چگونه اشیا در یک چشم به هم زدن تولید میشوند؟
نویسنده : فاطمی
آیا هرگزتصور کردهاید که اگر یک چاپگر سه بعدی در منزل داشته باشید، چه اتفاقی میافتاد؟ در صورت برخورداری از چنین چاپگری، به جای خریدبسیاری از کالاها میتوانید در یک چشم به هم زدن ،محصول موردنظر تان را با تغییرات و اصلاحات دلخواه خود در منزل تولید کنید و از آن لذت ببرید.برای تولید همه چیز ازابزارآلات ساده روزمره گرفته تا تولید اعضای بدن انسان ، میتوان روی چاپگرهای سه بعدی حساب کرد. اما آیا میدانید این فناوری نوظهور، دقیقا چطور کار میکند؟ از کجا آمده و قرار است تا کجا پیش برود؟این فناوری ارزشمند در ابتدا، به دلیل قیمت بالا و فرآیند پیچیدهای که با خود به همراه داشت، تنها در انحصار گروه کوچکی از تولید کنندگان بزرگ صنعتی بود. اما امروزه، با کاهش بها و افزایش میزان دسترسی افراد، حتی تا سطح مصرفکنندگان شخصی و خانگی، چاپ سهبعدی به پدیدهای خارق العاده تبدیل شده است. چاپ سهبعدی در واقع به فرآیندی اطلاق میشود که طی آن با استفاده از مواد خام، از یک مدل دیجیتالی یک شی سه بعدی قابل لمس ساخته میشود. قیمت چاپگرهای سه بعدی از سال 2010 تا 2013 یعنی تنها طی 3 سال از 20 هزار دلار به هزار دلار افت پیدا کرد و این روزها نیز میتوان چاپگرهایی را یافت که حتی قیمتی پایینتر از 500 دلار دارند.
تاریخچه
فناوری چاپگرهای سه بعدی به سال 1980 میلادی برمیگردد. زمانی که برای اولین بار، مواد و تجهیزات مناسب برای چاپ سه بعدی مهیا شد. البته در آن زمان علاوه بر قیمت بالای قطعات و مواد اولیه، تخصص زیادی برای مدلسازی و تولید یک شی ساده نیاز بود. در آن زمان، چاک هالک از «صنایع سامانههای سه بعدی»، موفق به ساخت نوعی ماشین شد که از فرآیند جدیدی به نام اِستریولیتوگرافی بهره میبُرد. در این روش، با تاباندن لیزرهای فرابنفش (UV) به مواد فتوپلیمر (نوعی مولکول درشت که بر اثر تابش نور یا پرتوهای فرابنفش، تغییر ماهیت میدهد)، موجب تغییر شکل آنها و به وجود آوردن اشکال هندسی پیچیده میشدند. به این صورت که لایههایی از مواد جامد، یکی پس از دیگری روی هم قرار میگرفت و یک مقطع عرضی مشخص به وجود میآورد. بر اثر تابش لیزر، مواد به سرعت برش میخورد، ذوب میشد و لایهها به یکدیگر متصل میشد. با ادامه کار، محصول نهایی به دست میآمد. در روشی دیگر، از مواد حساس به نور مانند رزین، برای ریخته گری مستقیم یا غیر مستقیم محصول نهایی استفاده میشود. با استفاده از رزینهای قابل ریختهگری، میتوان کارهای بسیار ظریفی را حتی به صورت تو خالی تولید کرد.در مصارف گوناگون، از طیف وسیعی از مواد اولیه استفاده میشود که از میان پرکاربردترین آنها میتوان به برخی فلزات مانند تیتانیوم، رزین، خمیر سرامیک، انواع مواد ترموپلاستیک، پلاستیک و نایلون اشاره کرد.
اصول کار؛ نرم افزار و سخت افزار
برای استفاده از یک چاپگرسه بعدی، نخست به طرح شبیه سازی شده محصول مورد نظر نیاز داریم که از 2 راه قابل تهیه است: اول استفاده از نرم افزارهای طراحی سه بعدی دررایانه با فرمت STL یا دیگر فرمتهای پشتیبانی شده ؛ دوم اسکن سه بعدی یک جسم حقیقی با استفاده از لیزر یا دوربینهای مجهز به عمق سنج مانند کینکت مایکروسافت. چاپگرهای جدید، تقریبا توانایی اجرای هر طرحی را دارند. به گزارش zoomit، طراحی مدلهای سه بعدی دررایانه، بسته به پیچیدگی و گستردگی آن از چند دقیقه تا چند روز به طول میانجامد.در بحث سخت افزاری، رزولوشن، نوع مواد اولیه مصرفی و تعداد بازوهای چاپگر اهمیت دارد. منظور از رزولوشن، ضخامت لایههای ورقهای (بر حسب میکرومتر) و همچنین طول و عرض آنها (بر حسب نقطه بر اینچ) است. این مقدار برای مدلهای ارزان قیمت و معمول، برابر 100 میکرومتر و 250 نقطه بر اینچ است. در مدلهای میانی، این اعداد تا 16 میکرومتر و 1600 نقطه بر اینچ ارتقا مییابد.استفاده از قالبهای پلیمری و ریخته گری رزینی، نسبت به مدلهای مجهز به لیزر فرابنفش (ذوب لایههای پلاستیکی) هزینه کمتری خواهد داشت. چاپگرهای سهبعدی به عنوان تولیدکنندگان ذرهای یا لایهای نیز شناخته میشوند، زیرا اساس کار این چاپگرها بدین گونه است که محصول موردنظر را بهصورت لایه به لایه روی یکدیگر میسازند تا درنهایت به محصول درخواستی برسند.
در سال 1980، چاپگرهای سه بعدی در مصارفی همچون ساخت برخی محصولات یا قطعات جانبی کوچک و ساخت سریع نمونههای آزمایشی صنعتی استفاده میشد. امروزهاما کاربرد این فناوری تا فضا هم پیش رفته و علاوه بر آن، نقش چاپگرهای سه بعدی در معماری، طراحی صنعتی، ساختوساز خانه، ساخت خودرو، اسباب بازی، وسایل نقلیه، صنایع هوا فضا، کاربردهای نظامی، مهندسی، پزشکی و ساخت دارو، بیوتکنولوژی، مُد، تولید کفش، جواهرات زینتی، عینک و صنایع غذایی پررنگ و قابل لمس است.چاپگرهای سه بعدی در تولید ایمپلنت و اعضای مصنوعی بدن انسان نیز انقلاب ایجاد کردهاند. تاکنون ، نمونههای موفقی نیز در این زمینه ساخته و استفاده شده است مانند ساخت استخوان لگن خاصره تیتانیومی برای یک بیمار انگلیسی، فک پایینی از جنس تیتانیوم برای یک فرد هلندی، نای پلاستیکی برای بیمار آمریکایی، جمجمه مصنوعی برای زنی 22 ساله، چاپ سهبعدی تومورها برای مقابله با سرطان، ساخت فیلتر برای پاکسازی خون از سموم و تولید رگهای خونی .
مشخص است که چاپ سه بعدی، ابعاد گوناگونی از زندگی ما را تحت تاثیر قرار داده و این تازه اول راه است. یکی ازمزایای بسیار جالب این چاپگرها، این است که به بسیاری ازکشورها اجازه داده است بسیاری از کالاها را در خاک خود تولید کنند.
مشکلات احتمالی چاپگرهای سه بعدی برای سلامتی انسان
مطمئنا همه دستگاههای الکترونیکی ، علاوه بر مزایا ، معایب احتمالی نیز دارند، چاپگرهای سه بعدی نیز از این قاعده مستثنا نیستند و در تحقیقات اخیر مشخص شده این دستگاه ها، مضراتی برای سلامتی انسان دارند.به گزارش Ubergizmo،محققان انستیتو ایلینویز طی تحقیقی به بررسی مضرات استفاده از چاپگرهای سه بعدی برای سلامتی انسان پرداختهاند.چاپگرهای سه بعدی به همه افراد امکان میدهند به خلق طرحهای سه بعدی دست بزنند، اما بر اساس نتایج تحقیقات این انستیتو، فرآیندهای انجام شده برای نیل به این هدف از قبیل ذوب الیاف پلاستیکی، باعث پراکنده شدن ذرات فوقالعاده ریز با قطری کمتر از ۱۰۰ نانومتر در هوا میشود و از آنجا که این چاپگرها برای کاربردهای خانگی فاقد هرگونه تهویه یا فیلتر هستند، این ذرات وارد ریهها و یا حتی به طور مستقیم وارد جریان خون میشوند و درنهایت باعث ایجاد آثار منفی مانند مشکلات قلبی تنفسی، عوارض مغزی و در نوع خفیف باعث ایجاد علایمی مانند آنچه در آسم مشاهده میکنیم، میشوند.مشکل دیگری که به نظرمی رسد در آینده دردسرساز خواهد شد ، ناشی ازتولید محصولات تقلبی توسط این چاپگرها و فروختن آنها در بازار است؛ زیرا در صورت همهگیر شدن این چاپگرها دیگر ساختن محصولاتی دقیقاً شبیه محصولات اصلی، کار سختی نخواهد بود و شاهد هجوم محصولات تقلبی به بازار خواهیم بود ، حتی چندی پیش کار چاپگرهای سهبعدی به جعل آثار نقاشی ونگوگ کشیده شد!