5 کاربرد شگفت انگیز چاپ سه بعدی در صنعت

5 کاربرد شگفت انگیز چاپ سه بعدی در صنعت

در سالهای گذشته به دلیل گران بودن ساخت پرینترهای سه بعدی و هزینه های بالای این فناوری، استفاده از آن چندان مرسوم نبود اما با توسعه فناوری و مقرون به صرفه تر شدن استفاده از این فناوری ساده اما در عین حال کاربردی، چاپ سه بعدی کارکرد بیشتری در صنایع مختلف پیدا کرد.

1. آموزش و پرورش

تمروز شاهد این مسئله هستیم که مدارس و دانشگاه های بیشتری واحد تحصیلی چاپ سه بعدی را در برنامه های تحصیلی دانشجویان گنجانده اند. علت این مسئله نیز این است که حالا آنها می توانند با نمونه های اولیه بدون نیاز به ابزارهای گران قیمت، خود را مهیای ورود به صنعت کنند.
پرینت سه بعدی فاصله بین ایده ها و تصاویر روی یک صفحه را از بین می برد و امکان ایجاد آن ایده ها/تصاویر در دنیای فیزیکی و سه بعدی را فراهم می کند.

چاپگرهای سه بعدی در حال حاضر معمولاً در کلاس های درس و کتابخانه های عمومی یافت می شوند. دانشگاه ها پرینترهای سه بعدی برای استفاده دانشجویان در کلاس ها و پروژه ها در اختیار دارند. شرکت هایی مانند MakerBot دوره های صدور گواهینامه در برنامه های کاربردی چاپ سه بعدی را هم برای معلمان و هم برای دانش آموزان ارائه می دهند.

ابزارهای پرینت سه بعدی نیز انقلابی در آموزش STEM ایجاد کرده اند که با ارائه توانایی نمونه‌سازی سریع کم‌هزینه توسط دانش‌آموزان در کلاس درس و همچنین ساخت تجهیزات علمی کم‌هزینه با کیفیت بالا از طرح‌های سخت‌افزاری حمایت می کنند.

دانشجویان معماری می توانند با یادگیری طرز کار پرینترهای سه بعدی بدون آسیب زدن به فسیل ها و آثار تاریخی، آنها را شبیه سازی کنند.

دانشجویان طراحی گرافیک می توانند به راحتی مدل هایی با قطعات کاری پیچیده بسازند. دانشجویان رشته های علوم می توانند برش های مقطعی اندام های بدن انسان و همچنین سایر نمونه های بیولوژیکی را ایجاد و مطالعه کنند. دانشجویان شیمی می توانند مدل های سه بعدی مولکول ها و ترکیبات شیمیایی بسازند.

2. نمونه سازی و ساخت

چاپ سه بعدی برای اولین بار به عنوان ابزاری برای نمونه سازی سریعتر مطرح شد. به عنوان مثال، یک نمونه اولیه قالب‌گیری تزریقی سنتی، ممکن است صدها هزار دلار هزینه داشته باشد و تولید یک قالب ساده هفته‌ها طول بکشد. فناوری پرینت سه بعدی زمان مورد نیاز در تولید سنتی را تا حد زیادی کاهش می دهد و به نمونه اولیه اجازه می دهد در چند ساعت و نه هفته ها و با کسری از هزینه ساخته شود. صنایع خودروسازی و هوافضا دو صنعتی هستند که با بهره‌گیری از پیشرفت‌های فناوری‌های چاپ سه‌بعدی پیشرفت های خوبی را تجربه کرده اند.

معمولا در تولید همواره تولید انبوه یک محصول، مقرون به صرفه است اما وقتی صحبت از تولید انبوه نباشد بهترین و مقرون به صرفه ترین روش برای تولید یک محصول نمونه با هزینه کم و تعداد کم، استفاده از چاپ سه بعدی است. اساس در همین راستا، پیشرفت‌ها در فناوری نمونه‌سازی سریع (RP) منجر به توسعه مواد و فرآیندهایی مانند تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) و تف جوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS) شده است که برای تولید نهایی مناسب هستند.

با وجود فناوری‌های رایانش ابری که امروزه بسیار رایج است، اکنون شرکت‌هایی وجود دارند که خدمات تولید افزودنی مبتنی بر ابر را ارائه می‌کنند که در آن مشتریان می‌توانند قطعات و اشیاء را از راه دور بدون هزینه خرید چاپگر سه بعدی بسازند.

شرکت‌ها اکنون خدمات سفارشی‌سازی انبوه را ارائه می‌کنند که در آن مشتریان می‌توانند اشیاء را از طریق نرم‌افزار سفارشی‌سازی ساده مبتنی بر وب سفارشی‌سازی کنند و اقلام به‌دست‌آمده را سفارش دهند - مثلاً قاب‌های تلفن همراه -

فناوری چاپ سه بعدی ابزار جدیدی را معرفی کرده است که «ابزار چابک» نامیده می شود. در این فناوری ابزار مورد استفاده در فرآیندهای تولید مانند شکل دهی هیدرولیکی، مهر زنی و قالب گیری تزریقی با ابزارهای مدولار طراحی می شود که امکان نمونه سازی سریع و پاسخ به نیازهای ابزار و تجهیزات را فراهم می کند.

3. پزشکی

در چند سال گذشته کاربردهای پرینت سه بعدی زیادی در دنیای پزشکی به ثبت رسیده است. از چاپ زیستی - که در آن مواد زیستی مانند سلول ها و فاکتورهای رشد برای ایجاد ساختارهای بافت مانند با تقلید از همتایان طبیعی خود ترکیب می شوند - تا دستگاه های پزشکی مانند پروتز را شامل می شود.

پروتزهای پرینت سه بعدی نمونه ای از تطبیق پذیری پرینت سه بعدی است. تولید پروتز مناسب برای بیمار دشوار و پرهزینه است. با پرینت سه بعدی، پروتزهای اندازه گیری شده را می توان با هزینه بسیار کمتر مدل سازی و چاپ کرد. کودکانی که به پروتز نیاز داشتند قبلاً باید منتظر می ماندند تا پروتز تهیه کنند تا مطمئن شوند که پروتز ساخته شده مناسب آنها هست یا خیر؟ اکنون می توان هر چند ماه یک بار یک پروتز جدید برای آنها پرینت سه بعدی کرد. در برخی از کشورهای جهان سوم، پروتز هنوز هم یکی از گزینه ها نبوده و امروز می توانند به لطف پرینت سه بعدی، پروتز سازی را سریع و مقرون به صرفه انجام دهند.

یکی دیگر از کاربردهای پرینت سه بعدی در پزشکی برای تولید ایمپلنت های ارتوپدی فلزی است. با توجه به قابلیت‌های پرینت سه بعدی برای ایجاد سطوح متخلخل، این نوع ایمپلنت‌ها به راحتی با استخوان‌های طبیعی خود بیمار ادغام می‌شوند و به آنها اجازه می‌دهند تا در ایمپلنت رشد کنند.

موارد موفقیت آمیزی وجود دارد که یک بیمار کاشت لگن تیتانیوم را دریافت کرده است، و دیگری یک فک پایین تیتانیوم جدید دریافت کرده است. یک بیمار موتورسوار که صورتش در یک تصادف جاده ای به شدت آسیب دیده بود، آن را با قطعات پرینت سه بعدی بازسازی کرد.

چاپ زیستی امکان چاپ سه بعدی اندام های مصنوعی را فراهم می کند و به حل سریعتر مشکلات نارسایی اندام در بیماران کمک می کند که هم برای بیمار و خانواده او و هم برای سیستم های مراقبت های بهداشتی مهم است.

بافت های پرینت سه بعدی برای آزمایش های دارویی به عنوان ابزاری مقرون به صرفه و اخلاقی برای کمک به شناسایی عوارض جانبی داروها و تأیید دوزهای ایمن توسعه یافته اند.

قرص ها را می توان با استفاده از فرآیند چاپ سه بعدی Binder Jetting تولید کرد. این فرآیند به قرص‌های تولید شده اجازه می‌دهد تا بسیار متخلخل باشند، بنابراین دوزهای بالایی را در یک قرص که می‌توان به سرعت و به راحتی هضم کرد حل کرد که برای درمان بیماری‌هایی مانند صرع مفید است.

4. ساخت و ساز

پرینت سه بعدی ساختمانی، کاربردهای زیادی دارد که از چاپ سه بعدی به عنوان روش اصلی ساخت ساختمان ها گرفته تا ساخت اجزای تشکیل دهنده یک سازه را می تاون با چاپ سه بعدی پیاده سازی کرد.

کاربردهای پرینت سه بعدی که در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: اکستروژن (بتن/سیمان، موم، فوم و پلیمرها)، پیوند پودری (پیوند پلیمری، پیوند واکنشی، تف جوشی) و جوشکاری افزودنی. پرینت سه بعدی در ساخت و ساز طیف گسترده ای از کاربردها در بخش های خصوصی، تجاری، صنعتی و عمومی دارد. از مزایای این فناوری‌ها می‌توان به پیچیدگی و دقت بیشتر، ساخت سریع‌تر، هزینه کمتر نیروی کار، یکپارچگی عملکردی بیشتر و ضایعات کمتر اشاره کرد.

اولین ساختمان مسکونی به طور کامل تکمیل شده در یاروسلاول روسیه در سال 2017 ساخته شد. 600 المان دیوار در یک مغازه چاپ و در محل مونتاژ شدند و سپس ساختار سقف و دکوراسیون داخلی برای مساحت 298.5 متر مربع (3213) تکمیل شد.

چاپ سه بعدی بتن از دهه 1990 به عنوان روشی سریعتر و کم هزینه تر برای ساخت ساختمان ها و سایر سازه ها در حال اجرا است. چاپگرهای سه بعدی در مقیاس بزرگ که به طور خاص برای چاپ بتن طراحی شده اند، می توانند پایه ها را ریخته و دیوارها را در محل بسازند. همچنین می توان از آنها برای چاپ مقاطع بتنی مدولار که بعداً در محل کار مونتاژ می شوند استفاده کرد.

در سال 2016، اولین پل عابر پیاده در آلکوبنداس، مادرید، اسپانیا چاپ سه بعدی شد. این در بتن ریز تقویت شده به طول 12 متر (39 فوت) و عرض 1.75 متر (5.7 فوت) چاپ شد. این پل پیچیدگی‌های موجود در اشکال طبیعت را نشان می‌دهد و با طراحی پارامتریک و طراحی محاسباتی، امکان توزیع بهینه مواد و در عین حال به حداکثر رساندن عملکرد سازه را فراهم می‌کند.

به عنوان یک مفهوم آینده نگر، چاپ سه بعدی به عنوان یک فناوری برای ساخت زیستگاه های فرازمینی، مانند زیستگاه های روی ماه یا مریخ، مورد مطالعه قرار می گیرد. پیشنهاد شده است، با استفاده از فناوری چاپگر سه بعدی ساختمانی، سازه های ساختمانی قمری با زیستگاه های بادی محصور برای اسکان انسان ساخته شده است. این زیستگاه ها تنها به ده درصد از ساختار برای انتقال از زمین نیاز دارند و از مواد خام محلی در سیاره مورد نظر استفاده شده اند.

5. هنر و جواهرات

اما کاربرد غیرمنتظره فناوری پرینت سه بعدی در دنیای هنر و ساخت جواهرات بوده است.

چاپگرهای سه بعدی به سازندگان جواهرات اجازه می دهد تا طرح هایی را که با روش های سنتی ساخت جواهرات امکان پذیر نیست، آزمایش کنند. چاپ سه بعدی همچنین امکان تولید تکه های منحصر به فرد جواهرات یا قطعات سفارشی را با هزینه بسیار کمتر، با استفاده از مواد چاپ سه بعدی مانند PLA (رشته پلی لاکتیک اسید)، طلا یا پلاتین فراهم می کند.

فناوری پرینت سه بعدی الهام بخش هنرمندان سراسر جهان بوده است. به خصوص با پرینت سه بعدی فلزی، هنرمندان اکنون قطعات پیچیده زیبایی را خلق می کنند.

الیور ون هرپت، هنرمند هلندی، گلدان های سرامیکی را با چاپ سه بعدی خلق می کند. از هلند، دنی ون ریسویک مجسمه‌های ترسناکی با چاپ سه‌بعدی خلق می‌کند که یادآور شخصیت‌های فیلم های تیم برتون است. هنرمند دیجیتال ژیل آزارو با ایجاد تصاویر سه بعدی و تلفیق آنها با صداها با استفاده از امواج صوتی، اجسام نامرئی را هم قابل مشاهده کرده است. به طوری که اخیراً موزه پرادو نمایشگاهی از نقاشی‌های هنرمندان سرشناس را که به صورت سه بعدی ارائه شده‌اند برگزار کرده است. هدف این بود که به افراد کم بینا اجازه دهیم این آثار را که قبلاً برایشان غیرقابل دسترس بود احساس کنند.