انواع پرینترهای سه‌ بعدی

پرینترهای سه‌بعدی یا چاپگرهای 3D، دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند از طریق چاپ لایه به لایه، اشیای فیزیکی سه‌بعدی را بر اساس یک مدل دیجیتالی ایجاد کنند. این فناوری انقلابی در حوزه‌های مختلف از جمله صنعت، پزشکی، آموزش، هنر و حتی ساخت مسکن تأثیرگذار بوده است. پرینترهای سه‌بعدی با استفاده از فرایندهای مختلفی مانند اکستروژن مواد ترموپلاستیک، سینترسازی پودر، چسباندن لایه‌های ورقه‌ای و پرینت رزینی کار می‌کنند.

آنها می‌توانند با مواد گوناگونی از جمله پلاستیک‌ها، فلزات، سرامیک‌ها، کامپوزیت‌ها و حتی مواد زیستی؛ مانند سلول‌های زنده کار کنند. با وجود محدودیت‌هایی در اندازه چاپ، سرعت و کیفیت، پرینترهای سه‌بعدی به طور فزاینده‌ای درحال‌توسعه هستند و انتظار می‌رود در آینده نقش مهم‌تری در تولید محصولات ایفا کنند.

انواع پرینتر سه‌ بعدی

چاپگرهای سه‌بعدی در دنیای امروزه با استفاده از فناوری‌های مختلف، اشیا سه‌بعدی را از مدل‌های دیجیتال خلق می‌کنند. هر کدام از این فناوری‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند و برای کاربردهای متفاوتی مناسب هستند.

پرینتر سه بعدی مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM):

فرایند مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM) یکی از رایج‌ترین و قدیمی‌ترین تکنیک‌های پرینت سه‌بعدی است. در این روش، نخ پلاستیکی به نام فیلامنت توسط یک سوزن گرم ذوب می‌شود و لایه به لایه روی سطح چاپ قرار می‌گیرد تا شکل اشیای سه‌بعدی را تشکیل دهد.

فیلامنت‌های رایج در FDM شامل PLA (پلی لاکتیک اسید)، ABS (آکریلونیتریل بوتادین استایرن)، PETG (پلی‌اتیلن‌ترفتالات گلیکولی) و نایلون هستند.

پرینترهای FDM برای کاربران خانگی، آموزشی و نمونه‌سازی اولیه بسیار مناسب و ارزان‌قیمت هستند. بااین‌حال، کیفیت و دقت آن‌ها محدود است و اشیا چاپ شده ممکن است دارای خطوط لایه‌ای یا خشن باشند.

مزایا پرینتر سه بعدی FDM

• ارزان‌قیمت و در دسترس
• تنوع زیاد در مواد پرینت از جمله پلاستیک‌های مختلف
• مناسب برای کاربران خانگی و آموزشی

معایب سه بعدی FDM

• دقت و کیفیت چاپ محدود
• سرعت پایین نسبت به برخی فناوری‌های دیگر
• امکان خطوط لایه‌ای روی سطح اشیا چاپ شده

چاپگر سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA):

استریولیتوگرافی یا SLA یکی از دقیق‌ترین و باکیفیت‌ترین روش‌های پرینت سه‌بعدی است. در این فرایند، یک لیزر یا منبع نوری روی یک مخزن حاوی رزین حساس به نور می‌تابد و آن را لایه به لایه می‌بندد تا شکل اشیا سه‌بعدی را بسازد. پرینترهای SLA می‌توانند اشیا بسیار دقیق و صاف با جزئیات ریز را ایجاد کنند که برای کاربردهایی مانند جواهرسازی، دندانپزشکی، نمونه‌سازی دقیق و تولید قالب‌ها مناسب است.

با این‌حال، رزین‌های SLA گران‌قیمت هستند و ممکن است برای سلامتی مضر باشند. همچنین این فرایند نیازمند محیط کاری با تهویه مناسب است.

مزایا چاپگر سه بعدی استریولیتوگرافی SLA

• دقت و کیفیت بسیار بالا
• سطوح بسیار صاف و جزئیات ریز
• مناسب برای کاربردهای حساس مانند پزشکی و جواهرسازی

معایب چاپگر سه بعدی استریولیتوگرافی SLA

• رزین‌های گران‌قیمت و احتمالاً سمی
• نیاز به محیط کاری با تهویه خوب
• محدودیت در اندازه چاپ

پرینتر سه بعدی پردازش نور دیجیتال (DLP ):

فناوری DLP یا پردازش نور دیجیتال مشابه SLA است، اما به‌جای لیزر از یک پروژکتور نوری برای منبع نور استفاده می‌کند. در این روش، تصویر هر لایه توسط پروژکتور روی یک مخزن حاوی رزین حساس به نور پروجکت می‌شود و هر لایه در عرض چند ثانیه پلیمریزه و سفت می‌شود.

DLP سریع‌تر و ارزان‌تر از SLA است، اما دقت و کیفیت آن کمی پایین‌تر است. پرینترهای DLP برای نمونه‌سازی سریع، تولید قالب، دکوراسیون داخلی و اشیای کوچک مناسب هستند.

مزایا چاپگرهای  سه بعدی DLP:

• سرعت بالاتر از SLA
• هزینه پایین‌تر از SLA
• دقت و کیفیت خوب

معایب چاپگرهای  سه بعدی DLP

• دقت و کیفیت کمی پایین‌تر از SLA
• محدودیت در اندازه قطعات بزرگ
• نیاز به رزین‌های حساس به نور

پرینتر سه بعدی لیزر انتخابی (SLS):

فرایند اشعه لیزر انتخابی یا سینترینگ لیزری انتخابی (SLS) یکی از پیشرفته‌ترین و قدرتمندترین فناوری‌های پرینت سه‌بعدی است که برای تولید قطعات بادقت و استحکام بسیار بالا استفاده می‌شود. در این روش، از یک لیزر پرقدرت دی‌اکسیدکربن برای ذوب و سینتر کردن (چسباندن) ذرات پودر پلاستیکی، فلزی یا سرامیکی در نقاط خاص استفاده می‌شود.
فرایند SLS به این صورت است که ابتدا یک‌لایه نازک از پودر در محفظه چاپ قرار می‌گیرد. سپس لیزر بر اساس داده‌های دیجیتالی مدل سه‌بعدی، ذرات پودر را در نقاط مشخص گرما می‌دهد و آن‌ها را ذوب یا سینتر می‌کند تا یک‌لایه جامد شکل بگیرد. پس از آن، یک‌لایه جدید از پودر روی لایه قبلی قرار می‌گیرد و فرایند ذوب و سینتر برای این لایه تکرار می‌شود. این روند لایه به لایه ادامه می‌یابد تا شکل نهایی شیء سه‌بعدی ساخته شود.

مزایا پرینتر سه بعدی لیزر انتخابی (SLS)

• تولید قطعات بادقت و استحکام بسیار بالا
•  امکان استفاده از انواع مواد مانند پلاستیک‌ها، فلزات و سرامیک‌ها
•  عدم نیاز به پشتیبانی یا ساپورت برای اشیا پیچیده
•  امکان تولید قطعات یکپارچه و بدون درز با چگالی بالا

معایب پرینتر سه بعدی SLS:

•  هزینه بالای تجهیزات و مواد اولیه
• محدودیت در اندازه قطعات قابل چاپ
• نیاز به فرایندهای پس‌پردازش و تمیزکاری قطعات
•  سرعت چاپ نسبتاً پایین در مقایسه با برخی روش‌های دیگر

پرینتر سه بعدی ذوب لیزر انتخابی (SLM):

روش ذوب لیزر انتخابی یا SLM شبیه به SLS است، اما به‌جای سینتر کردن پودر فلزی، از یک لیزر قوی‌تر برای کاملاً ذوب کردن و اتصال ذرات فلزی استفاده می‌کند. این فرایند منجر به تولید قطعات فلزی یکپارچه با استحکام بسیار بالا می‌شود.

SLM از پودرهای فلزی مانند آلومینیوم، تیتانیوم، فولاد ضدزنگ و دیگر آلیاژهای صنعتی استفاده می‌کند. محصولات SLM در صنایع هوافضا، پزشکی، خودرو و سایر بخش‌هایی که به قطعات فلزی باکیفیت بالا نیاز دارند، کاربرد دارند. اما دستگاه‌های SLM بسیار گران‌قیمت هستند.

مزایا پرینتر سه بعدی ذوب لیزر انتخابی (SLM):

• استحکام و دقت بسیار بالا برای قطعات فلزی
•  امکان استفاده از انواع آلیاژهای فلزی
•  مناسب برای تولید قطعات نهایی با کارایی بالا

معایب پرینتر سه بعدی (SLM)

• هزینه تجهیزات و مواد اولیه بسیار بالا
•  محدودیت در اندازه چاپ
•  فرایند پیچیده و نیازمند نیروی متخصص

چاپگر ساخت اشیا چندلایه (LOM):

فرایند ساخت اشیا چندلایه یا LOM یکی از ساده‌ترین و ارزان‌ترین روش‌های پرینت سه‌بعدی است. در این فناوری، قطعات از طریق چسباندن و برش لایه‌های نازکی از مواد مانند کاغذ، پلاستیک یا فویل فلزی ساخته می‌شوند.

یک‌تیغه داغ لایه‌ها را طبق طرح موردنظر برش می‌زند، سپس لایه‌ها توسط یک چسب گرما – فشار به هم متصل می‌شوند. LOM برای ماکت‌سازی، پروتوتایپ و اشیای تزیینی و آموزشی مناسب است. اما کیفیت سطح و دقت آن محدود است.

مزایا چاپگر سه بعدی (LOM):

• روش ساده و ارزان‌قیمت
•  سرعت بالای چاپ
•  عدم نیاز به ساپورت یا پشتیبانی

معایب چاپگر سه بعدی (LOM)

•  کیفیت و دقت پایین در مقایسه با سایر روش‌ها
• محدودیت در انتخاب مواد
•  استحکام محدود قطعات تولیدی

چاپگر سه بعدی ذوب پرتو الکترونی (EBM):

ذوب پرتو الکترونی یا EBM یک فرآیند پیشرفته پرینت سه بعدی است که شباهت زیادی به SLS دارد. اما به جای لیزر، از یک پرتو الکترونی با انرژی بالا برای کاملاً ذوب کردن پودرهای فلزی استفاده می‌کند.

EBM می‌تواند از انواع پودرهای فلزی مانند تیتانیوم، کبالت-کروم و آلیاژهای فولادی استفاده کند. این فرآیند منجر به تولید قطعات فلزی با استحکام بسیار بالا و چگالی یکنواخت می‌شود. EBM برای ساخت ایمپلنت‌های پزشکی، قطعات هوافضا و سایر کاربردهایی که نیاز به قطعات فلزی دقیق و قابل اعتماد دارند، استفاده می‌شود.

مزایا چاپگر سه بعدی EBM

• استحکام و دقت بسیار بالا
•  کیفیت و چگالی بهینه قطعات فلزی
•  سرعت چاپ نسبتاً بالا

معایب چاپگر سه بعدی EBM

•  هزینه بسیار بالای تجهیزات و مواد اولیه
•  محدودیت در اندازه قطعات
•  ایمنی و محافظت در برابر پرتوهای الکترونی

این معرفی از انواع پرینتر سه‌بعدی، مزایا و معایب آن‌ها بود. هر کدام از این روش‌ها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند که باید بر اساس نیازها و بودجه انتخاب شوند.
چاپگرهای سه‌بعدی با استفاده از فناوری‌های مختلفی مانند اکستروژن پلاستیک ذوب شده (FDM)، لیتوگرافی با رزین حساس به نور (SLA/DLP)، سینتر لیزری پودر (SLS/SLM)، چسباندن لایه‌های برش خورده (LOM) و ذوب پودر فلزی با پرتو الکترونی (EBM)، اشیاء فیزیکی را از مدل‌های دیجیتالی می‌سازند. هر فناوری مزایا و معایب خاصی دارد که آن را برای کاربردهای خانگی، آموزشی، نمونه‌سازی یا تولید نهایی مناسب یا نامناسب می‌کند.

عوامل تعیین‌کننده شامل دقت، کیفیت سطح، استحکام قطعات، سرعت، محدودیت ابعاد، هزینه مواد و تجهیزات، و تنوع مواد قابل پرینت هستند. انتخاب فناوری مناسب بر اساس نیازها و بودجه صورت می‌گیرد.