ضرورت استفاده از پرینتر سه‌بعدی در صنایع مختلف

    از جمله مهم‌ترین تکنولوژی‌های روز دنیا که بسیار مورد توجه بشر قرار گرفته است، پرینترهای سه‌بعدی است. این تکنولوژی با توجه به ویژگی­­­‌های منحصربه‌فردی که دارد، توانسته است در بسیاری از صنایع و مشاغل بسیار مهم نقشی کلیدی ایفا کند. به‌طور کلی پرینتر سه‌بعدی یک روش ساخت و تولید افزایشی لایه‌لایه‌ای است؛ به این معنا که مواد به‌صورت لایه‌لایه بر روی یکدیگر قرار می‌گیرند و در نهایت محصول مورد نظر به‌صورت یکپارچه تولید می‌شود.

شکل 1. نمونه دستگاه پرینتر سه‌بعدی شرکت مارکربات [1]

    در ابتدا از این تکنولوژی تنها در تولید نمونه اولیه یک محصول در مدت‌زمان کوتاه استفاده می‌شد اما امروزه به‌دلیل افزایش بسیار زیاد تقاضای محصولات سفارشی در تعداد کم و درخواست محصولات با ابعاد هندسی بسیار دقیق و پیچیده، امکان استفاده از پرینترهای سه‌بعدی در کاربری­‌های متنوع‌تر میسر شده است [1,2]. استفاده از پرینتر های سه‌بعدی با فرآیندهای بهینه و سریع، سبب صرفه‌جویی در وقت و هزینه و همچنین باعث افزایش چشمگیر کیفیت و دقت محصول و کاهش استفاده از مواد می‌گردد. علت این موارد این است که پرینترهای سه‌بعدی به‌علت لایه‌لایه ساختن اجسام، آزادی بسیار زیادی در ساخت قطعات پیچیده دارند. بعلاوه، پرینتر سه‌بعدی تنها به نسخه cad فایل طراحی قطعه نیازمند است که به‌تبع آن مراحل و فرآیندهای تولیدی کوتاه‌تر می‌شوند [1,2,9].

شکل 2. ساخت ماکت با استفاده از نرم‌افزار نصب‌شده بر روی رایانه شخصی [7]

    تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی به‌طور کلی در 5 نوع مختلف طبقه‌بندی می‌شود که مشخصات آنها در جدول زیر ذکر شده است.

جدول 1- طبقه‌بندی انواع تکنولوژی‌های پرینتر‌های سه‌بعدی [6]

کاربردهای پرینترهای سه‌بعدی در صنایع و مشاغل

صنایع نظامی و هوافضا

    نمونه بسیار خوب برای استفاده از تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی، صنایع هوافضاست. هواپیماها، تجهیزات و سایر وسایل مربوط به آن دارای قطعات بسیار دقیق از نظر ابعاد هستند که تولید آنها به روش‌های قالب‌گیری سنتی، علاوه‌بر صرف وقت و هزینه زیاد، دقت لازم را نیز ندارد. استفاده از تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی به‌دلیل دارا بودن مزیت ساخت قطعات دقیق و سبک، این امکان را فراهم می‌کند تا از این طریق، دست به تولید این قطعات بزنیم. بعلاوه، تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی در طراحی و ساخت انواع پهپادها، ساخت تانک، ماشین‌های نظامی و سایر ادوات نیز پرکاربرد است [3,7,8,9].

شکل 3. ساخت ماکت موتور جت با استفاده از پرینترهای سه‌بعدی [8]

صنایع خودروسازی

یکی از اولین صنایعی که از تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی استفاده کرد، صنعت خودروسازی بود. در ابتدا خودروسازان از تکنولوژی ساخت افزایشی تنها برای نمونه‌سازی سریع استفاده می‌کردند اما امروزه از تکنولوژی پرینت 3 بعدی در تولید سریع و یا نمونه‌سازی موتورها، محفظه‌های انتقال و حتی قطعات دقیق نهایی که قرار است مستقیماً بر روی خودرو قرار گیرد، استفاده می‌کنند. پرینتر سه‌بعدی در ساخت انواع قطعات بیرونی و درونی خودروها کاربرد دارد. عمده شرکت‌های خودروسازی که از این تکنولوژی در تولیدات خود استفاده می‌کنند، شرکت‌های تولیدکننده خودروهای Super Sport و فرمول 1 هستند. در سال 2014 شرکت Local Motors اولین خودرویی که تمامی قطعات آن از جنس ABS و فیبر کربن با پرینتر 3 بعدی تولید شده بود را به بازار معرفی کرد که در تصویر زیر نمونه تولیدشده این خودرو قابل مشاهده است [3,7,8,9].

شکل 4. اولین خودروی شرکت Local Motors که تمامی قطعات آن با پرینتر سه‌بعدی ساخته شده‌اند [3].

صنایع الکترونیک و رباتیک

    آزادی عملی که پرینترهای سه‌بعدی در اختیار کاربران می‌گذارد، سبب شده است تا از این تکنولوژی در ساخت کامپیوترهای شخصی، لپ‌تاپ‌ها و ربات‌ها نیز استفاده گردد. لپ‌تاپ‌های Open Source عمده محصولاتی هستند که در تولید آنها از تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی استفاده شده است. در زمینه ساخت ربات‌ها، به‌دلیل اینکه ربات‌ها متشکل از قطعات مکانیکی و الکترونیکی بسیار پیچیده هستند، طراحی قطعات مناسب در اولین تلاش، تقریباً ناممکن است. پرینترهای سه‌بعدی این امکان را فراهم می‌کنند تا قطعات مذکور، با کیفیت بالا و به‌سرعت ساخته شوند و در صورت لزوم، اصلاحات مورد نظر نیز روی آنها پیاده شود. بنابراین می‌توان بدون هیچ‌گونه محدودیتی به محصول ایده‌آل خود رسید. همچنین پرینترهای سه‌بعدی در تولید محفظه‌های نگهداری اینترنت اشیا (IOT (شبکه کنترل از راه دور اشیا)) که خود یک تکنولوژی نوپا به حساب می­‌آید؛ کاربرد دارد [3,7,8,9].

شکل 5. ساخت قطعات ربات با استفاده از تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی [3]

ساختمان‌سازی و معماری

    پرینترهای سه‌بعدی علاوه‌بر دنیای صنعتی، تأثیرات مثبتی بر پیشرفت‌های خلاقانه نیز گذاشته است. این تکنولوژی به معماران و طراحان کمک می‌کند تا هر ایده خاصی که در ذهن خود دارند را با همان پیچیدگی و دقت بسازند. ماکت و مدل‌سازی در صنعت معماری از عمده کاربردهای تکنولوژی پرینت سه‌بعدی در این حوزه به‌شمار می‌آید. با این روش دیگر نیازی به چوب و کاغذ و طرح‌های دستی نیست. برای این کار تنها لازم است تا طرح مورد نظر توسط نرم‌افزارهای مربوطه کشیده شود و سپس به دستگاه پرینتر سه‌بعدی ارسال گردد و پس از چند ساعت نمونه مورد نظر ساخته می‌شود. معماران با استفاده از این تکنولوژی می‌توانند انجام کار خود را با دقت بالاتری بررسی کنند و در نتیجه کاستی‌ها و نواقص آن را بهتر برطرف کنند. بعلاوه هزینه ساخت مدل توسط پرینتر سه‌بعدی بسیار ارزان‌تر از ساخت ماکت به روش‌های سنتی است. از پرینترهای سه‌بعدی در مقیاس بزرگ‌تر برای ساخت مصالح ساختمانی نیز استفاده می‌شود. افزایش بهره‌وری، صرفه‌جویی در هزینه‌ها و کاهش اتلاف در مواد و انرژی از نتایج استفاده از این تکنولوژی در این صنعت است. از ساختمان‌هایی که با این شیوه ساخته شده‌اند، می‌‎توان 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 روستای شامبالا ایتالیا (سمت چپ) [Natgeo]

پزشکی و دندان پزشکی

    تولید مدل‌های آناتومی بدن با استفاده از پرینتر سه‌بعدی، بازخورد خوبی را در عرصه آموزش علم پزشکی داشته است. بعلاوه بسیاری از جراحان با استفاده از مدل‌سازی‌ها و تهیه دستورالعمل از طریق این تکنولوژی، می­‌توانند دقیق‌تر و با کنترل بیشتری به سراغ جراحی بیمار روند. از دیگر کاربرد­های آن می‌توان به تولید پروتزهای مخصوص با هزینه‌های کم و تولید ایمپلنت قسمت‌های استخوانی بدن که در درمان پوکی استخوان مؤثر هستند، اشاره کرد. تولید بافت و اندام از معدود استفاده‌هایی است که تاکنون از این تکنولوژی شده است. در سال 2014 از پرینتر سه‌بعدی 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 پرینترهای سه‌بعدی در دندان‌پزشکی بیشتر از سایر حوزه‌های علم پزشکی است. یکی از معمول‌ترین کاربرد های این تکنولوژی در دندان‌پزشکی، ساخت براکت‌ها برای هم‌تراز کردن و مرتب‌سازی دندان‌ها در ارتودنسی است. کاشت دندان، پروتز، ایمپلنت و ساخت تاج دندان از دیگر موارد کاربرد پرینترهای سه‌بعدی به‌شمار می‌رود. انتظار می‌رود که دستگاه‌های کمک‌شنوایی و دندان‌پزشکی بخش عمده استفاده از پرینترهای سه‌بعدی در این حوزه را در آینده به خود اختصاص دهند [3,7,8,9].

شکل 7. کاربرد پرینترهای سه‌بعدی در علم پزشکی و دندان‌پزشکی [9]

نفت، پتروشیمی و تجهیزات وابسته 

    از پرینترهای سه‌بعدی در ساخت و تولید قطعاتی در زمینه صنعت نفت و پتروشیمی مانند همزن و پروانه، پمپ‌ها، سوپاپ‌ها، ماشین آلات موتور توربو و برخی دیگر از قطعات حساس استفاده می‌شود. این تکنولوژی مسائل مربوط به خدمات پس از فروش، اورهال بودن سیستم و لوازم یدکی برخی تجهیزات این حوزه را در بر می‌گیرد [8,2].

شکل 8. برخی از قطعات تولیدشده وابسته به صنایع پتروشیمی با استفاده تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی [8]

مشاغل در حوزه هنر، مد لباس و آشپزی 

    در سال‌های اخیر از پرینترهای سه‌بعدی به‌جهت ساخت و نگهداری از میراث فرهنگی استفاده شده است. برخی از اقلام موجود در موزه‌ها مانند اسکلت دایناسورها، به‌دلیل تکمیل کردن و در معرض دید عموم قرار دادن، نیاز به ساخت برخی از استخوان‌ها و مدل‌سازی کلی دارند؛ لذا از این تکنولوژی در این حوزه نیز استفاده می‌شود. پیشرفت تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی در حوزه رزولوشن و مواد منعطف، سبب شده است تا مشاغلی مانند طراحی لباس و مد در این تکنولوژی وارد شوند. لباس‌هایی مانند کفش، تاج، کلاه و کیف که با این تکنولوژی تولید شده‌اند؛ به‌خوبی در جشنواره‌ها درخشیدند. بنابراین طولی نمی‌کشد تا این تکنولوژی وارد برخی از مجموعه‌های مد و فشن مطرح در دنیا شود. ضمن اینکه کمپانی‌هایی مانند نایک، در برخی از محصولات خود از پرینترهای سه‌بعدی بهره گرفته‌اند. همچنین از پرینترهای سه‌بعدی در ساخت زیور آلات و عینک‌ها نیز استفاده می‌شود.

    حوزه آشپزی به‌تازگی در تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی ورود پیدا کرده است که باعث شگفت‌زدگی 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. پرینترهای سه‌بعدی مواد غذایی با فشرده‌سازی لایه‌ای غذا، می‌تواند سبب تولید انواع مختلفی از غذاها و خوراکیها مانند شکلات، آب‌نبات، کراکر، ماکارونی و پیتزا شود. با نگاه به آینده می‌توان انتظار داشت که از پرینترهای سه‌بعدی به‌عنوان تکنولوژی کامل در آماده‌سازی غذا و متعادل کردن ارزش‌های مواد غذایی به‌شکلی سالم و جامع استفاده شود [2,4].

شکل 9. استفاده از پرینترهای سه‌بعدی در مد، طراحی لباس و هنر [7]

کسب درآمد با پرینترهای سه‌بعدی

    با وجود اینکه تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی در جهان نوپا به‌حساب می‌آید؛ سرعت رشد بسیار بالایی دارد و فعالیت در این حوزه می‌تواند سبب کسب درآمد بالایی برای کاربران شود. درآمدزایی از این تکنولوژی به‌طرق مختلفی قابل انجام است. یکی از پردرآمدترین این راه‌ها حوزه مدل‌سازی و قالب‌سازی برای طراحان و فروشندگان طلا و جواهر است. البته باید در نظر داشت که کار کردن با پرینترهای سه‌بعدی نیاز به مهارت بالایی نیز دارد. شاخه دیگری که می‌تواند سبب افزایش درآمد شود؛ تعمیر این دستگاه است، زیرا این دستگاه نیز مانند سایر دستگاه‌های چاپگر، گاهی دچار خرابی نیز می‌شوند. با استفاده از پرینترهای سه‌بعدی می‌توان خدمات چاپ به ارگان‌ها، شرکت‌ها و عموم مردم را در حوزه محصولات هنری و تزئینی ارائه کرد. پرینترهای سه‌بعدی در ایران آن‌چنان که شایسته است، دارای جایگاه مناسبی نیست اما سرعت رشد و شناسایی خوبی را در بازارهای ایران به‌دست آورده است. به‌طور کلی با توجه به پیشرفت تکنولوژی و اهمیت مسئله زمان، به‌زودی شاهد پیشرفت این فناوری در اکثر حوزه‌های فنی و صنعتی در جهان خواهیم بود [2,4,10].

نویسندگان: محمد رضا سرلک ، علی مشک ریز

مراجع