پرینتر‌های سه بعدی با کمک مدل‌های طراحی شده توسط کامپیوتر قطعات مختلف سه بعدی می‌سازند. برای اشاره به «پرینت سه بعدی» (3D Printing) در بعضی منابع از عبارت «Additive Manufacturing» استفاده می‌کنند. در این روش، قطعه مورد نظر با روی هم قرار گرفتن لایه‌های دوبعدی ساخته می‌شود. این فناوری از دهه ۱۹۸۰ میلادی وجود داشته است. اما اکنون با پیشرفت مواد، دستگاه‌ها و نرم‌افزارهای جدید، پرینترهای سه بعدی مدرن، ارزان‌تر شده و بیشتر در دسترس مردم قرار گرفته‌اند. در ضمن، استفاده از پرینتر‌های جدید بسیار ساده‌تر است. امروزه افراد زیادی می‌خواهند بدانند که پرینتر سه بعدی چیست. بنابراین در این مطلب از مجله فرادرس، این دستگاه جالب را معرفی کرده‌ایم.

در این مطلب، پرینتر سه بعدی را بررسی می‌کنیم. ابتدا این دستگاه جالب را معرفی کرده و سپس بخش‌های مختلف آن را توضیح می‌دهیم. بعد از آن مواد مختلف استفاده شده برای ساخت اشکال سه بعدی را معرفی می‌کنیم. مراحل استفاده از پرینتر‌های سه بعدی را به طور کلی توضیح داده و در انتها هم با کمک مثال ساده‌ای روش کار با آن را نشان می‌دهیم.

پرینتر سه بعدی چیست؟

پرینتر سه بعدی دستگاهی است که برای ساخت قطعات و مدل‌های سه بعدی به کار برده می‌شود. مدل‌های خلاقانه و متنوعی در ذهن کاربران وجود دارد. با کمک پرینتر‌های سه بعدی می‌توان تمام این مدل‌ها را ایجاد کرد. رسانه‌های فعال در حوزه‌ بازاریابی، پرینترهای سه بعدی را مانند تکنولوژی جادویی به مردم معرفی کرده‌اند. این تکنولوژی جادویی متعلق به آینده می‌تواند اشیا سه بعدی بسازد. اما این توصیفات مانع از تعریف فنی چاپ سه بعدی می‌شوند. در دنیای واقعی، فناوری‌های چاپ سه بعدی متنوعی وجود دارند. رایج ترین آن‌ها «مدل‌سازی رسوب ذوب شده» (Fused Deposition Modeling | FDM) است.

برای دانستن اینکه پرینتر سه بعدی چیست بهتر است با این تکنیک چاپ – FDM – آشنا شویم. در تکنیک FDM از «رشته ترموپلاستیک» (Thermoplastic Filament) استفاده می‌کنیم. این رشته‌ از جنس پلاستیک خاصی ساخته شده است و می‌تواند ذوب شود. مواد ذوب شده، به شکل هدفمند بر روی مکان‌های مختلف قطعه ریخته شده و سپس خنک و سفت می‌شوند. این کار لایه به لایه تکرار می‌شود تا زمانی که یک مدل کامل تشکیل شود.

این فناوری توسط افرادی ایجاد شد که می‌خواستند قطعات را سریع‌تر بسازند و امتحان کنند. در حقیقت، ویژگی تولید سریع نمونه اولیه همیشه یکی از بزرگترین مزیت‌های FDM و پرینتر‌های سه بعدی بوده است. جای تعجب نیست که چاپ سه بعدی نیز به روشی موثر در تولید تبدیل شده است.

قبل از بررسی روش کار پرینترهای سه بعدی باید به نکته دیگری هم اشاره کنیم. اگر کمی درباره پرینترهای سه بعدی و تکنولوژی‌های آن‌ها تحقیق بکنید، می‌بینید که در بعضی از منابع به جای عبارت FDM از واژه FFF استفاده کرده‌اند. این واژه سرنامی از عبارت «Fused Filament Fabrication» به معنای «ساخت رشته‌های ذوب شده» است. این مسئله به دلیل آن است که اصطلاح FDM در ابتدا توسط شرکت «Stratasys» ثبت تجاری شد. مخفف دیگر یک اصطلاح عمومی‌تر است. فقط توجه کنید که هر دو عبارت به تکنولوژی یکسانی اشاره می‌کنند. فقط نام‌ها تفاوت دارند. امروزه، اکثر مردم از FDM استفاده می‌کنند.

بخش‌های مختلف پرینتر سه بعدی چیست؟

بهترین و ساده ترین روش برای درک نحوه عملکرد پرینتر سه بعدی آن است که ابتدا با قطعات این دستگاه آشنا شویم. قبل از شروع به بررسی اجزای اختصاصی این پرینتر‌ها باید اشاره کنیم که تقریبا تمام چاپگرهای سه بعدی از سه محور «X» و «Y» و «Z» استفاده می‌کنند. محور‌های X و Y مسئول انجام حرکات چپ، راست، جلو و عقب هستند. در حالی که محور Z حرکت عمودی نازل دستگاه را کنترل می‌کند.

مهم‌ترین بخش‌های پرینتر سه بعدی را در فهرست پایین نام برده‌ایم.

• «سکوی ساخت» (Build Platform)
• «اکسترودر» (Extruder)
• «هد پرینتر» (Printhead)
• رابط کنترل

در ادامه تمام این بخش‌ها را توضیح داده‌ایم.

سکوی ساخت در پرینتر سه بعدی چیست؟

به سطحی که قطعات مختلف را بر روی آن چاپ می‌کنیم «سکوی ساخت» (Build Platform) یا «سکوی چاپ» گفته می‌شود. در بعضی منابع به سکوی ساخت، «تخت چاپ» (Print Bed) هم می‌گویند. به طور معمول، کف سکوی چاپ باید امکان گرم شدن داشته باشد. وجود این ویژگی، چسباندن قطعات را در زمان ساخت ساده‌تر می‌کند. در بخش‌های بعدی بیشتر به سکوی ساخت و «کف گرم شونده» می‌پردازیم.

Extruder در پرینتر سه بعدی چیست؟

«Extruder» قطعه‌ای است که برای کشیدن رشته فیلامنت و هل دادن آن به سمت «هد پرینتر» به کار برده می‌شود. دو نوع Extruder مختلف وجود دارد.

بعضی از اوقات Extruder و هد پرینتر را به صورت سرهم، یک قطعه در نظر می‌گیرند. زیرا مانند بلوک یکپارچه‌ای در امتداد گنتری یا گنتری‌ها حرکت می‌کنند. این موضوع زمانی مطرح می‌شود که درباره کل بخش‌های اکسترودر و قسمت حرارتی انتهای آن صحبت می‌کنیم. اگر اکسترودر و هد پرینتر را یکی بدانیم، می‌گوییم اکسترودر از دو بخش سرد و گرم تشکیل شده است.

• بخش سرد: به این بخش «انتهای سرد» (Cold End) هم گفته می‌شود. انتهای سرد، قطعه‌‌ای مکانیکی است. این قطعه از چرخ دنده‌های متحرک، موتور و اجزای کوچکی تشکیل شده است که رشته‌های پلاستیکی را می‌کشند و هل می‌دهند. با صرف نظر از تمام قراردادهای نام‌گذاری، در کمترین حالت Extruder از انتهای سرد تشکیل شده است.
• بخش گرم: به بخش گرم «انتهای داغ» (Hot End) هم گفته می‌شود. انتهای داغ شامل دو قطعه گرم کن و نازل است. گرم کن وظیفه ذوب کردن فیلامنت را بر عهده دارد. فیلامنت ذوب شده از نازل به بیرون خارج می‌شود. در Extruder-های Bowden هیچ وقت انتهای داغ را به عنوان جزئی از Extruder در نظر نمی‌گیرند.

نکته: گنتری به چهارچوبی گفته می‌شود که انتهای داغ Extruder با کمک آن بر روی فضای بالای سکوی ساخت، حرکت می‌کند.

هد پرینتر در پرینتر سه بعدی چیست؟

هر پرینتر سه بعدی می‌تواند می‌تواند یک یا چند هد پرینتر مختلف داشته باشد. اما بیشتر پرینترهای سه بعدی فقط یک هد پرینتر دارند. روی هد پرینتر – بین بخش‌های سرد و گرم – هیت سینک و فن وجود دارد. این قطعات برای پیشگیری از افزایش بیش از حد دما به کار برده می‌شوند.

در این بخش، به غیر از فن موجود بر روی هیت سینک، فن دیگری هم برای خنک کردن فیلامنت ذوب شده – بعد از خروج از انتهای داغ – وجود دارد. بیشتر اوقات به این فن، «فن خنک کننده قسمتی» (Part Cooling Fan) گفته می‌شود.

رابط کنترل در پرینتر سه بعدی چیست؟

بعضی از پرینتر‌های مدرن از صفحه تاچ اسکرین مخصوصی به عنوان رابط کنترل پرینتر سه بعدی استفاده می‌کنند. در پرینتر‌های قدیمی نمایشگر LCD همراه با قطعه فیزیکی برای اسکرول کردن و چرخی برای کلیک کردن وجود دارد. این ابزارها تقریبا کار همان صفحات نمایش لمسی جدید را انجام می‌دهند. بسته به مدل دستگاه ممکن است درگاهی نیز برای پذیرش کارت‌های SD یا پورت USB بر روی پرینتر تعبیه شده باشد.

یادگیری مدل سازی سه بعدی در فرادرس

همیشه قبل از شروع به استفاده از پرینتر سه بعدی باید مدل مناسبی را آماده کنیم. مدل‌های مختلف و رایگان زیادی در اینترنت وجود دارند که می‌‌توانیم دانلود کنیم. اما گاهی از اوقات برای ساخت پروژه‌های حرفه‌ای و تجاری لازم است مدل‌های اختصاصی خودمان را ایجاد کنیم. مدل‌های منحصر به فردی که تکراری نباشند. برای رسیدن به این هدف باید مدل‌سازی سه بعدی را یاد بگیریم. با ساخت مدل‌های سه بعدی و مناسب می‌توانیم قطعات خاصی چاپ کنیم که از لحاظ بصری بسیار زیبا و جذاب بوده و از لحاظ عملکرد کارآمد باشند.

علاوه بر این موارد با تولید و فروش هرچه بیشتر پرینتر‌های سه بعدی شغل‌های جدیدی هم در حوزه استفاده از این دستگاه‌ها به وجود آمده‌اند. یکی از این شغل‌ها طراحی و ساخت مدل‌های سه بعدی است. فرادرس با هدف به وجود آوردن فضایی مناسب برای رشد استعداد‌ها و افراد علاقه‌مند به این رشته، مجموعه آموزشی تخصصی درباره مدل‌سازی سه بعدی ایجاد کرده است.

در فهرست زیر، چند مورد از فیلم‌های این مجموعه آموزشی را معرفی کرده‌ایم. برای مشاهده فیلم‌های بیشتر بر روی تصویر بالا کلیک کنید.

پرینتر سه بعدی چگونه کار می‌کند؟

عملیات چاپ قطعه، بعد از ارسال فایل سه بعدی مدل به پرینتر شروع می‌شود. این فایل، شامل مجموعه‌‌ای از دستورالعمل‌های مختلف برای همه چیز است. به عنوان مثال می‌توان به دمای نازل و سکوی ساخت، دستور حرکت هد پرینتر و میزان فیلامنت مورد نیاز برای ساخت شیء اشاره کرد.

در زمان شروع فرایند چاپ، اول از همه باید نازل داغ شود. بعد از رسیدن دمای نازل به نقطه ذوب فیلامنت، Extruder فیلامنت را به انتهای داغ هل می‌دهد. بعد از آن پرینتر برای اجرای چاپ سه بعدی آماده می‌شود. در این مرحله، هد پرینتر به پایین آمده و شروع به خارج کردن فیلامنت ذوب شده می‌کند. اولین لایه فیلامنت ذوب شده بین سکوی ساخت و نازل قرار می‌گیرد. فیلامنت مذاب بعد از خارج شدن از نازل در زمان کوتاهی شروع به سرد و سخت شدن می‌کند. در این بخش از فن یا فن‌های خنک کننده قسمتی استفاده می‌شود.

بعد از تمام شدن ساخت هر لایه، هد پرینتر در راستای محور Z به اندازه مقدار خیلی کمی به بالا حرکت کرده و همین فرایند دوباره تکرار می‌شود. این کار تاجایی ادامه پیدا می‌کند که کل شیء ساخته شود. در بخش بعدی، مراحل استفاده از پرینتر سه بعدی را به شکل کامل‌تری توضیح داده‌ایم.

مراحل استفاده از پرینتر سه بعدی چیست؟

مراحل استفاده از پرینتر سه بعدی، شامل چند گام اساسی است. این گام‌ها را در فهرست پایین نام برده‌ایم.

1. تهیه و طراحی مدل‌های سه بعدی
2. آماده‌سازی مدل‌ها
3. پر کردن درون مدل
4. آماده‌سازی پرینتر سه بعدی
5. «پساپردازش» (Post-Processing)

در این بخش از مطلب، تمام مراحل بالا را یک به یک توضیح می‌دهیم.

تهیه و طراحی مدل‌های سه بعدی

به طور طبیعی، قبل از ساخت هر قطعه سه بعدی، ابتدا باید مدل سه بعدی آن را بسازیم یا تهیه کنیم. برای ساخت مدل‌های سه بعدی هم باید از نرم‌افزارهای مخصوص طراحی این مدل‌ها با عنوان «CAD» استفاده کنیم. واژه CAD مخففی از عبارت «Computer-Aided Design» به معنای «طراحی به کمک کامپیوتر» است.

در فهرست پایین چند مورد از مشهورترین برنامه‌های مدل‌سازی سه بعدی را معرفی کرده‌ایم.

• Fusion 360: استفاده از این نرم‌افزار برای انجام کارهای شخص و غیرتجاری رایگان است.
• SolidWorks: برای استفاده از این ابزار باید لایسنس آن را خریداری کنید.
• Blender: استفاده از این ابزار برای ساخت اشکال و مدل‌های طبیعی رایگان است.

طراحی مدل‌های سه بعدی با کمک نرم‌افزارهای CAD، به‌ویژه برای افراد تازه‌کار، ممکن است کمی پیچیده و سخت باشد. برای همین باید از راه حل‌های جایگزین استفاده کرد.

برای شروع، گزینه‌های ساده‌‌تری هم هستند. برای نمونه می‌توانیم به «Tinkercad» اشاره کنیم. تقریبا هر کسی بدون هیچ پیش زمینه‌‌ای در حوزه طراحی می‌تواند از نرم‌افزار Tinkercad استفاده کند. این اپلیکیشن در سال ۲۰۱۳ و به صورت آنلاین در اختیار کاربران پرینتر‌های سه بعدی و علاقه‌مندان به طراحی سه بعدی قرار گرفته است. نرم‌افزار تحت وب Tinkercad توسط شرکت Autodesk طراحی شده است.

• لینک دسترسی به وب‌سایت (+)

یکی دیگر از نرم‌افزارهای مناسب برای مدل‌سازی سه‌بعدی برنامه Blender، مدل‌سازی در Blender روش بسیار خوب و ساده‌ای برای ساخت مدل‌های مختلف است. برای یادگیری کار با این نرم‌افزار می‌توانید مطلب مربوط به آن را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

• لینک دانلود نرم‌افزار (+)

دانلود کردن فایل‌ها

افراد بسیار زیادی در سال‌های اخیر به پرینتر‌های سه بعدی دسترسی پیدا کرده‌اند. برای بر طرف کردن نیاز این افراد، سایت‌های متنوعی هم به عنوان مخزن مدل‌های سه بعدی به وجود آمده‌اند. در فهرست پایین، چند مورد از مشهورترین سایت‌ها را برای دانلود مدل‌های سه بعدی، معرفی کرده‌ایم.

• Thingiverse: این سرویس به طور کامل رایگان است. لینک دسترسی (+)
• Printables: این سرویس هم رایگان است. لینک دسترسی (+)
• MyMiniFactory: بیشتر مدل‌های این وب سایت هم رایگان هستند. اما برای استفاده از بعضی از مدل‌ها باید هزینه پرداخت کنیم. لینک دسترسی (+)
• Cults: این وب‌سایت، ترکیبی از مدل‌های رایگان و پولی را ارائه می‌دهد. لینک دسترسی (+)
• CGTrader: بعضی از مدل‌های این وب سایت رایگان هستند. اما بیشتر آن‌ها پولی‌اند. لینک دسترسی (+)

با وجود چنین سایت‌هایی هر کس می‌تواند مدل‌های مورد نیاز خود را ساخته یا بدست بیاورد. چندان نیازی به داشتن مهارت‌های مدل‌سازی وجود ندارد.

آماده‌سازی مدل‌ها

بعد از این که فرایند ساخت مدل در نرم‌افزارهای طراحی سه بعدی به پایان رسید، هنوز هم آماده استفاده نیستند. باید با کمک نرم‌افزارهای مخصوص، مدل‌های ساخته شده را به اسکریپت‌هایی از دستورالعمل‌های قابل درک برای ماشین تبدیل کنیم. به نرم‌افزارهای مخصوص این کار، برنامه‌های «برش‌دهنده» (Slicer) گفته می‌شود. بعد از وارد کردن مدل سه بعدی به Slicer تنظیمات مربوط به دستگاه و مدل نهایی را وارد می‌کنیم. از خود برنامه Slicer می‌توان برای تنظیم کردن تعداد زیادی از پارامترهای مهم کمک گرفت. در فهرست پایین، چند مورد از مهم‌ترین پارامترها را در عملیات ساخت مدل، نام برده‌ایم.

• سرعت پرینت
• دما
• ضخامت دیواره‌ها
• درصد پر شدن
• ارتفاع لایه‌ها
• و غیره

به فایل نهایی – نتیجه تنظیم مدل در اسلایسر – «G-code» گفته می‌شود. G-code زبان پرینترهای سه بعدی و ماشین‌های CNC است. در واقع فایل G-code فهرست طولانی از دستورالعمل‌هایی است که پرینتر‌های سه بعدی برای ساخت مدل‌ نیاز دارند. بدون داشتن فایل G-code نمی‌توان مدل سه بعدی ساخت.

یکی از کارکردهای اصلی برنامه Slicer، تجزیه و تحلیل مدل و تشخیص آن است که آیا باید از مواد خاصی برای پشتیبانی – به عنوان تکیه‌گاه – استفاده شود یا خیر. به طور خاص، برای قطعاتی که دارای برآمدگی‌های شدید هستند، به تکیه‌گاه نیاز داریم. برنامه Slicer به کاربران این امکان را می‌دهد که محل قرار دادن تکیه‌گاه‌ها و میزان تراکم آنها را انتخاب کنند.

در بعضی از برنامه‌های Slicer حتی می‌توانیم تکیه‌گاه‌هایی با ساختار‌های مختلف انتخاب کنیم. زیرا ممکن است حذف بعضی از آن‌ها آسان‌تر بوده یا پایداری بیشتری نسبت به دیگر ساختارها داشته باشند. در زمان کار با برنامه Slicer گزینه‌های متنوعی برای انتخاب وجود دارند.

پرکردن درون مدل

تنظیم مربوط به پرکردن معمولا با عبارت «Infill» نشان داده می‌شود. مقدار Infill تاثیر بسیار زیادی بر روی کیفیت مدل‌های سه بعدی دارد. تنظیم Infill شکل و اندازه پرکردن فضای درون قطعه سه بعدی را مشخص می‌کند. مقدار Infill، تاثیر زیادی در استحکام، وزن و زمان چاپ قطعه دارد. برای تنظیم Infill دو گزینه «Infill Pattern» و «Density» در برنامه Slicer تعبیه شده‌اند. گزینه اول الگوی پر کردن را مشخص می‌کند و گزینه دوم تراکم آن را تعیین می‌کند.

• Density: میزان چگالی یا تراکم مواد درون مدل را مشخص می‌کند. مقدار نوشته شده در مقابل این پارامتر باید از نوع درصد باشد. اگر مقدار Infill را برابر با 0% تنظیم کنیم، قطعه ساخته شده توخالی خواهد بود، اما اگر مقدار آن را برابر با 100% تنظیم کنیم قطعه ساخته شده کاملا تو پر و بسیار محکم و سنگین می‌شود. توصیه شده است که در بیشتر عملیات ساخت، مقدار چگالی قطعه چیزی در حدود 15 تا 50% تعیین شود. اگر بخواهید قطعه ساخته شده محکم‌تر باشد باید مقدار چگالی یا تنظیم Density را بیشتر کنید. توجه کنید که با بیشتر شدن چگالی مواد داخل قطعه، میزان فیلامنت مورد نیاز و زمان ساخت قطعه هم بیشتر می‌شود.
• Infill Pattern: این پارامتر الگوی ساختار درون قطعه را نشان می‌دهد. برای مدل‌ها و مجسمه‌ها بهتر است از الگوهای رعد و برق، خطی و زیگزاگ در نرم‌افزار «Cura» استفاده کنید. زیرا زمان چاپ را کوتاه‌تر می‌کنند. برای چاپ‌های سه بعدی استاندارد مانند گلدان‌ها و ظروف، الگوهای شبکه و مثلث بهترین نتیجه را می‌دهند. اما شاید چیزی را چاپ کنید که به استحکام نیاز دارد، مانند براکت قفسه. در این صورت الگوهای مکعبی، مارپیچ و هشت‌تایی راه حل‌های مناسبی هستند.

مراحل آماده‌سازی پرینتر سه بعدی چیست؟

بعد از ساختن و آماده‌سازی تنظیمات مدل، هنوز چند مرحله دیگر هم باید برای آماده پرینت سه بعدی انجام بشود.

در این بخش از مطلب مراحل آماده‌سازی پرینتر را به شکل خلاصه نوشته‌ایم.

• بارگذاری فیلامنت: قبل از شروع به چاپ مدل نهایی باید Extruder را آماده کنیم. وظیفه این دستگاه کشیدن فیلامنت از قرقره و هل دادن آن به سمت هد پرینتر است. بارگذاری Extruder با گرم کردن انتهای داغ تا دمای ذوب فیلامنت شروع می‌شود. معمولا این دما بیش از ۱۷۵ درجه سانتی گراد است. البته به جنس فیلامنت بستگی دارد. سپس باید فیلامنت را در Extruder گرم شده قرار بدهیم. اغلب اوقات خود پرینتر بعضی از وظایف را به صورت از پیش تنظیم شده و خودکار انجام می‌دهد. در طول زمان چاپ، این کارها کمک زیادی به کاربر دستگاه می‌کنند.
• Bed leveling: برای اینکه پرینتر به خوبی فیلامنت را نگهدارد و با دقت بالایی آن را خارج کند، سکوی ساخت باید صاف و تراز باشد. بسته به مدل پرینت سه بعدی، مرحله تراز کردن سکوی ساخت به دو روش دستی یا خودکار انجام می‌شود. تراز کردن کف دستگاه بسیار مهم است. زیرا اگر فاصله بین تخت کف با نازل خیلی زیاد شود، اولین و مهم‌ترین لایه شیء به کف نمی‌چسبد. در نتیجه عملیات چاپ با شکست روبه‌رو می‌شود.

Post-Processing

«پساپردازش» (Post-Processing) به مرحله نهایی فرایند چاپ سه بعدی گفته می‌شود. بسته به نیاز و شیء ساخته شده ممکن است لازم باشد بعضی از مراحل پساپردازش زیر را بر روی قطعه چاپ شده انجام بدهیم.

• حذف تکیه‌گاه‌ها: بعد از ساخت قطعه سه بعدی به احتمال زیادی می‌خواهید تمام قطعات ساخته شده به عنوان تکیه‌گاه را از روی محصول اصلی حذف کنید. دیدن علائم باقی مانده بر روی سطوح قطعه چیز رایجی است. باید آن‌ها را حذف کرد.
• سنباده کاری: از بین بردن لکه‌ها مهم است. به خصوص لکه‌هایی که بعد از برداشتن مواد نگهدارنده باقی مانده‌اند. در این مرحله باید سنباده کاری کنیم. سنباده کاری ملایم قطعات ساخته شده با پرینتر سه بعدی، سطح صاف‌‌تری به وجود می‌آورد.
• نقاشی: اغلب اوقات قطعه پرینت شده، یک رنگ است. یعنی رنگ همان فیلامنتی را دارد که به کار برده‌ایم. برای اضافه کردن رنگ‌های متفاوت به بخش‌های قطعه، افزودن جزئیات یا حتی تقویت بیشتر استحکام آن لازم است که قطعه را رنگ آمیزی کنیم.
• پرداخت یا صاف کردن: پوشش اپوکسی یکی از راه‌های صاف کردن سطح قطعه چاپ شده است. برخی از فیلامنت‌ها، مانند «ABS»، با فرآیندهای خاص، مانند صاف کردن با بخار، سطحی صاف و درخشان پیدا می‌کنند.
• جوشکاری یا چسب زدن: بعضی از اوقات باید قطعات بزرگی را چاپ کنیم. این قطعه‌ها در فضای ساخت پرینتر سه بعدی جا نمی‌گیرند. در چنین مواقعی می‌توانیم قطعه مورد نظر را به دو یا چند بخش مختلف تقسیم کرده و یک به یک چاپ کنیم. بعد از ساخته شدن تمام بخش‌ها لازم است که آن‌ها را به همدیگر جوش داده یا با چسب بچسبانیم.

یادگیری مهارت‌های سخت افزاری با کمک فرادرس

پرینتر‌های سه بعدی نوعی جدید و مدرن از قطعات سخت‌افزاری هستند. در دنیای امروز، سخت‌افزارهای کامپیوتری به ابزارهای ضروری و جدایی‌ناپذیر در زندگی انسان‌ها تبدیل شده‌اند. با توجه به کاربرد زیاد این دستگاه‌ها، شناخت آن‌ها هم مهم است. برای شناخت بهترین روش انتخاب، تعمیر و ارتقای قطعات سخت‌افزاری باید دوره‌های حرفه‌ای را بگذرانیم. فرادرس، مجموعه‌ای را با نام مجموعه آموزش سخت افزار کامپیوتر، تولید کرده است. جدیدترین و بهترین فیلم‌های آموزشی حوزه سخت‌افزار را می‌توان در این مجموعه آموزش، پیدا کرد. بیشتر فیلم‌هایی که جنبه عمومی دارند، به صورت رایگان در فرادرس عرضه شده‌اند.

در پایین چند مورد از فیلم‌های عمومی و تخصصی فرادرس را مشاهده می‌کنید.

در صورت نیاز با کلیک بر روی تصویر زیر به صفحه اصلی این مجموعه آموزشی رفته و باقی فیلم‌ها را نیز مشاهده کنید.

مواد مورد استفاده در پرینتر سه بعدی چیست؟

همانطور که قبلاً اشاره کردیم، پرینترهای سه بعدی FDM از قرقره‌های فیلامنت به عنوان ماده اولیه برای ساخت قطعات استفاده می‌کنند. فیلامنت، از ترموپلاستیک‌های مهندسی شده‌ ساخته می‌شوند. این ترموپلاستیک‌ها به طور خاص با این هدف طراحی شده‌اند که بدون از دست دادن یکپارچگی ساختارشان ذوب شده و خنک شوند. برای شناخت این دستگاه‌ها و قبل از کار با آن‌ها باید بدانیم که مواد مورد استفاده در پرینتر سه بعدی چیست.

خوشبختانه فیلامنت‌های FDM – به خصوص مواد رایج آن – جزو ارزان ترین مواد قابل استفاده در دنیای پرینترهای سه بعدی هستند. به طور معمول فیلامنت‌ها با دو قطر ۱٫۷۵ میلیمتری و ۳ میلیمتری عرضه می‌شوند. البته بعضی وقت‌ها هم ۲٫۸۵ میلیمتر قطر دارند. مشخصه دیگر فیلامنت‌ها اندازه قرقره‌های آن‌هاست. اکنون قرقره‌هایی با وزن ۵۰۰ گرم، ۷۵۰ گرم، ۱ کیلوگرم، ۲ کیلوگرم، و ۳ کیلوگرم رایج ترین موارد موجود در بازار هستند.

یکی از بهترین ویژگی‌های پرینتر‌های FDM آن است که این دستگاه‌ها می‌توانند با فیلامنت‌های مختلف کار کنند. در فهرست پایین، چند دسته‌بندی از فیلامنت‌های مورد استفاده در تکنولوژی پرینت سه بعدی FDM را معرفی کرده‌ایم.

• نوع پرکاربرد: «PLA» و «ABS» و «PETG» پرکاربردترین فیلامنت‌ها هستند. این فیلامنت‌ها معمولا ارزان‌تر از بقیه هستند. در ضمن استفاده از آن‌ها هم ساده است.
• کارایی و جدید بودن: انواع مختلفی از فیلامنت وجود دارند. بعضی از آن‌ها انعطاف‌پذیری بالایی دارند. برای مثال می‌توان به «TPE» و «TPU» اشاره کرد. بعضی از آن‌ها هم با چوب، فلز یا سایر مواد مخلوط شده‌اند. برای رسیدن به بهترین عملکرد باید از فیلامنت‌هایی مانند نایلون یا پولی‌کربنات استفاده کنید.
• چندماده‌ای: اگر پرینتر سه بعدی در دسترس، توانایی استفاده از چند ماده مختلف را به صورت همزمان داشته باشد، می‌توانید برای ساخت تکیه‌گاه‌های محلول در آب از « PVA» یا « HIPS» استفاده کنید.

مثال ساده‌ای از کار با پرینتر سه بعدی

در این بخش از مطلب، توضیح داده‌ایم که روش کار با پرینتر سه بعدی چیست. برای این کار از مثال ساده‌ای استفاده کرده و روش ساخت قطعه کوچکی را از ابتدا تا انتها نشان دادیم.

البته مثال زیر، مربوط به پرینتر‌های سه بعدی FDM است. یکی دیگر از انواع پرینتر‌های سه بعدی، پرینتر‌های رزینی هستند. در این نوع از پرینتر‌ها از رزین به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود. برای آشنا شدن با این پرینتر‌ها و یادگیری روش کار با آن‌ها می‌توانید فیلم آموزش پرینتر سه بعدی رزینی از کار با نرم‌افزار تا پرینت نهایی قطعه را در فرادرس مشاهده کنید. لینک مربوط به این فیلم را در پایین نیز قرار داده‌ایم.

مرحله اول: ساخت مدل و آماده سازی فایل

در این بخش باید اول مدل خاصی را انتخاب کنیم. سپس ایده اولیه محصول را به مجموعه‌ای از دستورات قابل درک برای ماشین تبدیل کنیم. انجام دادن این کار شامل چند گام مختلف است.

گام اول، پیدا کردن مدل

پیدا کردن مدل به دو روش انجام می‌شود. یا باید از بین مدل‌های آنلاین انتخاب کرده و دانلود کنیم و یا اینکه خودمان بسازیم.

• برای دانلود کردن مدل می‌توانیم از وب‌سایت‌های رایگان مخصوص این کار مانند «Thingiverse» یا «MyMiniFactory» یا دیگر سایت‌ها استفاده کنیم.

• برای ساخت مدل سفارشی خودمان هم باید از نرم‌افزار‌های طراحی مانند «Tinkercad» و «Fusion 360» و «SketchUp» استفاده کنیم.

نکته: توجه کنید که فایل مدل آماده شده باید با فرمت «STL.» باشد. این عبارت، مخففی از کلمه «استریولیتوگرافی» (Stereolithography) است.

گام دوم، استفاده از نرم‌افزار اسلایسر

در این گام باید فایل «STL.» را در نرم‌افزاری مانند «Cura» – رایگان – یا «Simplify3D» – پولی – وارد کنیم. این نرم‌افزارها اسلایسر هستند. یعنی آنکه شکل کلی مدل سه‌ بعدی را به لایه‌های بسیار نازک تقسیم می‌کنند تا با قرار دادن عمودی آن‌ها بر روی هم این شکل ساخته شود. در اسلایسر باید تنظیمات خاصی را انجام بدهیم.

• اندازه نازل و ابعاد صفحه کار
• دمای فیلامنت برای ذوب شدن در انتهای داغ
• سرعت پرینت
• درصد چگالی و مدل Infill

گام سوم ساخت فایل G-code

نتیجه آماده‌سازی مدل و تنظیمات انجام شده در اسلایسر در فایلی با فرمت G-code ذخیره می‌شود. البته گاهی اوقات پسوند «gcode.» هم به کار برده می‌شود، اما بیشتر اوقات همان G-code است. برای انتقال دادن این فایل به پرینتر بیشتر از کارت‌های حافظه SD، فلش USB، اتصال مستقیم USB به کامپیوتر یا حتی بعضی از اوقات از طریق بی‌سیم و اتصال وای‌فای استفاده می‌شود. این مورد به مدل پرینتر بسته‌‌گی دارد.

مرحله دوم: آماده سازی پرینتر سه بعدی

قبل از شروع به کار و بعد از آماده کردن فایل G-code لازم است با بررسی چک لیست پایین، پرینتر خود را آماده کنیم. پیکربندی صحیح دستگاه در گرفتن نتیجه مورد نظر تاثیر زیادی دارد.

• آماده‌سازی صفحه کار یا کف کار: مواد چسبنده روی صفحه کار را تعویض یا تمیز کنید. در بعضی از صفحات باید روکش خاصی را بر روی صفحه کار بکشید. در بعضی دیگر صفحه کار از شیشه ساخته شده و باید تمیز شود. خیلی مهم است که اولین لایه به شکل درست به صفحه کار متصل شود.

• گرم کردن: باید کف کار و نازل را تا مقدار مشخص شده در نرم‌افزار اسلایسر گرم کنیم.
• تراز کردن سطح صفحه کار: برای اینکه دستگاه به شکل درست و یکنواخت قطعه مورد نظر را بسازد، باید سطح کار را تراز کنیم. برای تراز کردن دستی، اول نازل را به هر چهارگوشه صفحه کار انتقال بدهید. در هر گوشه، ارتفاع دقیق نازل از صفحه کار را تنظیم کنید. با این روش، نازل در زمان شروع به کار ارتفاع کاملا یکسانی در تمام سطح کار خواهد داشت.

• بارگذاری فیلامنت: قرقره فیلامنت را در دستگیره نگهدارنده مخصوص قرار بدهید. سپس نوک نخ آن را به قسمت مشخص شده در انتهای داغ فرو کنید. تا جایی فیلامنت را به انتهای داغ فشار دهید که مقدار کمی‌پلاستیک از خروجی دستگاه بیرون بیاید. با این کار مطمئن می‌شویم که نازل پرینتر برای شروع کار آماده شده است.

مرحله سوم و نهایی: چاپ قطعه

بعد از به پایان رساندن مراحل آماده‌سازی پرینتر، زمان چاپ قطعه مورد نظر می‌رسد. این فرایند را هم در چند گام پشت سر هم انجام می‌دهیم.

• گام اول، شروع به چاپ قطعه: در منوی رابط کنترل پرینتر، جست‌وجو کرده و فایل G-code را پیدا کنید. سپس برای شروع عملیات چاپ، دکمه «Start» را فشار بدهید.

• گام دوم، نظارت بر روی اولین لایه: نظارت بر اولین لایه‌های چاپ، اهمیت زیادی دارد. اگر این لایه‌ها به خوبی به همدیگر و صفحه کار بچسبند و ظاهر مناسبی داشته باشند، احتمال موفقیت نتیجه نهایی خیلی زیاد می‌شود.

• گام سوم، برداشتن فیلامنت: بعد از به پایان رسیدن ساخت قطعه، فیلامنت را از پرینتر خارج کرده و در کیسه پلاستیکی نگهداری کنید. با این کار از خشک و شکننده شدن فیلامنت به دلیل اکسیداسیون جلوگیری می‌کنید.
• گام چهارم، برداشتن قطعه: برای برداشتن قطعه ساخته شده از روی صفحه کار باید از کاردک نازک نقاشی یا شیء تیز دیگری استفاده کنیم که به خوبی به زیر قطعه برود. سپس با دقت آن را از روی صفحه کار برداریم.

• گام پنجم، خنک‌سازی: در نهایت هم باید پرینتر سه بعدی را خنک کرده و سپس خاموش کنیم.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس توضیح داده‌ایم که پرینتر سه بعدی چیست و چگونه کار می‌کند. یکی از مزایای این دستگاه‌های پیشرفته در نمونه‌سازی سریع و تولید قطعات است. این دستگاه‌ها با ذوب رشته‌های ترموپلاستیک مانند PLA یا ABS، لایه‌لایه اشیاء را می‌سازند. بنابراین به جایگزین مناسبی برای روش‌های سنتی تولید، تبدیل شده‌اند. اجزای کلیدی این دستگاه‌ها شامل «سکوی ساخت» – با تخت گرم‌شونده برای چسبندگی بهتر- «اکسترودر» – با بخش سرد برای کشیدن فیلامنت و بخش گرم برای ذوب آن – «هد پرینتر» – با فن‌های خنک‌کننده – و «رابط کنترل» – برای مدیریت عملیات – است.

فرآیند کار با این پرینترها به این‌ شکل است که ابتدا مدل سه بعدی را با نرم‌افزارهایی مثل Tinkercad ساخته و به فایل STL تبدیل می‌کنیم. سپس باید تنظیمات چاپ را در برنامه اسلایسر انجام داده و G-code تولید کنیم. بعد از آن پرینتر را آماده می‌کنیم. یعنی سطح چاپ تراز شده، فیلامنت بارگذاری شده و پرینتر گرم می‌شود. در زمان ساخت باید بر روی اولین لایه‌ها نظارت بکنیم. با یادگیری مدل‌سازی سه بعدی می‌توانید قطعات سفارشی بسازید و حتی در صنایع نوظهور هم فرصت شغلی پیدا کنید. این فناوری سرعت تولید را بالا برده و خلاقیت را در دسترس همه قرار می‌دهد.