تصور کنید که بتوانید از یک چاپگر خانگی برای ایجاد دکوراسیون، آلات موسیقی یا دوربین خود استفاده کنید. یا تولیدکنندگان بتوانند قطعات خودرو را چاپ کنند، یا پزشکان نگران لیست اهداکنندگان نباشند و به‌سادگی بتوانند اندام‌های موردنیاز بیماران خود را چاپ کنند!!
این موارد و خیلی چیزهای دیگر با پرینت سه‌بعدی امکان‌پذیر و اکنون در حال انجام است. اما پرینترهای سه‌بعدی چیست و چگونه کار می‌کنند و آیا هر کسی می‌تواند از آنها استفاده کند؟
چاپگر سه‌بعدی چیست؟
چاپگرهای سه‌بعدی به معنای واقعی کلمه فقط چاپگر هستند. اما به‌جای چاپ کلمات روی کاغذ، اشیای سه‌بعدی را لایه به لایه چاپ می‌کنند و می‌توانند آنها را از هر چیزی از فیبر کربن و پودر گرفته تا پلاستیک و فلز بسازند. آنها همچنین می‌توانند مواد مختلفی را در تولید خود ترکیب کنند، به‌عنوان‌مثال، اشیای فلزی که دارای اجزای پلاستیکی هستند، مانند پره‌های توربین بادی و قطعات موتور و نیاز به چندین ماشین و کارگر برای تولید یک شی را از بین می‌برند. این در نهایت می‌تواند هزینه‌های شرکت‌ها را کاهش دهد، چارچوب زمانی ایجاد یک محصول را از بین ببرد و ضایعات را حذف کند و نکته اینجاست که چاپگرهای سه‌بعدی فقط مختص کارخانه نیست و مصرف‌کنندگان همچنین می‌توانند در خانه نیز از آنها به‌خوبی استفاده کنند.پرینت سه‌بعدی چه زمانی اختراع شد؟
به‌عنوان یک مفهوم، پرینت سه‌بعدی از سال ۱۹۴۵ وجود داشته است. شرکت Teletype که چاپگرهای جوهرافشان را در دهه ۶۰ اختراع کرد، در سال ۱۹۷۱ با چاپگرهای سه‌بعدی اولیه و با استفاده از موم ذوب شده آزمایشاتی انجام داد، اما در دهه ۱۹۸۰ بود که اولین چاپگر سه‌بعدی واقعی ساخته شد.چارلز سرسرا، فیزیک‌دان، در سال ۱۹۸۳ با استفاده از اشعه ماورای‌بنفش برای سفت کردن پوشش روی میز این ایده را مطرح کرد و در سال ۱۹۸۶ این فناوری را به ثبت رساند. او در ادامه شرکتی به نام 3D Systems راه‌اندازی کرد و پتنت‌های خود را به‌غیراز مایعات نیز گسترش داد و از آن زمان خودروسازان، بیمارستان‌ها و شرکت‌های هوافضا علاقه وافری به وعده این اختراع ابراز کردند.
پرینترهای سه‌بعدی چگونه کار می‌کنند؟
چاپگرهای سه‌بعدی از طریق فرایندی به نام تولید افزودنی کار می‌کنند که از طراحی به کمک رایانه (CAD) استفاده می‌کند. این یک روش فنی برای توضیح است که یک چاپگر سه‌بعدی از یک برنامه رایانه‌ای برای ساختن یک شی لایه به لایه استفاده می‌کند. درحالی‌که هر چاپگر سه‌بعدی کمی متفاوت عمل می‌کند، مفهوم اصلی با طراحی شیئی که می‌خواهید بر روی رایانه چاپ کنید آغاز می‌شود. نرم‌افزار مدل‌سازی فوق‌العاده دقیق است و یک مدل سه‌بعدی از طرح شما ایجاد می‌کند. هنگامی که اثر خود را روی یک چاپگر سه‌بعدی چاپ می‌کنید، به‌صورت تکه‌ای بیرون می‌آید. هر لایه کوچک به هم می‌چسبد و یک شی واحد از پایین‌به‌بالا تشکیل می‌دهد. هر لایه نازک همپوشانی می‌تواند نسبتاً پیچیده باشد و حتی می‌تواند شامل قطعات متحرک مانند لولا و چرخ باشد. این روند تا تکمیل مدل ادامه می‌یابد.متداول‌ترین ماده‌ای که پرینترهای سه‌بعدی اشیا را از آن می‌سازند رشته ترموپلاستیک است که در اصل جوهر این چاپگرها است. این ماده به دلیل انعطاف‌پذیری و دوام خود شناخته شده است. مواد دیگری که پرینترهای سه‌بعدی استفاده می‌کنند شامل پلاستیک، پودر، رزین و فلز است. ازآنجایی‌که چاپگر سه‌بعدی تنها آنچه را که برنامه به آن می‌گوید ایجاد می‌کند، برخلاف تولید آن از مواد خام فله، این نوع تولید می‌تواند ضایعات را کاهش دهد، پایداری بیشتری را در کسب‌وکارها ایجاد کند و اثر موجی مثبتی برای محیط‌زیست ایجاد کند.
با چاپگر سه‌بعدی چه چیزی می‌توانید بسازید؟
از نظر تئوری، شما می‌توانید هر چیزی را با چاپگر سه‌بعدی بسازید، اگرچه کاربرد اصلی آن در ساخت و نمونه‌سازی، ساخت‌وساز، پزشکی و آموزش است. در حال حاضر، ما توانایی ساخت تلسکوپ، دوربین، قطعات فلزی ماشین‌ها، اسباب‌بازی‌های پلاستیکی، لیوان‌های سرامیکی، گلدان‌های سنگی و حتی کیک را داریم!! بله، کیک‌هایی که می‌توانید واقعاً بخورید!پرینترهای سه‌بعدی مواد غذایی با استفاده از فناوری مشابه پرینترهای سه‌بعدی معمولی، اما با مواد غذایی به‌عنوان "جوهر"، کار می‌کنند. این پرینترها ابتدا مواد غذایی مانند شکلات، خمیر پیتزا، خمیر قند، پنیر، یا خمیرهای دیگر را به شکل فیلامنت یا خمیر نرم آماده می‌کنند تا به‌راحتی از نازل پرینتر عبور کنند. سپس یک مدل سه‌بعدی غذایی با استفاده از نرم‌افزار CAD طراحی می‌شود که می‌تواند شامل اشکال مختلف مانند کیک، پیتزا، شکلات‌های تزیینی و غیره باشد. مدل به لایه‌های نازک تقسیم شده و دستورات لازم با تنظیمات دقیق دما و سرعت برای هر نوع ماده غذایی، برای چاپ هر لایه به پرینتر داده می‌شود. پرینتر، لایه‌های مواد غذایی را به ترتیب روی‌هم قرار می‌دهد تا شکل نهایی ساخته شود. بسته به نوع ماده غذایی، ممکن است نیاز به پردازش‌های اضافی مانند پخت، سردکردن یا تزیینات بیشتر باشد. این فناوری در صنعت غذایی و رستوران‌ها برای ایجاد طرح‌های خلاقانه و منحصربه‌فرد که به روش‌های سنتی امکان‌پذیر نیست، کاربردهای فراوانی پیدا کرده است.
همچنین بد نیست فرصت‌های موجود در فضا را در نظر بگیرید، جایی که انتظار می‌رود بازار چاپ سه‌بعدی دفاعی و هوافضا تا سال ۲۰۲۶ به ۵.۵۸ میلیارد دلار برسد. در آینده، چاپ سه‌بعدی می‌تواند اکتشاف فضا و گردشگری فضایی را با اجازه‌دادن به فضانوردان برای ایجاد اشیای موردنیاز خود در صورت تقاضا متحول کند. آینده‌ای را تصور کنید که در آن ساختمان‌ها و مواد غذایی در فضا ساخته می‌شوند.
در شاخه خانگی نیز علاقه‌مندان می‌توانند اقلام غیرصنعتی را در خانه بسازند و بسیاری حتی کالاهای خود را به‌صورت آنلاین به فروش می‌رسانند. در حال حاضر، محبوب‌ترین اشیای چاپ سه‌بعدی شامل لباس‌ها، لوازم جانبی، دکورهای مینیاتوری و گلدان‌ها هستند.
در اوج همه‌گیری کووید-۱۹، زمانی که تجهیزات محافظتی کمبود داشت، پرینترهای سه‌بعدی ابزاری محوری بودند. بیمارستان‌ها برای تهیه روپوش، ماسک‌های تنفسی و همچنین ساخت قطعاتی برای ونتیلاتورها به چاپگرهای سه‌بعدی متکی بودند.
مسلماً پیشرفت‌های پزشکی یکی از هیجان‌انگیزترین پیشرفت‌ها است، زیرا دانشمندان می‌توانند پروتز و ایمپلنت را از طریق پرینت سه‌بعدی ایجاد کنند. آنها همچنین می‌توانند قسمت‌های واقعی بدن مانند گوش را از سلول‌های بنیادی، کلاژن و پروتئین‌های ساختاری در بدن انسان به نام فیبرین ایجاد کنند. درحالی‌که هنوز احتمالاً ۱۰ تا ۱۵ سال با اندام‌های پرینت سه‌بعدی مانند کلیه‌ها فاصله داریم، این پیشرفت علمی به‌طورقطع صعودی است. این فرایند به‌عنوان چاپ زیستی شناخته می‌شود، اگرچه بسیاری از آن هنوز در مراحل آزمایشی هستند.
آینده پرینت سه‌بعدی چیست؟
در آینده، طراحان و علاقه‌مندان ممکن است این سؤال را نپرسند که چاپگرهای سه‌بعدی چگونه کار می‌کنند؟ زیرا چاپگرهای سه‌بعدی احتمالاً در زندگی روزمره ما بسیار درهم‌تنیده خواهند شد و امروزه در کشورهای پیشرفته به بچه‌ها در مورد چاپ سه‌بعدی در مدرسه ابتدایی آموزش داده می‌شود.اگر بخواهیم صادقانه بگویم، امکانات و نیازها در صنایع هوافضا، الکترونیک، پزشکی، انرژی و خودرو بی‌پایان است و به جایی خواهیم رسید که چاپگرهای سه‌بعدی به ابزارهای حیاتی تبدیل خواهند شد