ساخت خانه فرآیندی است که نه تنها وقت گیر است، بلکه هزینه زیادی در پی دارد. با ورود تکنولوژی پرینت سه بعدی این روند رو به تغییر است به طوری که بیشتر تولیدکنندگان صنعت ساختمان در حال کشف دنیای ساخت و ساز پرینت سه بعدی هستند که به عنوان چاپ 3D خانه شناخته می شود. چاپ سه بعدی در صنعت ساخت و ساز به صرفه جویی در وقت، حجم کار و مصالح کمک شایانی می کند. با این حال، چاپگرهای 3D ساختمانی هنوز قادر به ایجاد یک خانه کاملا کاربردی نیستند. در واقع، تنها قاب و دیوار خانه ساخته شده است و دیگر عناصر، مانند برق یا لوله کشی داخلی، باید به صورت دستی نصب شوند.
پرینت سه بعدی یا به اصطلاح تولید افزایشی یا ساخت افزایشی یکی از برترین فناوری های دنیای امروزی است. چاپگرهای سه بعدی دستگاه‌هایی هستند که امروزه به عنوان یک نماد خلاقیت تبدیل شده‌اند. این تکنولوژی، فرآیند تولید قطعات سه بعدی از فایل دیجیتالی را انجام می دهد که در آن طراحی از طریق کامپیوتر و چاپگر سه بعدی با قرار دادن لایه های متوالی از مواد اولیه منجر به تولید یک شیئ می شود و این فرآیند تا کامل شدن قطعه ادامه می یابد. هر یک از این لایه ها به صورت یک مقطع افقی نازک برش از قطعه نهایی قابل مشاهده است. جدول (1) پانزده چاپگر سه بعدی خانه موجود در بازار را در سال 2018 نشان می دهد که به سه دسته چاپگرهای خانه 3D، چاپگر نمونه اولیه، و خدمات دسته بندی می شوند.
جدول (1)، پرینترهای 2018 در بازار
پیدایش فناوری پرینت سه بعدی
در سال ۱۹۸۰ در ژاپن دستگاهی توسط فردی به نام Hideo Kodama که قادر به ساختن اشیای سه بعدی بود به ثبت رسید. وی موفق به ساخت کاربردی دستگاه نشد و ثبت اختراع او به حالت تعلیق در آمد. چند سال بعد جوان آمریکایی به نام Chuck Hull ایده ای را مطرح می کند که اگر به جای پوشش دادن، به صورت متوالی لایه های متعددی با نور سفت شوند می توان به یک حجم سه بعدی رسید. پس از تلاش های فراوان، وی موفق به ساخت اولین دستگاه پرینتر سه بعدی شد که با تکنولوژی Stereolithography یا همان SLA کار می کرد. اولین قطعه ای که با این دستگاه تولید شد یک فنجان شستشوی چشم است. وی روش های دیگر پرینت سه بعدی مانند SLS را نیز ابداع کرده است.
تصویر (1)، اولین دستگاه پرینتر سه بعدی
فرآیند پرینت سه بعدی
این فرآیند با یک طرح اولیه کامپیوتری مانند AutoCAD، solidworks و غیره آغاز و ساخت قطعه به صورت لایه لایه شروع می شود. مواد گوناگونی برای ساخت قطعه ها به کار می روند که می توانند به صورت مایع، پودر و یا ورقه های نازک و از جنس پلاستیک، شیشه، پلیمر، فلز و ... باشند. فایل طراحی اولیه در نرم افزار اسلایسر به فرمت قابل خواندن توسط پرینتر یعنی STL تبدیل می شود. پس از آن فایل STL توسط نرم افزارهای اسلایسر (لایه ساز) به صدها و یا هزاران لایه های دو بعدی تقسیم خواهد شد. از نرم افزارهایی که برای لایه لایه کردن می توان استفاده کرد عبارتند از: Cura، Mankati، Slic3r و غیره. ضخامت این لایه ها بر اساس درخواست کاربر و نوع تکنولوژی چاپ، مواد مورد استفاده و زمان بندی پروژه تعیین می شود. به طور کلی این تکنولوژی را می توان به دو دسته اصلی تقسیم نمود که در جدول (2) آورده شده است.
جدول (2)، تکنولوژی چاپگرهای سه بعدی
تصویر (2)، پرینتر سه بعدی بر پایه Filament
تصویر (3)، پرینتر سه بعدی بر پایه پودر
شناخت انواع پرینت سه بعدی و مزیت ها و محدودیت های هر کدام از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تا کنون حدود ۲۵ دستگاه برای پرینت سه بعدی در دنیا وجود دارد که حدود ۱۰ مورد از آنها در بازار و و صنعت قطعه سازی و نمونه سازی به صورت رایج وجود دارد. که معروف ترین آن ها عبارتند از:
- SLA (دستگاه لیتوگرافی سه بعدی Aparatus Lithography Setereo)
- FDM ( مدلسازی ته نشینی گداخته، Modeling Deposition Fused)
- SLS (دستگاه رسوبدهی گزینشی Selective Laser Sintering)
- فناوری Multi Jet Fusion شرکت HP
- BinderJetting
- DDM ( تولید ته نشینی قطرات، Manufacturing Deposition Droplet )
