تحقیق مقاله چاپ سه بعدی

چاپ سه بعدی

مقدمه

امروزه مدلسازی سه بعدی در رشته های گوناگونی همچون قطعه سازی، معماری، طراحی صنعتی، روباتیک، صنایع هوافضا و... کاری رایج است. این مدلسازیها تا پیش از این به شکل تصاویر دو بعدی روی صفحه های نمایشگر یا روی کاغذ ارائه می شدند تا افراد با دیدن آنها درکی از آنچه طراحان در ذهنشان دارند بدست آورند.

اکنون با ورود تکنولوژی نمونه سازی سریع (Rapid Prototyping) به ایران، امکان ساخت یک نمونه حجمی مطابق با فایل سه بعدی در کوتاهترین زمان و بدون نیاز به قالب فراهم شده است. روشی که ما برای این کار استفاده می کنیم اصطلاحاً چاپ سه بعدی نامیده می شود. در واقع ما به جای چاپ یک تصویر بر روی کاغذ، مدل شما را با پلاستیک می سازیم! این مدل می تواند یک مجسمه، ماکت، قطعه صنعتی، جعبه یا هر شیئ سه بعدی دیگری باشد.

5 معجزه چاپ سه بعدی

چاپ سه بعدی راه درازی را از روزی که مخترع آن، چارلز هال، نمونه اولیه آن را بیش از 30 سال پیش رونمایی کرد طی کرده است. در 5 تا ده سال آینده قابلیت های چاپگرهای سه بعدی باورنکردنی خواهد بود.

در این مطلب آخرین پیشرفت های این تکنولوژی چاپ 3بعدی را خواهید دید. این پدیده ها را هنوز نمی توانید چاپ کنید، اما دانشمندان خوش‌بین معتقدند که تا دهه آینده آن ها را در اختیار خواهیم داشت.

خانه‌های سه بعدی

محققی در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی مدعی است که چاپگر سه بعدی عظیمی طراحی کرده است که قادر است 2500 فوت مربع خانه را در تنها 24 ساعت بسازد.

این چاپگر از تکنولوژی ساختمان لایه لایه استفاده می کند تا اطمینان حاصل شود که ساختمان ها از مجراهای کافی برای کاربری الکتریسیته، تهویه هوا و لوله کشی ها برخوردار است.

درختان سه بعدی

در اصل باید گفت چوب سه بعدی! دو محقق ناسا مشغول طراحی و گسترش راهی برای چاپ سه بعدی درختان هستند. از این طریق، فضانوردان می توانند چوب در فضا داشته باشند، بی آنکه مجبور باشند چوب را با خود به فضا حمل کنند. ناسا انتظار دارد تا اولین درخت سه بعدی کامل را در زمانی در سال 2014 در اختیار داشته باشد.

گوشت و چرم سه‌بعدی

تصور کنید بتوانید گوشت استیک بخورید و یا پالتوی چرم به تن کنید، بی آن که حیوانی به این منظور کشته شده باشد. بر اساس تحقیقات محققین، تهیه گوشت و چرم از طریق کشتن گاوها، نه تنها هزینه زیادی داشته بلکه سازگار با محیط زیست نیست. علاوه بر آن، افراد گیاهخواری که به علت مخالفت با شیوه کشتار حیوانات از خوردن گوشت امتناع می کنند، از این محصول جدید استقبال خواهند کرد.

تولید این محصول نیز از طریق استفاده از سلول ها و جوهر زیستی محقق خواهد شد.

ارگان‌های پیچیده بدن

منظور از این عنوان، این نیست که اعضایی مثل گوش، استخوان و پوست پیچیده نیستند؛ اما پیشرفت های سریع تکنولوژی چاپ سه بعدی، می تواند خداحافظی با لیست های بلندبالای تقاضای دریافت عضو پیوندی باشد.

چالش بعدی قلب انسان خواهد بود. محققان معتقدند تا دهه آینده توانایی تولید قلب جایگزین را خواهیم داشت. چاپگر سه بعدی اکنون قادر به چاپ بخش های کوچکتر قلب مانند کوچکترین رگ های قلبی است. تلاش آنها بر این است که بتوانند کل قلب را تولید کنند.

البته آنچه اهمیت دارد تنها تولید قلب نیست، بلکه زنده نگه داشتن آن است! در سال ٢٠١٣، دانشمندان یک کلیه چاپ کردند اما این کلیه تنها ٥ روز زنده ماند. هرچند زمان بسیار کمی بود اما افق روشنی را برای آینده این تکنولوژی ترسیم کرد.

پایگاه فضایی روی ماه

این بلندپروازانه ترین طرح این لیست 5 موردی است. ایستگاه فضایی اروپا به دنبال تکنولوژی است که فضانوردانش بتوانند پایگاه خود در ماه را با چاپ سه بعدی بسازند. به دلیل نبودن پلاستیک، دانشمندان قصد دارند از خاک ماه برای تولید بلوک های پایگاه فضایی استفاده کنند، و تا کنون موفقیت هایی در این زمینه کسب کرده اند.

البته این طرح تاکنون روی زمین تولید و تجربه شده است، نه روی ماه! آزمایش واقعی قدرت چاپگرهای سه بعدی زمانی خواهد بود که این فناوری پا به فضا بگذارد!

انقلاب بزرگ چاپگرهای سه بعدی در زندگی

حامد منیری: امروزه صنعت چاپگرهای (پرینتر) سه بعدی رواج بیشتری یافته است. این فناوری انقلابی دیگر همانند رایانه در دهه 90 و گوشی‌های هوشمند در دهه اخیر است.

سرعت تغییرات در این فناوری بسیار سریع است و سخت است که بگوییم این نوع چاپگرها چه موقع این قدر پیشرفت کردند. اولین چاپگر سه بعدی توسط چرلز هال  در سال 1984 ساخته شد و این دستگاه، اشکال دیجیتالی را به اشکال فیزیکی تبدیل می‌کرد. از این موقع  بود که چاپگرهای سه بعدی پیشرفت خودش را آغاز کرد. انواع طرحها و طراحی‌های مختلف با این چاپگرها قابل چاپ است. این فناوری ارتباط ما را با دنیای دیگر کاملاً متحول خواهد کرد.

پیشرفت سریع چاپگرهای سه بعدی

سیلون پریمونت (Sylvain Preumont ) 
که فروشگاه چاپگرهای سه بعدی را در انگلیس دارد، در مورد رشد آنها گفت: در حال حاضر پیشرفت این نوع چاپگرها بسیار زیاد است و در حال کاهش قیمت نیز می‌باشند و در ابعاد و قیمت‌های مختلف موجود می‌باشند.

وی گفت: قیمت چاپگرهای سه بعدی موقعیتهای شغلی جدیدی را نیز ایجاد می‌کند و افراد می‌توانند  آنها را بخرند و کالاهای زیادی را با آن طراحی کنند.

وی در ادامه می‌افزاید: چاپگرهای خانگی در حال حاضر در فروشگاه‌ها وجود دارند، اشیا تا حدود 35 میلی‌متر را می‌توانند چاپ کنند، اما در چاپگرهای سه بعدی صنعتی محدودیتی از لحاظ اندازه وجود ندارد. فعلاً برای طراحی ساده، تنها می‌توان از چاپگرهای خانگی سه بعدی استفاده کرد. اما برای طرحهای پیچیده تر با جزئیات بیشتر می‌توان از چاپگرهای گران تر استفاده کرد.

کاربرد چاپگرهای سه بعدی در صنعت

چاپگرهای سه بعدی امکانات زیادی دارند که بستگی به خلاقیت کاربرانشان دارد. صنعت فیلمسازی اولین صنعتی است که از آنها استفاده کرده است و شرکتهای فیلمسازی مانند هالیوود ایده چاپگرهای سه بعدی را گسترش داده و خلاقانه‌تر کرده است.

طراحان خودرو نیز که قبلاً به کمک خمیر مدل خودرو می‌ساختند، از این فناوری استفاده می‌کنند که بهره وری آنها توسط این دستگاه‌ها افزایش خواهد یافت. بدنه خودرو نیز با استفاده از این فناوری طراحی خواهد شد.

در قدیم، ابتدا طرحی از خودرو می‌کشیدند و سپس یک مدل کوچک از آن را درست می‌کردند و روی آن تحقیق می‌کردند و به معایب آن پی می‌بردند. ولی الان می‌توانند بسیار ارزان با کمک چاپگرهای سه بعدی آن را چاپ کرده و اشکالات مدل را پیدا کنند.

بتازگی ناسا نیز راکتی را تست کرده که با چاپگر چاپ شده بود، حتی ناسا طرحهایی را برای ساخت زیستگاه‌ها در فضا با استفاده از این نوع چاپگرها دارد.

در زمینه پزشکی، پارسال دانشمندان چینی توانستند، قسمتهای مختلف بدن انسان را چاپ کنند. چاپگری که به جای پلاستیک از سلولهای زنده به عنوان ماده اولیه استفاده می‌کند و این آغاز یک انقلاب بزرگ در زمینه سلامتی است.

جراحان همواره به دنبال این بوده اند که وسایل جراحی مخصوص به خود را چاپ کنند. این وسایل با اندازه مخصوص برای جراح چاپ می‌شود.

همچنین در زمینه فناوری‌های دیجیتالی سه بعدی، سنسور و اسکنر سه بعدی نیز امکانات بی پایانی ارایه خواهند کرد.

ابر چاپگری که خانه می‌سازد

شاید بیشترین تأثیری که این فناوری در زندگی داشته باشد، تأثیر آن در خانه باشد. با استفاده از این فناوری می‌توانید خانه خود را طراحی کنید و حتی وسایل تزیینی، تختخواب و ... را طبق سلیقه خودتان چاپ کنید.

دانشگاه کالیفرنیای جنوبی در حال آزمایش یک چاپگر سه بعدی  غول پیکر  است که می‌تواند یک خانه کامل را در کمتر از 24 ساعت بسازد.

دکتر بهرخ خوشنویس، سازنده این روبات غول پیکر در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی می‌گوید: این روبات برای ساخت خانه طراحی شده که می‌تواند جایگزین کارگران ساختمانی با قیمتی نازل تر شود. این دستگاه با یک الگوی رایانه‌ای از پیش طراحی شده، می‌تواند بسرعت یک خانه را بسازد.

دکتر خوشنویس می‌افزاید: این  فناوری می‌تواند در صنعت ساخت و ساز انقلابی را به وجود آورد.

 نرم افزار طراحی

هر نوع نرم افزار طراحی قابل استفاده روی این چاپگرها می‌باشد، به عنوان مثال «DMAX3» یا «Auto Cad» و همچنین  نرم افزار  google sketchup  که کاملا رایگان است و از طریق گوگل می‌توان آن را دریافت کرد.

وب سایت «MY Mini Factory» محصولات ساخته شده را ارایه می‌دهد و پر از چیزهایی است که با چاپگر سه بعدی درست شده است که می‌توان آنها را دانلود کرد و حتی روی آن تغییرات داد و سپس چاپ کرد. سایت shapeways.com نیز به فروش محصولات 3D اختصاص دارد.

قیمت چاپگرها

قیمت چاپگرهای سه بعدی در سه سال گذشته (از 2010 تا 2013 ) روند کاهشی داشت و از قیمت 20 هزار دلار به کمتر از یک هزار دلار رسیده است. شرکت «CubeJet» بتازگی وعده داده چاپگرهای حرفه‌ای سه‌بعدی را با قیمت زیر 5 هزار دلار عرضه کند.

اما برای اینکه از این فناوری افراد بیشتری استفاده کنند، شرکتهای مختلفی در حال ساخت چاپگرهایی با قیمت زیر 500 دلار می‌باشد.

این چاپگرها در زمینه‌های مختلفی تأثیرگذارند. از جمله طراحی مدلها، معماری، ساخت و ساز، طراحی خودرو، هوافضا، نظامی، فنی مهندسی و ... که با پیشرفت این دستگاه‌ها باید منتظر چیزهای شگفت آوری باشیم.

اگر مسیر تکنولوژی به طور ناگهانی تغییر نکند و همه چیز به همین منوال ادامه یابد، به زودی شاهد خواهیم بود که پرینترهای سه بعدی هر آن چه تصور کنیم را تولید کنند، از مواد غذایی و اسلحه گرفته تا قطعات هواپیما.

اما چاپ دستگاه های الکترونیکی به این سادگی ها نیست. گرچه تلاش هایی برای چاپ سه بعدی بردهای الکترونیکی صورت گرفته، با این حال اجزای پیچیده و یکپارچه برخی بردهای الکترونیکی را نمی توان به این راحتی ها با پرینترهای سه بعدی خلق کرد.

در این میان محققان چینی مدعی شده اند نوعی آلیاژ فلزی تهیه کرده اند که در دمای اتاق به صورت مایع است و با تکنولوژی پرینترهای معمولی جوهر افشان امکان چاپ شدن دارد. این آلیاژ در واقع ترکیب خاصی از گالیوم و ایندیوم است و به خاطر حالت مایعش بر روی هر سطحی از جمله تیشرت، کاغذ، پلاستیک، لاستیک، و حتی برگ قابل چاپ است! شاید این ایده جالب و کشف جدید، در آینده ای نزدیک گجت های پوشیدنی خیره کننده ای را برای ما به ارمغان بیاورد.

از طرف دیگر در تحقیق این محققان چینی به نکته جالب دیگری هم اشاره شده. به کمک این آلیاژ می توان لایه های رسانای شفافی تولید کرد که قادرند 47% نور را از خود عبور دهند. شاید این دستاورد محققان چینی را بتوان یک گام جدی در مسیر تحقق طرح های مفهومی تلفن های هوشمند کاملاً شفاف قلمداد کرد.

پلاستیک گرانبها و ایده خط بازیافت خانگی

با یکی از طرح های دیو هاکنز (Dave Hakkens) با عنوان Phonebloks تلفنی ماژولار با قابلیت ارتقاء قطعات، در پست‏های قبلی نارنجی آشنا شده اید؛ حالا این طراح هلندی در حوزه ای متفاوت از ایده قبلی اش طرحی را ارائه کرده.

فارغ التحصیل آکادمی طراحی آیندهون، برای بازیافت زباله های پلاستیکی، دستگاهی شخصی ساخته تا از این طریق بتواند لوازم دست ساز جدید تولید کنید. او قصد دارد طرح خود را به اشتراک گذارد تا سایر مردم نیز همین عمل را انجام دهند.

دستگاه او شامل یک خردکن، اکسترودر (دستگاه شکل دهی به پلیمرها با استفاده از مارپیچ)، الگوساز تزریقی و الگوساز دَورانی که همگی بر اساس مدل های صنعتی ولی با پیچیدگی های کمتر و انعطاف پذیری بیشتر، طراحی و ساخته شده اند.

هاکنز می گوید: «من متوجه شدم که از تمام زباله های پلاستیکی که دور انداخته می‏شود، تنها 10 درصد آن بازیافت می شود و متعجب شدم که چرا ما سهم کمی از آن را بازیافت می کنیم.»

یکی از دلایل آشکار شده برای این موضوع، درخواست کم کارخانجات برای استفاده از این نوع مواد بازیافتی است. بنابراین او تصمیم گرفت تعدادی از کارخانه ها را از نزدیک دیده و به پاسخ این سوال که چرا از پلاستیک بازیافتی استفاده نمی کنند، برسد. او متوجه شد که مشکلات جداسازی و دسته بندی زباله های پلاستیکی برای بازیافت، سبب می شود نهایتاً محصولات بازیافتی نسبت به پلاستیک نو، کمتر قابل اعتماد باشند.

او توضیح می دهد: «من به تمام این شرکت ها رفتم و متوجه شدم ماشین هایی که برای تولید انواع پلاستیک استفاده می کنند بسیار گران، دقیق و ارزشمند هستند؛ پس آنها از پلاستیک بازیافتی به خاطر اینکه خالص نیست و ممکن است باعث صدمه به دستگاه ها یا کم شدن سرعت تولید شود، استفاده نمی کنند.»

هاکنز در ادامه می گوید: «اما من می خواهم لوازم شخصی خودم را بسازم، پس می توانم از پلاستیک بازیافتی استفاده کنم.»