معماری و چاپگرهای سه بعدی

ساخت ماکت انواع ساختمان ها، پل ها، سازه های پیچیده ، برجهای خاص ، بناهای تاریخی ، پوسته های معماری یا طرح های عادی و نظایر آن با چاپگر های سه بعدی به یک شیوه متداول در دنیای مهماری بدل شده است.

پرینت سه بعدی غذا

کسانی که بیش از سه دهه از عمرشان می گذرد به خوبی به یاد دارند که تا همین چند سال پیش پرینتر های سوزنی برای خود پدیده ای به حساب می آمد و کسی باور نمی کرد که این فناوری چنان سریع رشد کند و ارزان شود و کار به جایی برسد  که در بیشتر خانه ها هم حد اقل یک پرینتر سبک و ارزان و کارآمد موجود باشد .

دیرزمانی نیست که پای  تکنولوژی پرینت سه بعدی به دنیای فناوری باز شده ، اما خیلی زود صحبت از پرینت خودرو در کارخانه های خودرو سازی و پرینت سازه های مسکونی در کره ماه پیش آمده و اینک ، فودینی !

فب لب Fablab

فَب لَب ها، آزمایشگاههای ساخت و طراحی هستندو و ایده “چگونه می توان تقریبا همه چیز را ساخت” را دنبال می کنند.

پروفسور نیل گرشنفیلد (Neil Gershenfeld) از اساتید دانشگاه تکنولوژی (پلی تکنیک) ماساچوست (ام آی تی) با تدوین، تدریس و ارایه درسی به نام “چگونه می توان تقریبا همه چیز را ساخت” ، طرحی جهانی را بدعت نهاد که امروزه با نام “فب لب” (Fablab : fabrication laboratory) شناخته می شود.

آمازون قصد دارد کامیون هایش را به پرینتر ۳ بعدی مجهز کند

آمازون اخیرا متودی جدید برای رساندن بار به مشتریان اش را امتحان می کند که به زودی فاز عملی آن را شاهد خواهیم بود.

کامیون های حمل بار آمازون به دستگاه های پرینتر ۳ بعدی مجهز خواهند شد تا درست دقایقی قبل از تحویل گرفتن کالا، شاهد تولید آن باشید.

این غول تجارت الکترونیک اخیرا چندین پتنت را به ثبت رسانده که نشان می دهد نقشه اش برای تولید محصول در حین تحویل چگونه است. تصور کنید کامیونی بدون داشتن محصول مورد نظر به سوی مقصد حرکت کند و زمانی که به محل مورد نظر مشتری رسید، جنس را آماده (یا شاید تازه و داغ!) تحویل دهد.

این پتنت بیان می کند که آمازون چگونه می تواند سرعت تحویل اجناس به مشتریان اش را چندین برابر افزایش دهد و با این حال نیازی به افزایش فضای انبار خود نداشته باشد. آمازون معتقد است تاخیر بین زمان سفارش تا تحویل کالا، سبب کاهش رضایت مشتری و در نتیجه کاهش سوددهی می شود.

آمازون در زمینه ثبت پتنت های مرتبط ید طولایی دارد و بارها شده که از نقشه های جدید جف بزوس برای افزایش بازدهی کمپانی اش بشنویم. پیش از این ویدیویی از انبارهای آمازون را با شما تماشا کردیم که نشان می داد چقدر کارها منظم و دقیق پیش می روند.

در سال ۲۰۱۳، مدت ها پیش از اینکه FAA قوانینی برای پرواز درون ها وضع کند، آمازون روی پروژه جاه طلبانه دیگری کار می کرد که از طریق آن، به جای استفاده از کامیون، برای رساندن بارهای کوچک تر از درون ها استفاده می شد.

کاربردهای شگفت انگیز چاپگرهای سه بعدی

اما امروزه با افزایش تعداد پرینترهای سه‌بعدی، زمان آن فرا رسیده تا این ماشین‌ها بتوانند اشکال و سازه‌هایی بسازند که تا پیش از این هرگز امکان‌پذیر نبود. این فناوری احتمالا عصر جدیدی در صنعت را رقم خواهد زد؛ عصری که در آن برای تولید برخی از محصولات نیازی به کارخانه نیست و یک کاربر عادی هم می‌تواند از قطعات هواپیما گرفته تا اسباب‌بازی‌های محبوبش را خود تولید کند. این فناوری می‌تواند در عرصه‌های مختلفی، از داروسازی گرفته تا صنایع غذایی تحولاتی چشمگیر ایجاد کند. در این نوشته به برخی از مهم‌ترین کاربردهای پرینترهای سه‌بعدی می‌پردازیم.

ارگان‌های مصنوعی بدن

نوجوان 14 ساله سودانی به نام دانیل عمار در سال 2012، در حمله‌ شورشیان به خانه‌اش به‌شدت زخمی شد. یک جراح آمریکایی توانست زندگی دوباره‌ای به او ببخشد، اما عمار دست چپش را از دست داد. میک البینگ، مدیر اجرایی یک شرکت تحقیقاتی به نام «آزمایشگاه ناممکن‌ها» به مقاله‌ای درباره عمار و شرایط اسفبار او برخورد. سپس آزمایشگاهی در یک بیمارستان سودانی تاسیس و آن را به پرینترهای سه‌بعدی مجهز کرد؛ پرینترهایی که با قیمتی کمتر از یکصد دلار اعضای بدن می‌ساختند.

امروزه پژوهشگران اتودسک و دانشگاه تورنتو در حال توسعه نرم‌افزارهایی هستند که پس از اسکن ابعاد اعضای بدن، می‌تواند عضو قطع‌شده را با قیمتی ناچیز پرینت کند.

صنایع داروسازی

یک پرینتر سه‌بعدی با کمی دخل و تصرف می‌تواند به جای لایه‌های پلاستیکی یا فلزی، مواد دارویی را اسپری کرده و واکنش‌های شیمیایی تولید کند. این فرایند تحولی در داروسازی‌های سفارشی ایجاد خواهد کرد. پژوهشگران دانشگاه گلاسکو در سال 2012 از یک پرینتر سه‌بعدی برای تولید طیف گسترده‌ای از ترکیبات، از جمله موارد موثر در درمان سرطان استفاده کردند. مارک سیمس، یکی از پژوهشگران این دانشگاه می‌گوید: «در آینده می‌توانید ترکیبات شیمیایی رایج را خریداری کنید، آنها را به یک پرینتر سه‌بعدی بدهید تا با مخلوط و فیلتر کردن‌شان داروی تجویزی را به شما تحویل دهند». پرینترهای سه‌بعدی به‌زودی هزینه‌های دارو و درمان را به‌شدت کاهش می‌دهند؛ با این حال فناوری دردسرهای خاص خودش را هم دارد. همین پرینترها ممکن است روزی توجه فروشندگان مواد روان‌گردان را به خود جلب کنند.

مواد خوراکی

در نمایشگاه محصولات الکترونیک لاس‌وگاس امسال، شرکتی به نام 3D سیستمز، از پرینترهایی رونمایی کرد که برای طراحی و تولید مواد خوراکی مثل شکلات یا وانیل با طرح‌های دلخواه بهینه شده بودند. برای تولید این نوع شکلات‌ها کاربر فقط مواد اولیه را در دستگاه می‌ریزد و با انتخاب یا طراحی دلخواهی آنها را به خروجی می‌فرستد. این ماجرا فقط محدود به تولید شکلات نیست و برخی از شرکت‌ها از این روش برای ساخت شمع یا پاستا هم استفاده کرده‌اند.

خانه‌های سفارشی

در آینده‌ای نزدیک احتمالا بتوانید طرح دلخواه خانه‌تان را از اینترنت دانلود کنید و آن را به یک پرینتر مخصوص ساخت‌وساز بدهید. یک شرکت ساخت‌وساز چینی این رویای جذاب را به واقعیت تبدیل کرده و با پرینترهای سه‌بعدی غول‌پیکرش با استفاده از لایه‌های سیمان و زباله‌های بازیافتی، خانه‌های متعددی ساخته است. هرچند این خانه‌ها آن‌قدرها هم جذاب نیستند، اما هزینه تولیدشان تنها به پنج هزار دلار می‌رسد و بنا به ادعای شرکت روزانه می‌توان ده مورد از این خانه‌ها ساخت.

شرکت دیگری در اسلوونی قرار است تا انتهای امسال سه مدل متفاوت از پرینترهای سه‌بعدی برای ساخت خانه معرفی کند (برای دیدن نمونه خانه‌ها سری به آدرس bit.ly/1urT3Yn بزنید).

اتومبیل‌های سفارشی

مدت زیادی است که از پرینترهای سه‌بعدی برای ساخت قطعات خودرو استفاده می‌کنند، لیکن جیم کور (مخترع) به همراه تیمش گامی فراتر در این زمینه برداشته و با پرینتر سه‌بعدی‌اش خودروهایی کامل می‌سازد. برای اولین بار مجله وایرد در سال 2013 خبر از تولید یک خودروی سه چرخ توسط پرینترها داد که عمدتا از پلاستیک ساخته شده بود. ساخت این خودرو نزدیک به 2500 ساعت زمان برد و این بدان معنی است که بعید نیست تا چند سال آینده شاهد خودروهایی از این دست در نمایشگاه‌ نزدیک خانه‌تان باشید.

هنر سه‌بعدی

کزمو ونمان، از هنرمندان کالیفرنیای جنوبی با استفاده از یک پرینتر سه‌بعدی به تولید مجسمه‌های معروف جهان اقدام کرده است. برای مثال، او مجسمه یونانی اسب سلنه را با مواد پلاستیکی بازتولید کرده و برای آنکه رنگ مرمرین مجسمه حفظ شود، آن را رنگ‌آمیزی کرده است. ونمان کارش را به آثار دوران باستان محدود کرده تا قوانین کپی‌رایت شامل حالش نشود. شاید روزی پرینترهای سه‌بعدی به موزه‌هایی مثل اسمیتسونیان (که هر بار تنها دو درصد از 14 میلیون اثر هنری را نمایش می‌دهد)، امکان بدهد کارهای هنری‌شان را دیجیتالی کنند و نسخه‌هایی از آنها را به سرتاسر جهان بفرستند. شاید روزی هر اثر هنری دلخواهی را بتوانیم از یک تولیدکننده هنری خریداری کنیم.

مزایای استفاده از FDM

آزادی در طراحی:

آزاد بودن در طراحی همیشه از آرزوهای طراحان بوده که هر چه می خواهند طراحی کنند را بدون کم و کاست بتوانند بسازند. با استفاده از FDM و پرینت سه بعدی این آرزوی دست نیافتنی محقق شده است. از زمانی که این تکنولوژی ساخت روی کار آمده است، نمونه های پیچیده با جزئیات جانبی و نمونه هایی با ویژگی های درونی برای ساخت و تولید قطعات و نمونه های اولیه بسیار آسان شده و برای تولیدات طراحی شده سه بعدی بسیار کارآمد است. 

تولید قطعات:

FDM این امکان را به ما می دهد که با استفاده از مواد ترموپلاستیک قطعات و مدلهای مورد نظر خود را به راحتی و به سرعت تولید کنیم. مزیت این تکنولوژی در توانایی تولید قطعات سفارشی با عملکرد و مقاومت بالا و به سرعت است که این قطعات تولید شده با دوام و محکم بوده، در مقابل حرارت و مواد شیمیایی مقاوم هستند و در طیف گسترده از برنامه های کاربردی می توان از آنها استفاده کرد. 

اختراع مجازی:

 با FDM و یک دستگاه پرینتر سه بعدی اختراعات مجازی شما دیگر خارج از تصور نبوده و می توانید تخیلات خود را به طور واقعی بسازید و لمس کنید که تنها برای ساخت نمونه های خود نیاز به طراحی سه بعدی دارید پس از آن می توانید تغییراتی را در طراحی خود بدون نیاز به قالب سازی دوباره ایجاد کنید و دیگر زمانهای طولانی و هزینه های بالایی را برای تولید محصولات خود صرف نکنید.

مهندسی پلاستیک:

 از پلاستیک هایی که برای استفاده در این تکنولوژی به کار می روند می توانیم به ABS پلی کربنات(PLA) و... اشاره کنیم. نمونه هایی که با این متریال ها ساخته می شوند برای تولیدات با حجم کم و تست عملکرد آنها در محیط های سخت بسیار مناسب بوده و لایه سازی آنها در تولید افزایشی بسیار دقیق می باشد.

تاریخچه تکنولوژی FDM

تولید افزودنی یا چاپ سه بعدی،برای ایجاد نمونه های اولیه از سال 1980 برای تولید اولیه محصول معرفی شد و خیلی زود به سریع ترین و ارزان ترین راه برای تولید اولیه محصولات صنعتی و دیگر صنایع تبدیل شد. FDM محبوب ترین روشی پرینت سه بعدی است که در سال 1992 توسط اسکات کرامپ اختراع شد و از آن زمان تا کنون برای تولید نمونه های اولیه با استفاده از چاپ سه بعدی  استفاده می شود. سیر و تحول این روش به گونه ای بود که خیلی سریع به ارزان ترین و سریع ترین روش برای تولید کالاهای سفارشی تبدیل شد. پرینترهایی که با این فرایند کار می کنند از یک فیلمانت ترموپلاستیک مانند ABS و PLA تغذیه میکنند که با ذوب کردن این فیلمانت و سپس اکسترود کردن آن جسم سه بعدی را به صورت لایه به لایه تشکیل می دهد.

پرینترهای سه‌بعدی چگونه کار می‌کنند؟

در مورد چگونگی کارکرد این دستگاه‌ها و تفاوت اساسی آن‌ها با دستگاه‌های CNC (دستگاه‌های کنترل عددی) نیز بایستی گفت که پرینترهای سه‌بعدی عمدتاً از روش استفاده از مواد مذاب برای ساختن محصول نهایی استفاده می‌کنند ولی دستگاه‌های CNC عمدتاً از طریق برش یا جدا کردن بخشی از یک محصول کلی برای رسیدن به محصول نهایی استفاده می‌کنند.
البته در مورد کنترل هر دو دستگاه بایستی آموزش‌های لازم را دیده باشید وگرنه این دستگاه‌ها به‌راحتی قابل‌استفاده نیستند. حال‌آنکه پرینترهای سه‌بعدی با توجه به مواد ورودی‌شان نحوه کارکردشان فرق دارد به‌گونه‌ای که این پرینترها با پلاستیک و یا نایلون و یا فلز و یا دیگر مواد قابل سیلان کار می‌کنند که البته همه این‌ها بستگی به نوع درخواست ما از محصول نهایی دارد.
پرینترهای سه‌بعدی بعد از ذوب کردن مواد اولیه به‌صورت لایه به لایه شروع به تزریق مواد اولیه به پلتفرم می‌کنند که این لایه‌ها به یکدیگر محکم می‌شوند و بعد از زمان کوتاهی محصول نهایی ما آماده استفاده می‌شود.

ساخت ماکت معماری توسط چاپگر سه بعدی