چاپگر سه بعدی انقلابی در تولید قطعات صنعتی ایجاد می کند / از طراحی بافت های بدن انسان تا امکان ساخت یک محله شهری

به گزارش خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا).پرینت سه بعدی یکی از فرآیندهای تولید مدرن است که در سال های اخیر در صنایع مختلف نفوذ کرده و کارایی های زیادی را ارائه کرده است. پرینت سه بعدی، در تعریف ساده، فرآیند تولید اشیاء سه بعدی از فایل های دیجیتالی است که به کمک فرآیندهای افزایشی، اشیاء تولید می شوند، به طوری که هر لایه می تواند به عنوان برش های افقی نازک محصول نهایی در نظر گرفته می شود.

چاپگر سه بعدی در حال تحول در تولید صنعتی است

تولید افزودنی یا پرینت سه بعدی در برابر فرآیندهای تولید کاهشی قرار دارد. در عملیات برداشت، برای رسیدن به محصول نهایی، قطعاتی از مواد خام باید بریده یا تراشیده شوند و مواد توسط ماشین‌های تولیدی مانند ماشین‌های فرز یا تراش حذف شوند، در حالی که چاپ سه بعدی امکان تولید قطعات با حجم بالا را فراهم می‌کند. با مواد کمتری نسبت به فرآیندهای تولید سنتی، علاوه بر این، قطعات با پیچیدگی طراحی بیشتر با استفاده از پرینت سه بعدی تولید می شوند.

پرینتر سه بعدی قطعه را از طریق دستورات نرم افزاری تولید می کند و روش کار به این صورت است که قطعه کار به قطعات مجازی تقسیم می شود و در هر مرحله یک لایه چاپ تشکیل می شود، جدول چاپگر از نازل دور می شود دستگاه برای اندازه لایه بعدی و لایه دوم بر روی لایه اول چاپ می شود. هرچه فاصله بین لایه‌ها کمتر باشد، مواد مصرفی بیشتر به هم می‌پیوندند و جوش قوی‌تری بین لایه‌های پرینت سه بعدی ایجاد می‌شود، بنابراین می‌توانیم کیفیت خروجی بهتری داشته باشیم.

چاپگر سه بعدی را می توان ترکیبی از دستگاه تزریق پلاستیک و دستگاه CNC در نظر گرفت، زیرا روش کار CNC کاملاً شبیه پرینتر سه بعدی است و CNC قطعه کار را طبق دستورات G-CODE تولید می کند. تفاوت دستگاه CNC با چاپگر سه بعدی در این است که در CNC یک بلوک وجود دارد و با چرخاندن این بلوک به شکل نهایی می رسد اگر قطعه کار در این دستگاه از ابتدا ساخته شده باشد، میزان ضایعات یک دستگاه سه بعدی است بسیار کمتر از CNC

ساخت بزرگترین پرینتر سه بعدی در ایران

محققان دانشگاه صنعتی اصفهان موفق به طراحی و تولید بزرگترین پرینتر سه بعدی ایران در سال 2019 شدند. دکتر حسین حسنی، عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی اصفهانبا استفاده از این چاپگر سه بعدی، می توان کامپوزیت های تقویت شده و تقویت شده توسط الیاف مختلف را برای استفاده در صنایع مختلف تولید کرد.

وی بیان کرد: پرینت سه بعدی به روش لایه پلیمری ذوب شده (FFF) به دلیل هزینه کم و استحکام کمتر به یکی از روش های مهم در ساخت قطعات صنعتی تبدیل شده است.

دکتر حسین حسنی عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی اصفهان وی به امکان تولید دقیق قطعات سه بعدی پیچیده تا ابعاد 70x48x48 سانتی متر با استفاده از دستگاه فشرده اشاره کرد و افزود: در این چاپگر یکی از سیستم های دو لایه، قابلیت تغذیه همزمان الیاف با کارایی بالا را دارد. مانند فیبر کربن، شیشه و کولار، با پلیمر ترکیب می شوند.

دکتر حسنی ادامه داد: این دستگاه توانایی تولید کامپوزیت های سه بعدی و دو بعدی از الیاف تقویت شده را در اشکال سه بعدی دارد که در صنایع مختلف از جمله حمل و نقل، صنعت هوانوردی و پروتز برای استفاده معلولان.» پره های توربین بادی از نظر اندازه کوچک هستند و قطعات پیچیده ای تولید می کنند و در ماشین آلات صنعتی و قطعات شوک خودرو مانند جعبه شوک استفاده می شوند.

طراحی بافت انسانی با چاپگر سه بعدی ایرانی

یک شرکت “مهندسین آینده” در سال 1395 توسط سه نفر از فارغ التحصیلان دانشگاه صنعتی شریف تاسیس شد و در آبان 1396 توانست به جمع شرکت های دانش بنیان بپیوندد. این شرکت موفق به چاپ نمونه های آزمایشگاهی اعضای بدن مانند گوش و بینی شده و نمونه هایی مانند جمجمه حیوانات را نیز به مرحله آزمایش بر روی حیوانات نزدیک کرده است.

پرینترهای زیستی سه بعدی سری “BioFab” که بر یک سیستم محرک پنوماتیک و توانایی اعمال فشار بالا متکی هستند، طیف گسترده ای از مواد بیولوژیکی را برای تشکیل بافت هایی مانند قلب، پوست، غضروف یا استخوان فراهم می کنند و به کاربر آزادی کامل در انتخاب می دهند. مواد بیولوژیکی

PioneerX2 یک چاپگر زیستی است که شامل دو واحد چاپ مبتنی بر فناوری اکستروژن است که امکان کنترل دقیق اندازه مواد چاپ شده را فراهم می کند. این توانایی به ویژه در مورد چاپ با کیفیت بالا محلول های سلولی و هیدروژل های با ویسکوزیته کم اهمیت دو چندان می یابد. با کمک این چاپگر، محققان می توانند بافت ها و اندام های زنده را به منظور ارزیابی عملکرد داروها و لوازم آرایشی و یا جایگزینی بافت های آسیب دیده در بیماران تولید کنند.

علی یزدانی، مدیرعامل شرکت آتی مهندسی امیدفرنان وی در آذرماه سال گذشته (1402) در مورد تجربه حضور در نمایشگاه ایران گفت: پرینتر سه بعدی پرفروش ترین محصول ما در نمایشگاه ایران بود و البته در نمایشگاه ایران به فروش خوبی دست یافتیم. بیشتر فروش های شرکت ما محلی است و ما سهم زیادی از این فروش ها را مدیون شرکت در نمایشگاه ایران سوخت هستیم.

ساخت اولین پرینتر سه بعدی فلزی در ایران

یک شرکت دانش با تولید پرینترهای سه بعدی فلزی از طریق فناوری SLM که پیش از این محدود به چند کشور بود، امکان تولید مستقیم پیچیده ترین قطعات از فایل های سه بعدی را با بالاترین دقت فراهم کرده است.

در این رابطهاحمد فروزمیر، مدیرعامل این شرکت دانش بنیان وی با اشاره به تولید پرینترهای سه بعدی گفت: این دستگاه با تکیه بر فناوری SLM که از پودر آلیاژی به عنوان ماده اولیه و از لیزر به عنوان ابزار ساخت استفاده می کند. این روش اجازه می دهد تا قطعات با هر پیچیدگی مستقیماً از فایل سه بعدی آنها تولید شود. در این روش محصول نهایی فلزی با هر پیچیدگی مستقیماً از فایل سه بعدی آن بدون نیاز به عملیات ثانویه خاص ساخته می شود. در این فرآیند از لیزر پرانرژی برای ذوب پودر فلز و مخلوط کردن آنها با یکدیگر استفاده می شود.

وی با بیان اینکه وقتی یک لایه تشکیل می شود، یک لایه جدید پودری روی سطح ساختمان پخش می شود، اظهار داشت: با تشکیل یک لایه، لایه جدیدی از پودر در سطح ساختمان پخش می شود. وی ضخامت لایه ها را بین 20 تا 100 میکرون دانست و خاطرنشان کرد: از جمله مواد مورد استفاده در این فرآیند می توان به فولاد ابزار، فولاد ضد زنگ، کروم کبالت و تیتانیوم اشاره کرد. “هنگام استفاده از مواد واکنش پذیر مانند تیتانیوم یا آلومینیوم، مقدار اکسیژن در محفظه مهر و موم شده باید به حداقل کاهش یابد تا از اکسید شدن مواد و نقص های بعدی جلوگیری شود.”

مدیرعامل این شرکت دانش بنیان گفت: از این دستگاه در ساخت قطعات نیروگاهی، هوافضا، خودروسازی، صنایع پزشکی و دندانپزشکی استفاده می شود و متالورژی

فروزیمهر افزود: ما اولین کارخانه چاپگرهای سه بعدی فلزی (SLM) در کشور هستیم که تولید آن تنها به چهار کشور آمریکا، انگلیس، آلمان و فرانسه محدود شد و به دلیل تحریم ها تولید نشده است.» امکان واردات این تجهیزات وجود دارد.»

بومی سازی پرینترهای سه بعدی سازه های بتنی

محققان دانشگاه مازندران در سال گذشته موفق به بومی سازی پرینترهای سه بعدی برای تولید بتن شدند. “حبیب اکبرزاده بنجار سرپرست این تیم تحقیقاتی وی با بیان اینکه استفاده از پرینترهای سه بعدی بتن باعث افزایش سرعت ساخت و کاهش مصرف انرژی و مصالح می شود گفت: دقت چاپگر سه بعدی داخلی در این دانشگاه کمتر از یک میلی متر است.

وی با اشاره به اینکه کسب آگاهی از صنعت بتن مورد استفاده برای این مجموعه پرینترها نیز بسیار حائز اهمیت است، افزود: به منظور جلوگیری از آشفتگی لایه های بتن و دستیابی به ویسکوزیته یا ویسکوزیته کافی در ساخت بتن، ماسه ریز و خودمراقبتی. مواد، Pomi استفاده شد.

سرپرست این تیم تحقیقاتی تایید کرد که مقاومت بین لایه های بتن ساخته شده به این روش بین 10 تا 30 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است و مقاومت فشاری این نوع بتن سه برابر مقاومت فشاری بتن معمولی است. لازم به ذکر است که با استفاده از پرینت سه بعدی می توان سازه های دیوار را از نظر توپولوژیکی بهینه و تا حدی توخالی کرد، به این ترتیب نیاز به مواد مصرفی تا حد زیادی کاهش می یابد و این مشکل منجر به ورود آسیب کمتر به محیط می شود.

نکته مهم دیگر این است که با استفاده از این فناوری های سه بعدی می توانید میزان زباله های تولید شده در یک پروژه معمولی را تا 30 درصد کاهش دهید که عدد قابل توجهی است. در واقع فرآیند کار به گونه ای است که قطعات مختلف چاپ شده و مواد بلااستفاده بسیار سریع و آسان بازیافت می شوند و همچنین می توان آنها را برای استفاده های بعدی ذخیره کرد.

مزیت دیگر ساخت سازه بتنی با پرینت سه بعدی این است که با استفاده از آن می توانید بی نهایت طرح را برای سازه خود در نظر بگیرید. در واقع، تنها چیزی که می تواند چاپگرهای سه بعدی را محدود کند، تخیل معماران است. با استفاده از این فناوری می توان پیچیده ترین و سخت ترین سازه ها را – که ساخت آنها با روش های سنتی مستلزم هزینه و انرژی زیادی است – در کمترین زمان ممکن اجرا کرد.

ساخت محله با استفاده از چاپگر سه بعدی

مزرعه گرگ محله ای از خانه های چاپ سه بعدی در امتداد رودخانه سن گابریل در تپه های جورج تاون، تگزاس. ساخت این شهرک در سال 2022 با برنامه ریزی پروژه برای ساخت 100 واحد مسکونی آغاز شد و این خانه را به بزرگترین مجموعه خانه های پرینت سه بعدی تبدیل کرد.

طبق گزارش اخیر رویترز، Gregg Ranch اکنون در حال تکمیل شدن است و چند خانه آخر تابستان امسال پرینت سه بعدی خواهند شد. در Greg Farm هشت مدل مختلف خانه وجود دارد که ارزان‌ترین آنها 146 متر مربع با سه اتاق خواب و دو حمام است که از حدود 430000 دلار شروع می‌شود و مدل‌های بزرگ‌تر و گران‌تر نیز موجود است.

این شهر همکاری بین ICON (یک استارتاپ مستقر در تگزاس و متخصص در چاپ سه بعدی در مقیاس بزرگ) و Lennar (یکی از بزرگترین سازندگان خانه در ایالات متحده) است. هر ساختمان با استفاده از یک چاپگر سه بعدی غول پیکر ساخته شده است که بتن و سایر مواد را در یک طرح از پیش برنامه ریزی شده لایه بندی می کند و خانه را از ابتدا می سازد. آثار این روش در داخل دیوار خانه ها باقی می ماند و ظاهری راه راه به آنها می بخشد. سپس یک سقف فلزی جوش داده شده در بالای ساختمان قرار می گیرد که با پنل های خورشیدی تزئین شده است تا به برق خانه کمک کند.

با توجه به ICON، چاپ سه بعدی اجازه می دهد تا خانه ها به سرعت و کارآمد با حداقل ضایعات مواد تحویل داده شوند. به این ترتیب ساختمان هایی ساخته می شوند که از نظر فنی; پیشرفته و سازگار با محیط زیست پایدار و معماری. چشمگیر. همراه با تعدادی دیگر از پروژه‌های زمینی، این استارت‌آپ جاه‌طلبی جسورانه‌ای برای ایجاد جوامع «خارج از جهان» در ماه و فراتر از آن دارد. در همین زمینه، در سال 2022، این شرکت قراردادی به ارزش 57.2 میلیون دلار از ناسا برای توسعه فناوری های ساخت و ساز دریافت کرد که می تواند به ساخت زیرساخت های چاپ سه بعدی مانند سکوهای فرود، جاده ها و خانه ها در ماه و مریخ کمک کند.

با توجه به مطالب فوق چاپگر سه بعدی جدیدترین فرآیند تولید قطعات پیچیده صنعتی است و استفاده بهینه از آن باعث خودکفایی کشورمان در بسیاری از دستگاه های صنعتی می شود به طوری که؛ این روش تولید نه تنها مقرون به صرفه تر و سریعتر از روش سنتی است، بلکه از دقت و کاربرد مناسب تری نسبت به نمونه های تولید شده به روش سنتی برخوردار است و کشورمان را از واردات قطعات مصون می دارد. بنابراین حمایت از شرکت‌های دانش‌بنیان فعال در این حوزه می‌تواند جمهوری اسلامی ایران را به دستاوردهای بزرگی در حوزه‌های بهداشت، شهرسازی، فضا و … برساند.

انتهای پیام/