ارزش های پنهان صنعت چاپ سه بعدی که باید توسعه یابد چیست؟

فناوری چاپ سه بعدی که به عنوان فناوری ساخت افزودنی نیز شناخته می شود، فناوری است که از پودر فلز یا پلاستیک و سایر مواد چسبنده برای ساخت لایه به لایه اشیا بر اساس فایل های مدل دیجیتال استفاده می کند. چاپ سه بعدی معمولاً توسط چاپگر مواد با فناوری دیجیتال انجام می شود. در گذشته، اغلب در قالب‌سازی، طراحی صنعتی و سایر زمینه‌ها برای ساخت مدل‌ها استفاده می‌شد. اکنون به تدریج در ساخت مستقیم برخی از محصولات استفاده می شود. برخی از شرکت ها شروع به استفاده از این فناوری برای چاپ قطعات کرده اند. این فناوری در جواهرات، کفش، طراحی صنعتی، معماری، مهندسی و ساخت و ساز، خودروسازی، هوافضا، صنایع دندانپزشکی و پزشکی، آموزش، سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی، مهندسی عمران، سلاح گرم و سایر زمینه‌ها به کار گرفته شده است.

فناوری پرینت سه بعدی بر اساس مدل طراحی سه بعدی کامپیوتری است. از طریق سیستم قالب‌گیری گسسته و کنترل عددی لایه‌ای نرم‌افزاری، پودر فلز، پودر سرامیک، پلاستیک، بافت سلولی و سایر مواد خاص با استفاده از پرتو لیزر، نازل ذوب داغ و روش‌های دیگر روی هم چیده و لایه به لایه چسبانده می‌شوند و در نهایت روی هم چیده می‌شوند. یک محصول جامد

مواد برای پرینت سه بعدی عمدتاً به 9 دسته تقسیم می شوند:

کلاس I: مواد رزین حساس به نور، عمدتاً شامل رزین اکریلیک، رزین اپوکسی، رزین پلی استر و سایر مواد رزین پخت نور. چنین موادی را می توان تحت تابش نور فرابنفش، معمولاً در حالت مایع، پلیمریزه و جامد کرد. می توان از آن برای ساخت تیغه ها، چرخ دنده ها و سایر قطعات ساختاری برای هوافضا استفاده کرد.

دسته دوم: مواد پلاستیکی مهندسی، عمدتاً شامل مواد ABS، مواد پلی کربنات و مواد پلی آمیدی. مواد ABS دارای ویژگی های "سخت، سخت و سفت" است، بنابراین به طور گسترده در ماشین آلات، برق، نساجی، خودرو، هواپیما، کشتی و سایر صنایع تولیدی و صنایع شیمیایی استفاده شده است. مواد پلی کربنات مقاومت خوبی در برابر ضربه، مقاومت در برابر اعوجاج حرارتی، مقاومت خوب در برابر آتش و سختی بالا دارند، بنابراین برای تولید قطعات مختلف خودروها و کامیون‌های سبک، عمدتاً بر روی سیستم‌های روشنایی، پانل‌های ابزار، پانل‌های گرمایش، یخ‌سازها و سپرها مناسب هستند. مواد پلی آمید، که به عنوان مواد نایلونی نیز شناخته می شوند، قوی، مقاوم در برابر سایش، روان کننده هستند و دارای طیف گسترده ای از دماهای کاربردی هستند. این به طور عمده جایگزین مس و سایر فلزات غیر آهنی برای ساخت قطعات مکانیکی، شیمیایی و الکتریکی می شود، مانند چرخ دنده های پمپ سوخت موتور دیزل، پمپ های آب، مهر و موم فشار بالا، لوله های روغن و غیره.

دسته سوم: مواد فلزی، عمدتا شامل مواد آلیاژ تیتانیوم، مواد فولاد ضد زنگ، مواد آلیاژ آلومینیوم، سایر مواد فلزی گرانبها و غیره. مواد آلیاژ تیتانیوم دارای استحکام و مقاومت بالایی در برابر حرارت است. در مقایسه با سایر فلزات، آلیاژهای تیتانیوم همچنین دارای مزایای مقاومت در برابر خوردگی خوب، عملکرد خوب در دمای پایین و فعالیت شیمیایی زیاد هستند، بنابراین آنها به طور گسترده در ساخت قطعات کمپرسور موتور هواپیما، موشک، موشک و ساختار هواپیمای پرسرعت استفاده می شوند. قطعات و سایر زمینه ها مواد فولادی ضد زنگ دارای مزایای جوشکاری آسان، مقاومت در برابر خوردگی، پرداخت قوی و مقاومت در برابر حرارت هستند و به طور گسترده در زمینه های ساخت و ساز، پردازش مواد غذایی، پذیرایی، آبجوسازی، صنایع شیمیایی و تجهیزات پزشکی استفاده می شوند. مواد آلیاژ آلومینیوم دارای ویژگی های چگالی کم، نقطه ذوب کم و انعطاف پذیری قوی هستند. آلیاژ آلومینیوم پرمصرف ترین آلیاژ در حال حاضر است که به طور گسترده در صنایع هوانوردی، هوافضا، اتومبیل، ماشین سازی، کشتی سازی و صنایع شیمیایی استفاده می شود. سایر مواد فلزی گرانبها مانند مواد طلا دارای ویژگی‌های رسانایی خوب، هدایت حرارتی خوب و پایداری بالا هستند و عمدتاً در زمینه‌های الکترونیک، صنایع شیمیایی، هوا فضا و سایر زمینه‌ها با الزامات ویژه برای مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دسته چهارم: مواد سرامیکی عمدتا شامل مواد سیلیکات طبیعی مانند خاک رس و کائولن و مواد مصنوعی با خلوص بالا مانند مواد سرامیکی اکسیدی، مواد سرامیکی نیتریدی، مواد سرامیکی کاربید و غیره است. زیرا اکثر مواد سرامیکی دارای نقطه ذوب بالا و یا حتی بدون نقطه ذوب، استفاده از انرژی خارجی برای تشکیل مستقیم دشوار است. اکثر آنها پس از شکل گیری (خشک کردن، تف جوشی و غیره) برای به دست آوردن محصولات نهایی نیاز به پردازش مجدد دارند، که ترویج مواد سرامیکی در صنعت چاپ سه بعدی را محدود می کند. با این حال، مواد سرامیکی دارای مزایایی هستند که مواد پلیمری و فلزی ندارند، مانند سختی بالا، مقاومت در برابر دمای بالا، و خواص فیزیکی و شیمیایی پایدار، بنابراین چشم انداز کاربرد گسترده ای در هوافضا، الکترونیک، خودرو، انرژی، زیست پزشکی و غیره دارند. صنایع

کلاس V: مواد بیولوژیکی، عمدتاً شامل مواد فلزی زیست پزشکی، مواد پلیمری زیست پزشکی، مواد سرامیکی زیست پزشکی و مواد مشتق شده زیستی. در میان آنها، مواد مشتق شده زیستی، مواد زیست پزشکی هستند که توسط بافت های بیولوژیکی طبیعی که به طور خاص درمان شده اند، که به عنوان مواد احیا کننده زیستی نیز شناخته می شوند، تشکیل شده اند. کاربرد بیومواد در پرینت سه بعدی را می توان به دو حوزه تقسیم کرد. اولین مورد استفاده از مواد زیستی در فرآوری مواد غذایی، بسته بندی مواد غذایی و سایر زمینه ها بر اساس ویژگی های زیست تخریب پذیری، نقطه ذوب پایین، ویژگی های بیولوژیکی، حفاظت از محیط زیست و غیره است. دسته دوم با توجه به تکرارپذیری، سازگاری بافتی و القاپذیری، انطباق مکانیکی و انطباق با تخریب مواد زیستی به طور گسترده در زمینه پزشکی استفاده می شود. کاربرد بیومواد در زمینه پزشکی را می توان به سه سطح تقسیم کرد: ساخت پروتز، ساخت مونتاژ غیر مستقیم سلولی سه بعدی و ساخت مستقیم سلولی سه بعدی.

کلاس VI: مواد لاستیکی که دارای انواع ویژگی های مواد الاستیک مانند سختی Shore A، ازدیاد طول در هنگام شکست، مقاومت در برابر پارگی و استحکام کششی هستند که آنها را برای کاربرد در مناطقی که نیاز به سطوح ضد لغزش یا نرم دارند، مانند مصرف کننده، بسیار مناسب می کند. الکترونیک، تجهیزات پزشکی و داخلی خودرو.

طبقه VII: مواد شن و ماسه، عمدتاً ماسه کوارتز. در پرینت سه بعدی، با توجه به عملکرد و ویژگی های سنتی آن، مواد شن و ماسه عمدتاً در ساختمان ها برای ساخت برخی مصالح ساختمانی یا سازه ها استفاده می شود. هزینه کم، راندمان بالا و حفاظت از محیط زیست از مزایای مواد شن و ماسه در زمینه معماری پرینت سه بعدی است.

دسته هشتم: مواد گرافن، که بر اساس sp² است. اتم‌های کربن متصل هیبریدی در یک ماده جدید با ساختار شبکه‌ای دو بعدی لانه زنبوری تک لایه بسته‌بندی می‌شوند. مواد گرافن دارای خواص نوری، الکتریکی و مکانیکی بسیار خوبی هستند که می توان از آن برای جایگزینی مواد سنتی مختلف استفاده کرد و در آینده به عنوان یک ماده انقلابی در نظر گرفته می شود. با توسعه فناوری تهیه گرافن و کاربرد گرافن، می توان از مواد گرافن در محصولات و زمینه های پایین دستی بیشتری استفاده کرد. طبق پیش‌بینی آکادمی علوم چین، انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۴ یا بیشتر، دستگاه‌های گرافنی جایگزین دستگاه‌های نیمه‌رسانای اکسید فلزی مکمل شوند و در زمینه‌های تحقیقاتی مانند دستگاه‌های الکترونیکی نانو، سلول‌های شیمیایی فوتوالکتریک و مواد هواپیمای فوق‌سبک استفاده شوند.

دسته 9: مواد سلولزی، یک پلی ساکارید ماکرومولکولی متشکل از گلوکز، نامحلول در آب و حلال های آلی عمومی است. سلولز جزء اصلی دیواره سلولی گیاه است. این پلی ساکارید گسترده ترین و فراوان ترین پلی ساکارید در طبیعت است که بیش از 50 درصد از کربن موجود در گیاه را تشکیل می دهد. محققان متعهد به توسعه روش های چاپ سه بعدی با استفاده از سلولز بوده اند و پیشرفت هایی نیز حاصل شده است. مواد سلولزی همچنین دارای کاستی هایی مانند هزینه بالا، مقیاس پذیری ضعیف و آلاینده های تولید شده در ترکیب با پلاستیک هستند.

فناوری چاپ سه بعدی عمدتاً به سطح دسکتاپ و سطح صنعتی تقسیم می شود. چاپگر سه بعدی رومیزی مرحله اولیه فناوری چاپ سه بعدی است که می تواند به طور مستقیم اصل فرآیند فناوری چاپ سه بعدی را توضیح دهد. از آنجایی که چاپگرهای سه بعدی رومیزی نسبتاً ارزان، حمل آسان، کارکرد آسان و غیره هستند، کاربردهای آنها عمدتاً در خانه، اداره و سایر مکان‌ها متمرکز است. چاپگرهای سه بعدی صنعتی عمدتاً به ماشین های نمونه سازی سریع و ماشین های تولید مستقیم محصول تقسیم می شوند. چاپگر سه بعدی صنعتی از نظر تولید انبوه قالب، قطعات فلزی و غیره بهتر می تواند الزامات تولید با دقت بالا و کوتاه مدت را برآورده کند. با کمک لیزر یا پرتو الکترونی کنترل شده توسط کامپیوتر، چاپگر سه بعدی صنعتی می تواند پیچیده و پرینت کند. ساختارهای دقیقی که با پردازش مکانیکی سنتی تکمیل نمی شوند و فرآیندهای تولید غیر ضروری را برای دستیابی به استفاده کامل از مواد حذف می کنند.

ظهور فناوری چاپ سه بعدی پیچیدگی تولید محصول را کاهش داده، دامنه تولید و ساخت را گسترش داده، زمان تولید و ساخت را کوتاه کرده، کارایی تولید را بهبود بخشیده، استفاده از مواد اولیه را بهبود بخشیده و دقت مشخصات محصول را بهبود بخشیده است. در عین حال، فناوری چاپ سه بعدی نیازهای مشتریان را برای سفارشی سازی شخصی برآورده می کند و می تواند محصولات متنوع تری را توسعه دهد.

صنعت چاپ سه بعدی چین نیز دارای کاستی هایی است. با توجه به محدودیت‌های سطح فنی و سطح تجهیزات، شرکت‌های چاپ سه‌بعدی در چین فقط می‌توانند قطعات کوچک را در دسته‌های کوچک پردازش و تولید کنند، که جایگزینی برای پردازش و تولید دسته‌ای در مقیاس بزرگ و بزرگ دشوار است. از سوی دیگر، مشکل کمبود مواد پرینت سه بعدی که گریبانگیر چین شده است، حل نشده است. منبع اصلی مواد همچنان به واردات از ایالات متحده بستگی دارد، که باعث می‌شود تعداد کمی از شرکت‌های چاپ سه‌بعدی چین با فشار هزینه بالایی مواجه شوند و مقیاس و دامنه کاربرد صنعت چاپ سه بعدی چین را محدود کند.

صنعت چاپ سه بعدی یک صنعت بسیار امیدوارکننده است. با افزایش مستمر جمعیت جهان، تقاضا برای مسکن همچنان رو به افزایش خواهد بود که به ناچار منجر به بهبود ارتفاع ساخت و ساز مسکن در آینده خواهد شد. بهبود ارتفاع ساختمان الزامات فناوری ساخت و ساز، کار و استانداردهای مصالح را تا حد زیادی بهبود می بخشد. در عین حال، خطر ساخت و ساز به طور تصاعدی افزایش خواهد یافت. فناوری خانه چاپ سه بعدی بالغ می تواند از خطر ساخت ساختمان های بلند به صورت دستی جلوگیری کند، دشواری ساخت ساختمان های بلند را کاهش دهد و کارایی ساخت ساختمان های بلند را بهبود بخشد. از طرفی با اکتشاف مستمر هستی و پیشرفت مستمر علم و فناوری، می توان در آینده پایگاهی ایجاد کرد یا به سیارات دیگر مهاجرت کرد. فناوری چاپ سه بعدی بالغ را می توان در فعالیت های آینده "استعمار بین ستاره ای" برای رفع نیازهای تولیدی فضانوردان در فضای بین ستاره ای و همچنین کاهش دشواری در آماده سازی فعالیت های مربوط به بین ستاره ای استفاده کرد.

استفاده از فناوری پرینت سه بعدی مطمئناً محدود به مواردی نیست که اکنون برای ما شناخته شده است. ارزش پنهان این صنعت در آینده باید توسعه یابد.