر روز به موفقیتهای جدید تری نیز دست پیدا می کند.
پژوهشگران دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی هم همگام با فناوری روز دنیا موفق به طراحی و ساخت دستگاه صنعتی نمونه سازی سریع شدند که قادراست در مدت زمان بسیار کوتاه و با هزینه پایین ، تصورات ذهنی یک طراح را به مدل فیزیکی قابل لمس تبدیل کند.نمونه سازی سریع (RP) فرآیندی برای ساخت مدل فیزیکی ، به صورت لایه لایه ، از روی مدل سه بعدی طراحی شده در محیطهای نرم افزاری (CAD) ، داده های خروجی از اسکنرهای ام.آر.آی و یا سی.تی اسکن و همچنین داده های حاصل از مهندسی معکوس است.
یکی از عوامل استقبال روز افزون صنعت از فناوری نمونه سازی سریع ، این است که داشتن یک مدل سه بعدی قابل لمس از یک طرح آن هم ظرف چند ساعت با هزینه نسبتا پایین ، بسیاری از نگرانی های طراحان و به دنبال آن هزینه های اضافی ناشی از اشتباهات طراحی را از بین می برد.
ارزیابی عملکرد، بازبینی ، تجسم ، مونتاژ، ابزارسازی ، ریخته گری و بازاریابی ، بیشترین موارد کاربرد مدلهای ساخته شده به این روش را به خود اختصاص می دهند.فرآیند ساخت به روش 3DP، با دریافت اطلاعات مربوط به مدل سه بعدی آغاز می شود.
سپس این طرح سه بعدی ، از سوی نرم افزار دستگاه ، به لایه هایی با ضخامت های مساوی از (150 تا 25) میکرون ، تبدیل می شود.پس از آن برای ساخت هر یک از این لایه ها، ابتدا یک لایه پودر توسط سیستم لایه نشانی به روی صفحه ساخت دستگاه نشانده می شود و با حرکت یک هد حاوی مایع بایندر (سخت کننده پلیمری) ، بر روی لایه های پودر و پاشش بایندر در نقاط مورد نیاز، مقطع مربوط به مدل در آن لایه شکل گرفته و بصورت صلب در می آید.
به این ترتیب با تکرار مراحل بالا برای لایه های بعدی ، تمامی لایه ها از پایین به بالا ساخته می شوند.
در نهایت می توان قطعه ساخته شده را پس از زدودن پودرهای اضافی ، از مخزن ساخت خارج کرد.این دستگاه به وسیله استفاده از فناوری پیزوالکتریک ، برای اولین بار در دنیا، دارای دقت ابعادی ، صافی سطح و کیفیت رنگ بالاتری در قطعات نهایی نسبت به تنها نمونه مشابه خارجی خود است.
همچنین برای افزایش دقت و کیفیت ، توانایی مکانیزم لایه نشانی دستگاه نیز تا حدود سه برابر افزایش یافته است.
(حداقل ضخامت لایه ها، 0.025 میلیمتر).
این دستگاه به عنوان پروژه کارشناسی ارشد حسام بقایری - فرید شیرازی.
از دانشجویان رشته مکانیک ، گرایش ساخت و تولید، ظرف مدت زمان 2سال در دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ، ساخته شده است.
به گفته مهندس حسام بقایری ، از مجریان این طرح ، در فرآیند نمونه سازی سریع ، قطعه مستقیما از مدل سه بعدی کد، بصورت لایه لایه ساخته می شود.
بقایری می افزاید:روشهای مختلفی برای ساخت در فرایند نمونه سازی سریع وجود دارند مانند SLA SLS، FDM، LOM، 3DP و...
که تفاوت آنها در نحوه لایه نشانی و جنس موادی است که در ساخت قطعه به کار می گیرند.
از این رو نتیجه هر روش دارای ویژگیهای خاص خود است که کاربردهای آن روش را از دیگر روشها متمایز می سازد.
تجسم بخشیدن به ایده ها معنی لغوی Rapid Prototyping ، نمونه سازی سریع است ، ولی پیشرفت این فناوری از مرزهای تولید نمونه و مدل فراتر رفته است ، تا جایی که امروز می توان در عرض چند ساعت فقط با داشتن یک مدل سه بعدی کد، قطعه نهایی مورد نظر را مستقیما از ماشین نمونه سازی سریع دریافت کرد (تولید سریع) و یا حتی قالب قطعه مورد نظر را برای ریخته گری و یا تولید در تیراژ نسبتا پایین به شکل مستقیم از ماشین تحویل گرفت (قالبسازی سریع ، روش مستقیم).
همگام با دنیا به گفته بقایری ، فرآیند نمونه سازی سریع ، روشهای متفاوتی دارد.
یکی از این روشها، روش پرینت سه بعدی 3DP است.
در این روش ، مواد اولیه بصورت پودر و بایندرهستندو عملیات لایه نشانی در واقع با چسباندن پودر با بایندر انجام می شود.از آنجا که این روش نسبت به سایر روشها دارای سرعت بالاتر و هزینه پایین تری است و همچنین امکان ساخت قطعات رنگی نیز در آن وجود دارد، با وجود جدید بودن بسرعت توانسته خود را به صنعتگران مختلف دنیا معرفی کند و مورد استفاده قرار بگیرد.
نمونه سازی سریع عمر صنعت نمونه سازی سریع در کشورمان ، ایران ، بسیار کوتاه است و این صنعت هنوز آن چنان که شایسته است جای خود را در صنایع کشور باز نکرده است البته دلایل زیادی برای مقاومت صنایع ما در برابر فناوری نمونه سازی سریع وجود دارند که مهمترین آنها عبارتند از:آشنا نبودن صنایع و صنعتگران ما با نمونه سازی سریع و مزایای آن وهزینه اولیه نسبتا بالای تهیه ماشینهای نمونه سازی سریع.
ولی به عقیده بقایری اگر بخواهیم صنعت کشورمان همگام با صنعت جهانی پیش برود، اولا باید از طریق کنفرانسها، کارگاهای آموزشی و...
این فناوری را به صنعتگران کشورمان معرفی کنیم ، ثانیا شرایطی فراهم کنیم که تحقیقات ما درخصوص نمونه سازی سریع از مرز کارهای تئوری بگذرد و به سمت پروژه های عملی مانند ابداع روشهای جدید در این زمینه و حتی ساخت این نوع ماشین ها در کشورمان حرکت کند.
بقایری می افزاید:اهداف این پروژه نیز بر اساس همین موارد یاد شده ، شکل گرفته است.
تیم کاری این پروژه سعی داشت تا با تحقیق در مورد روش 3DP ساخت یک دستگاه ماشین 3DP به صورت نیمه صنعتی و بهبود برخی از پارامترهای ساخت در دستگاههای 3DP موجود، مانند دقت ابعادی ، صافی سطح و کیفیت رنگ قطعات ساخته شده ، شرایطی فراهم کند که افق جدیدی از صنعت نمونه سازی سریع در کشور ایجاد شود و عرصه برای انجام تستها و پروژه های عملی و کاربردی در این زمینه بازتر شود و بیگانگی جامعه دانشگاهی و صنعت ما با این فناوری تا حدودی کاهش یابد.
امید است که رسیدن به فناوری ساخت این دستگاه در کشور، شروعی برای تحقیقات و تلاشهای گسترده تر در این راه باشد.
درکل بزرگترین هدفی که در انجام این پروژه پیگیری می شد، بومی کردن فناوری ساخت دستگاه های نمونه سازی سریع در کشور بود، که این مهم برای اولین بار در کشور با ساخت دستگاه 3DPدر دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی محقق شد.
استفاده از فناوری پیزوالکتریک برای هد پاشش این دستگاه برای اولین بار در دنیا، توسط تیم دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی صورت گرفته است.
استفاده از این نوع هد در این دستگاه مزایای مختلفی را در بردارد.به عنوان مثال به واسطه مستقل بودن عملکرد این نوع هد از حرارت ، محدوده مواد قابل پاشش با این دستگاه از مواد پایه آب فراتر رفته و هر مایعی که دارای مشخصات ویسکوزیته نیوتنی کمتر از 40 و کشش سطحی بالاتر از 20 باشد ، امکان پاشش و یا تزریق به وسیله هد این دستگاه را خواهد داشت.
همچنین دقت و کیفیت ساخت هر لایه و در نهایت قطعه به طور قابل ملاحظه ای افزایش پیدا کرده است.
هد مورد استفاده در این دستگاه برای ساخت لایه های رنگی ، از ترکیب شش رنگ متفاوت بهره می برد، بدین جهت کیفیت رنگ بالاتری را نیز نسبت به نمونه مشابه که در بالا ترین مدل خود از 4 رنگ استفاده می کند، ارائه می دهد، عمر این نوع هد به واسطه نحوه عملکردش ، چندین برابر هدهای حرارتی است (مقدار دقیق عمر مفید آن بشدت به شرایط استفاده بستگی دارد).
از اینرو یکی از بزرگ ترین مشکلات دستگاه های مشابه که تعویض پی درپی هد است را برطرف کرده است.
درضمن سیستم لایه نشانی که برای این دستگاه طراحی و ساخته شد ، توانایی نشاندن لایه هایی با ضخامت (25-150) میکرون را داراست.
این در حالی است که کمترین ضخامت لایه که به وسیله نمونه مشابه موجود قابل ساخت است ، 75 میکرون است.
درواقع هر چه ضخامت لایه ها کمتر باشد ، کیفیت و صافی سطح قطعات ساخته شده بالاتر می رود.