این مقاله در مورد مزایای چاپ سه بعدی است و آن را با تکنیک های تولید چاپ سنتی و قدیمی مقایسه می کند. عناوینی که در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرد عبارت است از: سرعت، تولید تک مرحله ای، هزینه، کاهش خطر، پیچیدگی و آزادی طراحی، سفارشی سازی، سهولت در دسترسی، پایداری.
چاپ سه بعدی قادر به ساخت قطعات جامد اشیاء به صورت لایه به لایه در مدت زمانی کوتاه است. بخش های تولیدی در روش چاپ سه بعدی مزایای فراوانی نسبت به تکنولوژی سنتی و قدیمی دارد. در مقاله پیش رو سعی می شود تمامی صنایع در ارتباط با چاپ سه بعدی در حد امکان مورد توجه قرار گیرد.
به احتمال زیاد چاپ سه بعدی جایگزین بسیاری از روش های قدیمی که تا به حال وجود داشته می شود. یک چاپگر سه بعدی توانایی این را دارد که برنامه های کاربردی زیادی را در مدت کوتاه به نحو احسن ارائه دهد. با آشنایی کامل چاپ سه بعدی طراح این امکان را پیدا می کند که برای تولید یک محصول مطلوب از روش های انتخابی متنوعی که در چاپ سه بعدی هست، بهترین را انتخاب کند و به مورد اجرا درآورد.
سرعت
یکی از مزایای چاپ سه بعدی سرعت بالای آن است که در روش سنتی چنین امکانی وجود ندارد. طرح های گوناگون تنها در مدت کوتاهی به وسیله مدل CAD از طریق سیستم های کامپیوتری دانلود و سپس چاپ و مورد تأیید قرار گرفته و به صورت سریع توسعه می یابد.
در گذشته امکان داشت که روزها یا هفته ها طول بکشد که طرح اولیه با افزودنی های لازم آماده شود و به عنوان نمونه در دسترس طراح قرار گیرد. اما در روش چاپ سه بعدی تنها ممکن است چند ساعت به طول بیانجامد در حالی که اضافه کردن مواد تولیدی به سیستم سنتی و قدیمی مستلزم صرف زمان زیادی است در روش چاپ سه بعدی زمان مصرفی بسیار کوتاه شده و محصول نیز با کیفیت بسیار بالا عرضه می شود. در روش سنتی هنگام قالب گیری تزریقی ممکن است زمان آن هفته ها به طول بیانجامد ولی در این روش زمان مصرفی بسیار کم شده است.
تولید تک محصولی
یکی از دغدغه های مهم طرحان در چاپ سه بعدی ارائه یک محصول با کیفیت بسیار عالی در مدت زمان اندک است ناگفته نماند که اغلب بخش های چاپ سه بعدی نیازمند مراحل متعدد ساخت می باشد که ترتیب قرار گرفتن این مراحل بر کیفیت و قابلیت تولید نیز تأثیر می گذارد.
یک محصول تولیدی از جنس فولاد سفارش شده را در نظر بگیرید. ابتدا روش تولید سنتی، مواد افزودنی تولید ابتدا با مدل CAD پردازش می شود. زمانی که طرح مذکور نهایی شد. محصول تولید شده، به صورت طولی برش داده می شود برش های طولی سپس در جایگاه اصلی خود قرار می گیرند و با فشار بسیار بالایی بر روی هم می چسبند و در مدت کوتاهی به هم جوش خوردند و طبق دستور داده شده محکم می شوند. گاهی اوقات یک حرکت بسیار ریز شاید لازم باشد که مطمئن شوید که تمام اجزا در جایگاه خود بوده و درست کار می کنند.
سپس جوش های موجود در روی سطح صاف شده و سطح کار به صورت مطلوب و صاف عرضه می گردد، سپس سوراخ های لازم توسط دریل بر سطح ایجاد می شود و بعد محصول ارائه شده و نصب می شود، سوراخ های غیرلازم پر می شود و محصول به بهترین شکل ارائه می شود. اما چاپگرهای سه بعدی یک سازه را در یک مرحله می سازند، سپس بدون فعل و انفعالات خاصی همانطور که در چاپ سنتی گفته شد، به محض اینکه محصول از طریق مدل CAD نهایی شد، چاپگرها بلافاصله آن را آپلود کرده و در یک مرحله و در تنها چند ساعت با کیفیت عالی آن را به چاپ می رسانند.
توانایی تولید یک قسمت از کار در یک مرحله به مقدار قابل توجهی از هدر رفتن وقت جلوگیری می کند و زمان وابستگی به ماشین ها، جوشکاری ها و رنگ کاری ها را بسیار کوتاه می کند و به طراح این فرصت را می دهد که تولید نهایی را با دقت بیشتری کنترل کند. کارشناسان فرآیند چاپ سه بعدی را مرحله (قرمز) در قیاس با فرآیند تولید سنتی (سیاه) نامگذاری کرده اند.
هزینه
هزینه ساخت یک محصول به سه بخش تقسیم می شود. هزینه های عملیاتی ماشینی، هزینه مواد مصرفی و هزینه های کار و کارگر.
هزینه های عملیاتی:
بسیاری از چاپگرهای سه بعدی چه از طریق دسک تاپ (میز کار کامپیوتر) و چه از ظریق کامپیوترهای laptop هدایت شوند توانایی یکسانی دارند. بسیاری از فناوری های صنعتی چاپ سه بعدی، مقدار زیادی انرژی را برای تولید محصول مصرف می کنند. اگرچه توانایی تولید یک شکل هندسی پیچیده در یک مرحله دلالت بر کیفیت و بازده بالاتر این روش چاپی دارد، اما با تمامی این اوصاف هزینه های عملیات ماشینی چاپ سه بعدی نسبت به هزینه های تمامی شیوه های چاپی به خاطر اینکه کمترین نیروی کار و هزینه را دارد، اهمیت زیادی دارد.
هزینه مواد:
هزینه مواد مصرفی در چاپ سه بعدی به میزان فراوانی بستگی به فناوری که به کار می رود، دارد. چاپگرهای دسک تاپی FDM از کویل های رشته های که حدود ۲۵ دلار در کیلوگرم است استفاده می کنند این در حالی است که چاپگرهای SLA به رزین (صمغ) برای تولید احتیاج دارند که این ماده در خرده فروشی ها ۱۵۰ دلار در لیتر فروخته می شود.
مواد زیادی در بازار برای چاپ سه بعدی وجود دارد که در قیاس با چاپ سنتی کار کردن با آن بسیار مشکل است. مثلاً پودر نایلونی در هر کیلوگرم در روش SLS 70 دلار ارزش دارد، در حالی که ساچمه های پلاستیکی که در قالب تزریقی استفاده می شود تنها ۵ تا ۲ دلار در هر کیلوگرم است که در بازار هم موجود است.
هزینه نیروی کار:
یکی از سودمندترین بخش چاپ سه بعدی در قیاس با چاپ سنتی هزینه نیروی کار است. در اکثر چاپگرهای سه بعدی تنها به یک کارگر ساده نیازمندیم که یک دکمه را بفشارد. سپس ماشین به طور اتوماتیک پردازش کار را به طور کامل انجام می دهد تا اینکه فرآیند تولید محصول تولیدی مورد نظر به پایان برسد. حال اگر بخواهیم این فرآیند را با روند سنتی مقایسه کنیم. در روش سنتی احتیاج به ماشین های تخصصی و نیز کارگران زبده و ورزیده داریم.
اما در فرآیند چاپ سه بعدی هزینه کارگر تقریباً صفر است. مقدار مواد افزودنی به دستگاه که در چاپ سه بعدی استفاده می شود در قیاس با روش سنتی برای تولید طرح اولیه بسیار ناچیز است. در نتیجه استفاده از چاپ سه بعدی نسبت به روش های دیگری مثل (قالب گیری تزریقی) بسیار ارزان تر است. برای تولید یکی از قطعات تولیدی رقابتی بین روش جدید و روش قدیم وجود دارد. اگر تولید یک محصول با حجم کم باشد مستلزم هزینه های هنگفت است. به همین خاطر مقرون به صرفه تر است که محصول مورد نظر با حجم زیاد تولید شود.
کاهش خطر
برای ساخت یک نمونه اولیه از محصول ممکن است هزینه و زمان زیادی لازم باشد. حال اگر نمونه اولیه تولید شده و بخواهیم تغییر کوچکی در آن بدهیم، مسلماً مستلزم هزینه مضاعف است. اگر بتوانیم تأییدیه یک نمونه اولیه آماده تولید را قبل از سرمایه گذاری بر روی لوازم تولیدی مثل قالب ها، ابزارآلات و قطعات را بگیریم تولید نمونه اولیه ریسک و خطر کمتری را شامل می شود و این امر موجب اعتماد به نفس بیشتر قبل از اینکه سرمایه گذاری کلان برای تولید انبوه صورت پذیرد، می شود.
پیچیدگی و آزادی طراحی
محدودیت های تحمیل شده توسط چاپ سنتی بر روی آنچه که می تواند به طور کلی ساخته شود، مناسب چاپ سه بعدی نیست چرا که در چاپ سه بعدی قسمت هایی که ساخته می شوند، در یک زمان و در یک لایه قرار می گیرند و نیازی به طرح های پیشنهادی، بازسازی ها و استفاده از ابزارهای گوناگون ندارد. این مساله به طراحان این امکان را می دهد که طرح های زیادی را آزادانه پیاده کنند و این بدین معنی است که بسیاری از طرح های هندسی به راحتی به وجود می آیند و مجموعه ای از طرح های پیچیده به آسانی می تواند توسط فناوری های چاپ سه بعدی تولید شود.
سفارشی سازی در چاپ سه بعدی
چاپ سه بعدی نه تنها اجازه طرح های گوناگون و متنوع را می دهد بلکه امکان سفارشی سازی یک محصول را هم فراهم می آورد. در چاپ سه بعدی مواد افزودنی در اطراف محل تولید قرار می گیرند سپس یکی از قسمت ها به طور کامل و در یک مدت زمان محدود مناسب، یکباره تولید می شود.
ناگفته نماند که اخیراً استفاده از چاپ سه بعدی توسط فناوری پزشکی و صنایع دندانپزشکی برای تولید سفارشات مصنوعی مورد توجه قرار گرفته است، دندان های ایمپلنت و سایر موارد استفاده شده در دندانپزشکی از این جمله هستند. از ورزشگاه های حرفه ای و در سطح بالا گرفته تا عینک های آفتابی و لوازم جانبی نیز از همین مواردچاپ سه بعدی هستند. به همین خاطر چاپ سه بعدی اجازه می دهد که در تک تک تولید قطعات سفارشی صرفه جویی نیز صورت پذیرد.
سهولت دسترسی
چاپ سه بعدی حدود ۳۰ سال است که به وجود آمده ولی بیشترین رشد آن در ۵ سال اخیر بوده است و این به خاطر درخواست های فراوان برای این شیوه چاپی است. در سال ۲۰۱۵ تنها بیش از ۲۷۸۰۰۰ از این نوع چاپ (چاپ سه بعدی) برای چاپگرها (پرینترها) قیمتی بالغ بر ۵۰۰۰ دلار در سطح جهانی داشت و این درحالی است که تعداد پرینترها در سه سال آخر دو برابر شده است و در بخش های گوناگون صنعت چاپ به کار گرفته می شود. بر اساس گزارشات شرکت wohlers در سال ۲۰۱۵ تعداد زیادی از پرینترها زیر قیمت ۵۰۰۰ دلار در آن سال فروخته شدند.
پایداری
روش های تولید کم هزینه ای مثل دستگاه های تراش CNC یا تبدیل مقدار زیادی از مواد اصلی باعث می شود که مواد زائد زیادی تولید شود. در چاپ سه بعدی به طور کلی تنها از مواد مورد نیاز استفاده می شود و آن هم زمانی است که یک محصول در مرحله تولید قرار می گیرد. در بسیاری از مراحل چاپ سه بعدی از موادی استفاده می شود که قابل بازیافتند و می توانند دوباره به عرصه تولید برگردند و چون از ضایعات دوباره استفاده می شود در نتیجه مواد زائد آن به حداقل می رسد.
در سال های اخیر افزایش تعداد زیادی از ماشین های سه بعدی در جهان تأثیر زیادی بر صنعت چاپ گذاشته است، به خاطر اینکه کسی که با دستگاه چاپ سه بعدی کار می کند باید کاملاً انرا شناخته ودرک صحیحی از کارکرد با آن را داشته باشد به همین خاطر لزومی ندارد که طرح های مختلف برای کارشناسان تولید ارسال شود. و همین امر (عدم ارسال ماده تولیدی از مکانی به مکان دیگر) باعث کاهش حمل و نقل و هزینه حمل آن ونیز بر روی محیط زیست هم تأثیر مثبت دارد. این مساله همراه با توانایی چاپ و تولید لوازم یدکی باعث می شود که رد پای کمتری از کربن در تولید محصولات چاپی سه بعدی وجود داشته باشد.
