ضرورت استفاده از پرینتر سه بعدی در صنایع مختلف

از جمله مهم ترین تکنولوژی های روز دنیا که بسیار مورد توجه بشر قرار گرفته است پرینتر های 3 بعدی است. این تکنولوژی با توجه به ویژگی­­­های منحصر به فردی که دارد توانسته است در بسیاری از صنایع و مشاغل بسیار مهم نقش کلیدی ایفا کند. به طور کلی پرینتر سه بعدی یک روش ساخت و تولید افزایشی لایه لایه ای است؛ به این معنا که مواد به صورت لایه لایه بر روی یکدیگر قرار می گیرند و در نهایت محصول مورد نظر به صورت یکپارچه تولید می شود.

شکل 1 ) نمونه دستگاه پرینتر سه بعدی شرکت مارکربات   [1]

در ابتدا از این تکنولوژی تنها در تولید نمونه اولیه یک محصول در مدت زمان کوتاه استفاده می شد اما امروزه به دلیل افزایش بسیار زیاد تقاضای محصولات سفارشی در تعداد کم و درخواست محصولات با ابعاد هندسی بسیار دقیق و پیچیده، امکان استفاده از پرینتر های سه بعدی در کاربری­ های متنوع تر میسر شده است [1,2]. استفاده از پرینتر های سه بعدی با فرایند های بهینه و سریع سبب صرفه جویی در وقت و هزینه و همچنین باعث افزایش چشمگیر کیفیت و دقت محصول و کاهش استفاده از مواد می گردد.  علت این موارد این است که پرینتر های سه بعدی، آزادی بسیار زیاد در ساخت قطعات پیچیده را به علت لایه لایه ساختن اجسام دارند. به علاوه، نیازمندی پرینتر سه بعدی تنها به نسخه cad فایل طراحی قطعه نیازمند است که به تبع آن مراحل و فرایند های تولیدی کوتاه تر می شوند [1,2,9].

 

شکل 2 ) ساخت ماکت با استفاده از نرم افزار نصب شده بر روی رایانه شخصی [7].

تکنولوژی پرینتر های سه بعدی به طور کلی در 5 نوع مختلف طبقه بندی می شود که مشخصات آن ها در جدول زیر ذکر شده است:

جدول 1 ) طبقه بندی انواع تکنولوژی های پرینتر های سه بعدی[6].

کاربردهای پرینترهای سه بعدی در صنایع و مشاغل

صنایع نظامی و هوافضا :

نمونه بسیار خوب برای استفاده از تکنولوژی پرینترهای سه بعدی، صنایع هوافضا می باشد. هواپیماها، تجهیزات و سایر وسایل مربوط به آن دارای قطعات بسیار دقیق از نظر ابعاد هستند که تولید آن ها به روش های قالبگیری سنتی علاوه بر صرف وقت و هزینه زیاد، دقت لازم را نیز ندارد. استفاده از تکنولوژی پرینترهای سه بعدی به دلیل دارا بودن مزیت ساخت قطعات دقیق و سبک این امکان را فراهم می کند تا از این طریق دست به تولید این قطعات بزنیم. به علاوه، تکنولوژی پرینترهای سه بعدی در طراحی و ساخت انواع پهپادها، ساخت تانک، ماشین های نظامی و سایر ادوات نیز پر کاربرد است [3,7,8,9].

شکل 3 ) ساخت ماکت موتور جت با استفاده از پرینتر های سه بعدی[8].

صنایع خودرو سازی:

یکی از اولین صنایعی که از تکنولوژی پرینترهای سه بعدی استفاده کرد، صنعت خودرو سازی بود. در ابتدا خودرو سازان از تکنولوژی ساخت افزایشی تنها برای نمونه سازی سریع استفاده می کردند اما امروزه از تکنولوژی پرینت 3 بعدی در تولید سریع و یا نمونه سازی موتور ها، محفظه های انتقال و حتی قطعات دقیق نهایی که قرار است مستقیما بر روی خودرو قرار گیرد، استفاده می کنند. پرینتر سه بعدی در ساخت انواع قطعات بیرونی و درونی خودروها کاربرد دارد. عمده شرکت های خودروسازی که از این تکنولوژی در تولیدات خود استفاده می کنند، شرکت های تولید کننده خودرو های Super Sport و فرمول 1 می باشند . در سال 2014 شرکت Local Motors اولین خودرویی که تمامی قطعات آن از جنس ABS و فیبر کربن با پرینتر 3 بعدی تولید شده است را به بازار معرفی کرد که در شکل زیر نمونه تولید شده این خودرو قابل مشاهده است [3,7,8,9]:

شکل 4 ) اولین خودرو شرکت Local Motors که تمامی قطعات آن با پرینتر سه بعدی ساخته شده اند[3].

صنایع الکترونیک و رباتیک:

آزادی عملی که پرینتر های سه بعدی در اختیار کاربران می گذارد سبب شده است تا از این تکنولوژی در ساخت کامپیوتر های شخصی، لپتاپ ها و ربات ها نیز استفاده گردد. لپتاپ های Open Source عمده محصولاتی هستند که در تولید آن ها از تکنولوژی پرینتر های سه بعدی استفاده شده است. در زمینه ساخت ربات ها به دلیل این که ربات ها متشکل از قطعات مکانیکی و الکترونیکی بسیار پیچیده هستند، طراحی قطعات مناسب در اولین تلاش تقریبا ناممکن است. پرینتر های سه بعدی این امکان را فراهم می کنند تا قطعات مذکور، با کیفیت بالا و به سرعت ساخته شوند و در صورت لزوم اصلاحات مورد نظر نیز روی آن ها پیاده شود. بنابراین می توان بدون هیچ گونه محدودیتی به محصول  ایده آل خود رسید. همچنین پرینترهای سه بعدی در تولید محفظه های نگهداری اینترنت اشیا (IOT، شبکه کنترل از راه دور اشیا) که خود یک تکنولوژی نو پا به حساب می­ آید؛ کاربرد دارد [3,7,8,9].

شکل 5) ساخت قطعات ربات با استفاده از تکنولوژی پرینتر های سه بعدی[3].

ساختمان سازی و معماری:

پرینتر های سه بعدی علاوه بر دنیای صنعتی، تاثیرات مثبتی بر پیشرفت های خلاقانه نیز گذاشته است. این تکنولوژی به معماران و طراحان کمک می کند تا هر ایده خاصی که در ذهن خود دارند را با همان پیچیدگی و دقت بسازند. ماکت و مدل سازی در صنعت معماری از عمده کاربردهای تکنولوژی پرینت سه بعدی در این حوزه به شمار می آید. با این روش دیگر نیازی به چوب و کاغذ و طرح های دستی نیست. برای این کار تنها لازم است تا طرح مورد نظر توسط نرم افزار های مربوطه کشیده شود و سپس به دستگاه پرینتر سه بعدی ارسال گردد و پس از چند ساعت نمونه مورد نظر ساخته می شود. معماران با استفاده از این تکنولوژی می توانند  انجام کار خود را با دقت بالاتری بررسی کنند و در نتیجه کاستی ها و نواقص آن را بهتر بر طرف کنند. به علاوه هزینه ساخت مدل توسط پرینتر سه بعدی بسیار ارزان تر از ساخت ماکت به روش های سنتی است. از پرینتر های سه بعدی در مقیاس بزرگتر برای ساخت مصالح ساختمانی نیز استفاده می شود. افزایش بهره وری، صرفه جویی در هزینه ها و کاهش اتلاف در مواد و انرژی از نتایج استفاده از این تکنولوژی در این صنعت می باشد. از ساختمان هایی که با این شیوه ساخته شده اند می توان به روستای شامبالا در ایتالیا و موزه بنیاد آینده در دبی اشاره کرد [3,7,8,9].

شکل 6 ) موزه بنیاد آینده دبی (سمت راست) و روستا شامبالا ایتالیا (سمت چپ)[Natgeo].

پزشکی و دندان پزشکی:

تولید مدل های آناتومی بدن با استفاده از پرینتر سه بعدی، بازخورد خوبی را در عرصه آموزش علم پزشکی داشته است. به علاوه بسیاری از جراحان با استفاده از مدل سازی ها و تهیه دستورالعمل از طریق این تکنولوژی می­توانند دقیق تر و با کنترل بیشتری به سراغ جراحی بیمار روند. از دیگر کاربرد­های آن می توان به تولید پروتزهای مخصوص با هزینه های کم و تولید ایمپلنت قسمت های استخوانی بدن که در درمان پوکی استخوان موثر هستند؛ اشاره کرد. تولید بافت و اندام از معدود استفاده هایی است که تاکنون از این تکنولوژی شده است. در سال 2014 از پرینتر سه بعدی برای بازسازی چهره فردی که در یک حادثه تصادف شدیدی کرده بود استفاده شد. در سال 2018 این تکنولوژی در جراحی پیوند کلیه مورد استفاده قرار گرفت. استفاده از تکنولوژی پرینتر های سه بعدی در دندان پزشکی بیشتر از سایر حوزه های علم پزشکی می باشد. یکی از معمول ترین کاربرد های این تکنولوژی در دندان پزشکی، ساخت براکت ها برای هم تراز کردن و مرتب سازی دندان ها در ارتودنسی است. کاشت دندان، پروتز، ایمپلنت، ساخت تاج دندان از دیگر موارد کاربرد پرینترهای سه بعدی به شمار می رود. انتظار می رود که دستگاه های کمک شنوایی و دندان پزشکی بخش عمده استفاده از پرینتر های سه بعدی در این حوزه را را در آینده به خود اختصاص دهند  [3,7,8,9].

شکل 7 ) کاربرد پرینترهای سه بعدی در علم پزشکی و دندان پزشکی[9].

 

نفت، پتروشیمی و تجهیزات وابسته :

از پرینترهای سه بعدی در ساخت و تولید قطعاتی در زمینه صنعت نفت و پتروشیمی مانند همزن و پروانه، پمپ ها، سوپاپ ها، ماشین آلات موتور توربو و برخی دیگر از قطعات حساس استفاده می شود. این تکنولوژی مسائل مربوط به خدمات پس از فروش، اورهال بودن سیستم و لوازم یدکی برخی تجهیزات این حوزه را در بر می گیرد [8,2].

 

شکل 8 ) برخی از قطعات تولید شده وابسته به صنایع پتروشیمی با استفاده تکنولوژی پرینترهای سه بعدی[8].

مشاغل در حوزه هنر ، مد لباس و آشپزی :

در سال های اخیر از پرینتر های سه بعدی به جهت ساخت و نگهداری از میراث فرهنگی استفاده شده است. برخی از اقلام موجود در موزه ها مانند اسکلت دایناسور ها به دلیل تکمیل کردن و در معرض دید عموم قرار دادن نیاز به ساخت برخی از استخوان ها و مدل سازی کلی دارند؛ لذا از این تکنولوژی در این حوزه نیز استفاده می شود.  پیشرفت تکنولوژی پرینتر های سه بعدی در حوزه رزولوشن و مواد منعطف سبب شده است تا مشاغلی مانند طراحی لباس و مد در این تکنولوژی وارد شوند. لباس هایی مانند کفش، تاج، کلاه و کیف که با این تکنولوژی تولید شده اند؛ به خوبی در جشنواره ها درخشیدند. بنابراین طولی نمی کشد تا این تکنولوژی وارد برخی از مجموعه های مد و فشن مطرح در دنیا شود. ضمن این که کمپانی هایی مانند نایک در برخی از محصولات خود از پرینتر های سه بعدی بهره گرفته اند. همچنین از پرینتر های سه بعدی در ساخت زیور آلات و عینک ها نیز استفاده می شود. حوزه آشپزی، به تازگی در تکنولوژی پرینتر های سه بعدی ورود پیدا کرده است که باعث شگفت زدگی بسیاری از مردم نیز شده است. در ابتدا این روش بر روی شکلات و شکر انجام شد و سپس بر روی گوشت در سطح پروتئین سلولی صورت گرفت. پرینتر های سه بعدی مواد غذایی با فشرده سازی لایه ای غذا می تواند سبب تولید انواع مختلفی از غذا ها و خوراکی ها مانند شکلات، آبنبات، کراکر، ماکارونی و پیتزا شود. با نگاه به آینده می توان انتظار داشت که از پرینتر های سه بعدی به عنوان تکنولوژی کامل در آماده سازی غذا و متعادل کردن ارزش های مواد غذایی به شکلی سالم و جامع معرفی کرد [2,4].

 

شکل 9 ) استفاده از پرینتر های سه بعدی در مد ، طراحی لباس و هنر[7].

 

کسب درآمد با پرینتر های سه بعدی

با وجود این که  تکنولوژی پرینتر های سه بعدی در جهان نو پا به حساب می آیند؛ سرعت رشد بسیار بالایی دارند و فعالیت در این حوزه می تواند سبب کسب در آمد بالایی برای کاربران شود. درآمد زایی از این تکنولوژی به طرق مختلفی قابل انجام است. یکی از پر درآمدترین این راه ها حوزه مدل سازی، قالب سازی برای طراحان و فروشندگان طلا و جواهر می باشد. البته باید در نظر داشت که کار کردن با پرینتر های سه بعدی نیاز به مهارت بالایی نیز دارد. شاخه دیگری که می تواند سبب افزایش درآمد شود؛ تعمیر این دستگاه است  زیرا این دستگاه نیز مانند سایر دستگاه های چاپگر، گاهی دچار خرابی نیز می شوند. با استفاده از پرینتر های سه بعدی می توان خدمات چاپ به ارگان ها، شرکت ها و عموم مردم را در حوزه محصولات هنری و تزئینی ارائه کرد. پرینتر های سه بعدی در ایران آن چنان که شایسته است دارای جایگاه مناسبی نیست. اما سرعت رشد و شناسایی خوبی را در بازار های ایران بدست آورده است. به طور کلی با توجه به پیشرفت تکنولوژی و اهمیت مسئله زمان، به زودی شاهد پیشرفت این فناوری در اکثر حوزه های فنی و صنعتی در جهان خواهیم بود [2,4,10].

 

نویسندگان: محمد رضا سرلک ، علی مشک ریز