پرینترها یا چاپگرهای سه بعدی یکی از روش های تولید افزایشی/ additive manufacturing به شمار می آیند که به زبان ساده جسم طراحی شده توسط رایانه را به صورت لایه ای چاپ می کنند. این چاپگرها به عنوان عامل متحول کننده صنعت ساخت در زمینه های متعددی چون پزشکی، جواهرسازی، معماری، صنعت پوشاک، خرده فروشی، خودروسازی و آموزش با ساخت قطعات مختلف و حتی کل یک دستگاه کاربرد دارند.
چاپگرهای سه بعدی فناوری های مختلف دارند و از مواد گوناگونی استفاده می کنند؛ یک نوع از این چاپگرها دستگاه های با فناوری اف دی ای/ fused deposition modeling یا مدل سازی ته نشین جوش خورده کار می کند و مواد مورد استفاده آن دو نوع پلاستیک است.
دستگاه دیگر دی ال پی/ dlp یا digital light processing فرایند دیجیتال نوری است که مواد مورد استفاده آن رزین حساس به نور، پلیمرها و سرامیک هاست.
به گزارش روز شنبه دشتستان بزرگ از پایگاه اطلاع رسانی علمی فیز/phys.org فناوری پرینت یا چاپگرهای سه بعدی می تواند وضعیت را برای مشاغل تولیدکننده قطعات کوچک در شمارگان کمتر از ۱۰ هزار قطعه به شدت تغییر دهد، زیرا به معنای آن است که قطعات بدون نیاز به هزینه قالب گیری و نمونه سازی بیش از ۱۰ هزار دلار تولید می شوند. اما در دسترس ترین شکل پرینتر سه بعدی که به نوعی شبیه تولید قطعات با مجموعه ای از خطوط یک بعدی است، نتوانسته مشکل مقیاس زمانی تولید مشابه تعداد زیادی قطعه را در یک یا دو هفته رفع کند.
تیموتی اسکات/Timothy Scott استادیار مهندسی شیمی در دانشگاه میشیگان یکی از مجریان این طرح
می گوید: تولید قطعات زیاد در مدت زمان کوتاه با استفاده از رویکردهای متعارف واقعا ممکن نیست، مگر اینکه از صدها ماشین استفاده کنید.
این گروه از محققان با استفاده از روش جامدسازی رزین مایع به کمک دو نوع نور محل سفت شدن رزین را در دستگاه پرینتر سه بعدی کنترل می کنند، همین امر باعث می شود بتوانند رزین را در الگوهنای پیچیده تر جامدسازی کنند. همچنین به جای روش مجموعه ای خطوط یک بعدی یا چندبخشی در پرینت دو بعدی یکباره با استفاده از برجسته سازی سه بعدی محصول را به دست می آورند، محصولات تولیدشده آزمایشی آنها با این روش شامل قایق اسباب بازی، فضاهای مشبک یا یک حرف الفباست.
مارک برنز/Mark Burns یکی دیگر از اعضای این گروه می گوید: این روش یکی از اولین روش های واقعی پرنت سه بعدی است. از آنجا که رویکرد پرینت سه بعدی از مواد مایع دیگر چندان تازه و دوراز دسترس نیست، باید بر محدودیت های اولیه این نوع پرینت فایق آمد.
بر اساس این گزارش، روش یادشده به طور مشخص رزین روی شیشه ای که نور از آن عبور می کند به شکل جامد درمی آید و مانع از روند پرینت در بدو امر می شود.
با ایجاد منطقه ای وسیع که جامدسازی رزین در آن روی نمی دهد، می توان از رزین های ضخیم تر با قوی کردن مواد افزایشی پودری برای تولید محصولات مقاوم تر استفاده کرد. این روش همچنین به بهترین شکل انسجام ساختاری پرینت سه بعدی با استفاده از فیلامنت را حفظ می کند، همانطور که آن محصولات نقاط ضعفی را در حد فاصل لایه های مختلف دارند.
اسکات می گوید: با این روش می توان مواد بسیار مقاوم تری تولید کرد.
راهکارهای اولیه دیگری برای مقابله با مشکل جامدشدن روی شیشه استفاده از شیشه ای بود که اجازه عبور اکسیژن را به داخل می داد. اکسیژن به رزین نفوذ می کند و مانع از جامدشدن نزدیک شیشه می شود تا لایه نازکی از مایع جریان می یابد که اجازه می دهد سطح تازه پرینت شده از دستگاه خارج شود.
اما از آنجا که این فاصله تنها به اندازه قطعه نوار شفاف و قابل مشاهده است، رزین باید حالت روندگی زیادی داشته باشد تا به اندازه کافی سریع حدفاصل محصول تازه جامدشده و شیشه را پر کند. همین امر باعث شده پرینت با مایعات تنها شامل پرینت اجسام کوچک وانحصاری مانند وسایل دندان پزشکی یا قطعات کوچک صنعت کفاشی شود.
گروه محققان دانشگاه میشیگان توانسته اند با جایگزینی اکسیژن با نوری که بتواند مانع از جامدسازی شود، حد فاصل بزرگ تری را بین محصول و شیشه تعبیه کنند؛ البته ضخامت این فاصله فقط چند میلی متر بیشتر است و باعث می شود رزین هزاران برابر سریع تر جریان یابد.
کلید موفقیت رسیدن به ترکیبی شیمیایی منحصر به فرد از رزین است؛ در سیستم های متعارف تنها یک نوع واکنش وجود دارد. یک مایع فعال ساز رزین را هر جایی که نور ببیند جامد می کند، در روش گروه محققان دانشگاه میشیگان همچنین مایع دیگری نیز استفاده شده که به طول موج نور دیگر واکنش نشان می دهد.
این گروه همچنین در روش خود به جای اینکه فقط روند جامدشدن پرینت های دو بعدی را کنترل کنند، می توانند دو نوع نوری را در دستگاه تدارک دیده اند که رزین را نزدیک شیشه نوررسان جامد و سخت می کند.
مقاله ای از این راهکار که روند ثبت اختراع آن نیز آغاز شده است به زودی در نشریه پیشرفت های علم/Science Advances منتشر خواهد شد.