مهندسی سینما | نمونه سازی سریع از مدل 3D و فرآیند ساخت دیجیتال

نمونه سازی سریع از مدل 3D و فرآیند ساخت دیجیتال

نمونه سازی سریع یا همان ساخت نمونه فیزیکی از مدل 3d کامیوتری ، کاربردهای زیادی دارد ، از جمله در سینما و تهیه آکسسوار فضاهای تخیلی و جنگی و نیز در انواع صنایع و مشاغل دیگر.روش ها و تکنولوژی های متنوعی برای این امر وجود دارند که همگی مزایا و تفاوتهای خودشان را دارند و طی یک پروسه سیستماتیک مدل سه بعدی طراحی شده بوسیله نرم افزارهای سه بعدی ساز با فرمت های خاص به دستگاههای مخصوص ارسال میشوند تا شمایل آن را روی موادی از جمله فلز ، پلاستیک و غیر پیاده سازی کنندو لازم نباشد تا بصورت دستی و وقت گیر آنها را تهیه کنیم. در مطلب دیگری مبحث پرینت سه بعدی و پرینتر سه بعدی را بطور مفصل ارائه کرده ایم.

ابتدا بیائید گریزی بزنیم به مفهوم طراحی به کمک کامپیوتر یا CAD : طراحی به کمک کامپیوتر یا کَد، یا CAD : Computer-Aided Design به به‌کارگیری فناوری رایانه در فرایند طراحی و مستندسازی طراحی گفته می‌شود.امروزه بسیاری از مراحل طراحی قطعات و اجزاء مختلف توسط رایانه انجام می‌شود. بسیاری از قطعات تحت شرایط مختلف باید آزمایش شوند و اگر بخواهیم تحت آزمایش واقعی قرار دهیم مستلزم هزینه‌های بسیار می‌شود. با نرم‌افزارهای بسیار گوناگون می‌توان این شبیه‌سازی را انجام داد. نرم‌افزارهای طراحی رایانه‌ای، به نرم‌افزارهایی اطلاق می‌شود که کار ایجاد و ویرایش شکل‌ها را به کمک رایانه انجام می‌دهند. امروزه بیشتر نرم‌افزارهای طراحی به کمک رایانه، نه تنها توانایی ایجاد و ویرایش نقشهٔ دوبعدی و سه‌بعدی قطعات را دارند، بلکه توانایی وارسی (تحلیل) قطعات از نظر مسائل تنش، گرما و مسائل مکانیکی با استفاده از روش المان محدود را دارند.همه رشته‌های مهندسی برای طراحی از نرم‌افزارهای مناسب خود استفاده می‌کنند. نرم‌افزارهای مورد استفاده در طراحی معماری و طراحی صنعتی اغلب نرم‌افزارهای گرافیکی هستند. از نرم‌افزارهای سه‌بعدی که بیشتر در طراحی معماری و طراحی صنعتی استفاده می‌شوند می‌توان به اتوکد، سالیدورکس، اینونتور، سالید اج و مکانیکال دسکتاپ اشاره کرد. علاوه‌بر این موارد، نرم‌افزارهای گرافیکی دو بعدی مانند فتوشاپ، کورل‌دراو و فری‌هند نیز بسیار پر کاربرد هستند. کتیا، یونیگرافیکس و پرو/اینجینیر هم از بهترین نرم‌افزارهای گرافیکی مورد استفاده‌هستند که با امکان محاسبات پیچیده مهندسی مانند محاسبات تنش‌های محوری و هزاران توانمندی حرفه‌ای دیگر به طراحان کمک کرده‌اند.

مهندسی سینما | نمونه سازی سریع از مدل 3D و فرآیند ساخت دیجیتال

مبحث ساخت دیجیتال

ساخت دیجیتال فرایندی‌ست که میان طراحی و ساخت از مسیر نرم‌افزارهای مدل‌سازی سه‌بعدی یا همان طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) و کاربرد روش‌های افزایشی و کاهشی به کمک ماشین‌های ساخت دیجیتال رابطه برقرار می‌کند. در این میان دست‌گاه‌هایچاپ‌گر سه‌بعدی برای روش های ساخت افزایشی و ماشین‌های تراش و برش دیجیتال به منظور روش‌های کاهشی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ماشین‌های ساخت دیجیتال به طراحان اجازه می‌دهند تا ورای تصورات و طراحی‌های مجازی، به واقعیت‌های ملموس و صدالبته بسیار دقیقی از ایده‌ها و طرح‌های خود دست پیدا کنند. مقوله ساخت دیجیتال علاوه بر آن که در صنعت ساختمان، صنایع تولیدی و به خصوص صنایع نوآورانه استفاده فراوان دارد، در سطوح دانش‌گاهی طراحی و هنر و نیز به طور مشخص در لابرآتوارهای مطالعاتی و پژوهشی خاصی تحت عنوان فب‌لب در حال توسعه و پیش‌رفت است. پیشرفت در این حوزه همزمان با پیشرفت های صورت گرفته در حوزه استفاده از مصالح روی می دهند، به گونه ای که این دو را نمیتوان از هم جدا کرد.


مدل‌سازی سه بعدی

مدل‌سازی سه‌بعدی یا 3D Modeling فرآیند توسعۀ یک ارایه مبتنی بر مختصات ریاضی از هر رویه یا سطح یک شیء (بی‌جان یا جاندار) به صورت سه‌بعدی از طریق نرم‌افزارهای تخصصی با دستکاری اضلاع، رئوس و چند‌ضلعی‌ها در یک فضای سه‌بعدی شبیه‌سازی شده است. مدل‌های سه‌بعدی (3D) یک جسم فیزیکی را با استفاده از مجموعه‌ای از نقاط در فضای سه‌بعدی نشان می‌دهند که توسط عناصر هندسی مختلف مانند مثلث‌ها، خطوط، سطوح منحنی و غیره به هم متصل می‌شوند. به عنوان مجموعه‌ای از داده‌ها (نقاط و سایر اطلاعات)، مدل‌های سه‌بعدی می‌توانند به صورت دستی، الگوریتمی (مدل‌سازی رَویه‌ای) و یا با اسکن سه‌بعدی ایجاد شوند. سطوح آن‌ها ممکن است بیشتر با تکسچرینگ یا Texture Mapping تعریف شود. اشیایی ساخته‌شده به روش دیجیتال، ابتدا با استفاده از گستره‌ی بزرگی از نرم‌افزارهای طراحی به کمک رایانه (CAD)، هم در نوع دو بعدی و هم از انواع مدل‌سازی سه‌بعدی آن‌ها، مدل‌سازی می‌شوند. در مدل‌سازی سه‌بعدی نیز انواع روش‌های طراحی شبکه‌ای، جامد، صفحه‌ای یا مش‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرد و در طراحی یک مدل، ممکن است از یک یا چند از این الگوها استفاده شده باشد.

مهندسی سینما | نمونه سازی سریع از مدل 3D و فرآیند ساخت دیجیتال
ماشین‌های ساخت دیجیتال : سی‌ان‌سی

سی‌ان‌سی مخفف computer numerical control است که عبارت‌ست از کنترل عددی یک ابزار به وسیله رایانه. سی‌ان‌سی‌ها با استفاده از نرم‌افزارهای اختصاصی بردارهای دوبعدی یا مدل‌های سه‌بعدی را به کدهای قابل خوانش برای ابزارهای دیجیتال تبدیل می‌کنند که این کدها به اختصار جی‌کد (G-code) نامیده می‌شوند. به واسطه جی‌کدها، یک ماشین-ابزار می‌تواند به نحو خاصی حرکت کند که تفسیری مکانیکی از پیمایش یک طرح دیجیتال است که به ساخت قطعات منجر می‌شود.[۴] در واقع ابزاری که به واسطه‌ی جی‌کد حرکت می‌کند با توجه به توانایی آن در کاهش از توده یا افزایش آن، عملیات ساخت را براساس بردارهای رایانه‌ای تفسیر شده پیش می‌برد. ماشین‌آلات سی‌ان‌سی با توجه به محورهای آزاد و قابل کنترلی که دارند طبقه‌بندی می‌شوند. به طور معمول و در دست‌گاه‌های عمومی این محورها ۲، ۳، ۴ یا ۵ محور آزاد هستند و البته روبات‌های صنعتی گاهی تا ۹ محور فعال نیز برای استفاده‌های خاص دارند. ماشین‌آلات سی‌ان‌سی فرز، می‌توانند تخته‌های چندلایی چوبی، فوم و پلیمرها، بلوک‌های متریالی نرم و حتی شمش‌های فلزی را در سرعت‌های پایین بتراشند. ماشین‌آلات سی‌ان‌سی تخت که به صورت میزهای پهن بر روی متریال‌های ورقه‌ای کار می‌کنند ابعاد متداولی دارند که معمولاً با ابعاد ورقه‌های چندلایی چوب ۱۲۴ در ۲۴۴ سانتی‌متری یا ورقه‌های ام‌دی‌اف صنعتی ۱۸۴ در ۳۶۴ سانتی‌متری تطبیق می‌کنند.

مهندسی سینما | نمونه سازی سریع از مدل 3D و فرآیند ساخت دیجیتال


برش لیزری

دست‌گاه برش لیزری با استفاده از یک لیزر، برای برش ورقه‌های مدارات الکتریکی، ورقه‌های متریال‌های مات، نمد، تخته‌های نازک چوبی، و ورقه‌های اکریلیکی موسوم به پلکسی گلاس تا ضخامت ۱ سانتی‌متر و بیش‌تر استفاده می‌شود. برش لیزری از یک واسط نرم‌افزاری برای تفسیر بردارهای دوبعدی رایانه‌ای به حرکت دوبعدی لیزر دست‌گاه بر روی محورهای افقی سطحی استفاده می‌کند. در برش لیزری می‌توان با کنترل سرعت، قدرت و تراکم لیزر به جلوه‌های متفاوتی از تاثیر لیزر دست پیدا کرد. هم‌چنین با همین کنترل‌ها امکان حکاکی تصاویر غیربرداری با تراکم بسیار بالا توسط دست‌گاه‌های برش لیزری ایجاد می‌شود. اشیایی که به وسیله برش لیزری بریده می‌شوند می‌توانند در فرایند ساخت دیجیتال به عنوان قطعاتی از مدل‌های اصلی درنظرگرفته شوند که تنها به مونتاژ نهایی نیاز دارند.

مهندسی سینما | نمونه سازی سریع از مدل 3D و فرآیند ساخت دیجیتال
چاپ‌گر سه‌بعدی

چاپ‌گر سه‌بعدی با استفاده از روش‌های گوناگون به ساخت دیجیتال یک مدل نرم‌افزاری اقدام می‌کند. انواع مرسوم رومیزی چاپ‌گر سه‌بعدی اشیای کوچک پلاستیکی را با ذوب رشته‌ی پلاستیکی خاص موسوم به فیلامنت و قراردادن دقیق لایه به لایه‌ی آن براساس مدل رایانه‌ای، می‌سازند. لایه‌های روی هم نشسته‌ی پلاستیک ذوب شده گاهی بسیار نازک هستند و فرایند ساخت حجم نیز گاهی تا چندین ساعت به طول می‌انجامد. روش ذوب و رسوب مدل در چاپ سه‌بعدی یا همان FDM با استفاده از سیستمی رباتیک و سه محوره کار ساخت را به طور لایه لایه انجام می‌دهد. از نمونه‌های مشهور دست‌گاه‌های رومیزی در این روش دست‌گاه‌های Dimension 768 ، Ultimaker و Makerbot است. روش‌های متعدد دیگری در ساخت دیجیتالی افزایشی با استفاده از چاپ‌گرهای سه‌بعدی وجود دارد که تحت عنوان نام‌های SLA یا همان چاپ سه‌بعدی با تثبیت لیزری در حوض‌چه رزین، SLS یا همان چاپ سه‌بعدی به‌وسیله تثبیت لیزری در محفظه پودر، SLM یا همان چاپ سه‌بعدی فلزات به روش مشابه محفظه پودر با تکنولوژی متفاوت، چاپ سه‌بعدی با تثبیت‌کننده مایع در محفظه پودری و .... دسته‌بندی می‌شوند.

 

نمونه‌سازی سریع  Rapid prototyping

نمونه‌سازی سریع  Rapid prototyping مجموعه‌ای از تکنیک‌های ساخت سریع نمونه اولیه یک مدل سه-بعدی ساخته شده توسط CAD یا طرح رایانه ای می‌باشد.ساخت این قطعه معمولاً توسط پرینترهای سه بعدی یا «فرایند ساخت افزودنی» انجام می‌شود. برای آن که بتوان در سطح جهانی قابلیت رقابت داشت، کمپانی‌ها به‌طور ممتد تحت فشار برای ارائه محصولات و فرایندهای جدید به بازار مصرف در زمان کوتاه‌تر و در عین حال با کیفیت و عملکرد بالاتر هستند. آنچه که از اهمیت ویژه ای برخوردار است، اطمینان از انطباق دقیق قطعات برای تولید یک محصول جدید و حصول مشخصه‌های اولیه آن در کوتاه‌ترین زمان ممکن می‌باشد. این انتظارات با بکارگیری روش‌های سنتی که در طی سال‌ها، حداکثر توان خود را نشان داده‌اند، امکان‌پذیر نیست و مستلزم به خدمت گرفتن فناوری‌های پیشرفته ساخت جهت افزایش قابلیت، کیفیت و سرعت است. یکی از این فناوری‌ها نمونه سازی سریع یا "Rapid Prototyping" می‌باشد. اولین تکنیک برای نمونه‌سازی سریع در اواخر دههٔ ۱۹۸۰ در دسترس قرار گرفت و در تولید مدل‌ها و قطعات نمونه از آن استفاده شد.

 مهندسی سینما | نمونه سازی سریع از مدل 3D و فرآیند ساخت دیجیتال

انواع روش‌های نمونه سازی سریع


۱- استریولیتوگرافی (SLA)

این روش از اولین روشهای نمونه سازی است. در این سیستم، ساخت از پایین‌ترین لایه مدل آغاز می‌گردد. در این روش لایه‌ها از تابش اشعه (گاما) بر روی سطحی از رزین مایع حساس به نور تشکیل می‌شوند. پس از ساخت لایه اول، پلتفرم به اندازه ضخامت لایه پایین می‌رود و تیغه پوشش دهنده سطح مایع را هماهنگ و ضخامت آن را به‌طور یکسان تنظیم می‌کند. با تابش اشعه لیزر به رزین مایع لایه دوم نیز جامد شده و به لایه اول متصل می‌شود. بقیه لایه‌ها نیز به همین ترتیب ایجاد می‌شود تا قطعه تکمیل گردد. پس از اتمام ساخت قطعه با دقت از روی پلتفرم برداشته شده و رزین مایع روی سطح آن توسط یک حلال مناسب شسته می‌شود. پس از این کار عملیات پخت نهایی (جامد سازی) در یک کوره روی مدل یا قطعه انجام می‌شود. موادی که در این روش برای ساخت مدل‌ها به کار می‌روند، دامنه وسیعی از پلیمرهای حساس به نور از قبیل پلیمرهای شفاف، ضدآب و رزین‌های نرم می‌باشند.

در واقع استریولیتوگرافی یا سنگ‌چاپ سه‌بعدی یکی از روش‌های مدل‌سازی سه‌بعدی سریع است که در صنعت نمونه‌سازی سریع انقلابی به پا کرد. این صنعت در سال ۱۹۸۶ آغاز شده و هنوز نیز کاربرد دارد. در این روش از یک مایع پلیمری استفاده می‌شود که وقتی تحت تابش اشعه ماوراء بنفش قرار می‌گیرد جامد می‌شود. در این روش مدل بر روی یک سکو یا زیر لایه ایجاد می‌شود. از آنجایی که این روش از اولین تکنولوژیها است بقیه صنایع با آن مقایسه می‌شوند. استریولیتوگرافی (لیتوگرافی سه‌بعدی) یک روش ساخت افزایشی است که در آن با استفاده از یک محفظه محتوی پلیمر مایع حساس به نور ماوراءبنفش و یک لیزر ماوراء بنفش، ساختار مورد نظر لایه به لایه ساخته می‌شود. این پلیمر مایع تحت تابش نور ماوراءبنفش دچار تغییر ساختار می‌شود و از حالت مایع به حالت جامد تبدیل می‌شود. برای ساخت هر لایه، پرتو لیزر از روی سطح مایع طبق الگوی خاصی ( که با استفاده از یک برنامه رایانه‌ای به آن داده می‌شود ) حرکت می‌کند که باعث جامد شدن آن قسمت از پلیمر می‌شود. پس از ایجاد الگوی مورد نظر برای آن لایه ، صفحه بالابری که درون محفظه مایع قرار دارد و نقش زیر لایه قطعه مورد نظر ما را دارد به اندازه ضخامت یک لایه که معمولاً بین ۵۰ تا ۱۵۰ میکرومتر می‌باشد، پایین می‌رود. سپس یک تیغه از روی سطح مقطع قسمتی که قبلاً ساخته شده عبور می‌کند و باعث رسیدن مایع تازه به‌طور یکنواخت به سطح بالایی می‌شود. پس از این مراحل، نوردهی لایه دوم شروع می‌شود که آن هم پس از جامد شدن به لایه قبلی متصل می‌شود. لایه‌های بعدی نیز به‌طور متوالی به همان شیوه ذکر شده ایجاد می‌شود و به لایه زیرین خود متصل می‌شوند. در نهایت یک حجم کامل سه‌بعدی با این روش ساخته می‌شود. بعد از ساخت کل قطعه، آن را به منظور تمیز کردن و پاک کردن پلیمرهای اضافی درون حمامی از یک ماده شیمیایی قرار می‌دهند و سپس از آن در یک کوره فرابنفش قرار می‌دهند.

یکی از مزایای روش استریولیتوگرافی سرعت آن است. یک قطعه می‌تواند در مدت زمان کوتاهی ساخته شود. زمان ساخت به ابعاد قطعه و پیچیدگی جزئیات آن بستگی دارد که می‌تواند چند ساعت یا بیشتر از یک روز به طول بینجامد. اکثر دستگاه‌های استریولیتوگرافی قابلیت ساخت قطعاتی حداکثر در ابعاد 60*50*50 سانتی‌متر را دارند، ولی بعضی از انواع بزرگتر این دستگاه تا ابعاد 80*70*210 سانتی‌متر (طول بیشتر از 2 متر) را هم می‌توانند بسازند. قطعات ساخته شده در این روش به قدری مستحکم هستند که بتوان از آن‌ها به عنوان الگوی اصلی در انواع روش‌های قالب‌گیری نیز استفاده کرد. با وجود اینکه در روش استریولیتوگرافی شکل‌های متفاوتی را می‌توان ساخت ولی هزینه ساخت آن زیاد می‌باشد. قیمت پلیمر مایع حساس به نور استفاده شده برای این کار بین 80 تا 120 دلار در هر لیتر و قیمت دستگاه استریولیتوگرافی از 100000 دلار تا بیشتر از 500000 دلار است.

2- پخت لیزری انتخابی SLS

پخت یا تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) یک تکنیک تولید افزودنی (Additive Manufacturing) است که در آن با استفاده از یک لیزر به عنوان منبع انرژی مواد پودری (معمولاً نایلون / پلی آمید) را پخته و به هم متصل می کنند. این کار با هدف‌گیری نقاطی در فضا (که از یک مدل سه بعدی در رایانه بدست می آید) به‌طور خودکار و اتصال آن‌ها به یکدیگر به منظور تولید یک ساختار صلب صورت می‌گیرد. این روش شبیه به ذوب لیزری انتخابی (SLM) است؛ این دو روش در یک نگاه از یک مفهوم یکسان هستند اما در جزئیات فنی تفاوت دارند. روش ذوب لیزر انتخابی (SLM) شبیه به روش پخت لیزری انتخابی است، با این تفاوت که در SLM ماده به جای تف‌جوشی کاملاً ذوب می‌شود و خصوصیات متفاوتی نظیر ساختار کریستالی، تخلخل و غیره ایجاد می‌کند. SLS (و همچنین سایر تکنیک‌های ذکر شده AM) یک فناوری نسبتاً جدید است که تاکنون عمدتاً برای نمونه سازی سریع و برای تولید کم حجم قطعات کاملاً مورد استفاده قرار گرفته‌است. با پیشرفت تجاری در فناوری AM، نقش تولید در حال گسترش است.

3- تولید شئ لایه‌ای (LOM)

تولید شئ لایه‌ای (Laminated object manufacturing یا LOM) یکی از روش‌های نمونه‌سازی سریع است. طرح آماده شده با CAD به واحد کنترل سیستم LOM وارد می‌شود. در این سیستم فرم سطح مقطع قطعه کار در یک لایه تعیین شده و این فرم توسط پرتو لیزر بر روی ماده‌ای که به صورت نواری به زیر پرتو لیزر هدایت می‌شود، بریده خواهد شد. قسمت‌های دیگر سطح نیز به صورت ضربدری توسط پرتو لیزر برش داده می‌شود که پس از کامل شدن مدل سه بعدی، بتوان مواد زائد را از مدل اصلی جدا کرد. لایه‌ای که به صورت فرم دار بریده می‌شود به لایه زیری می‌چسبد سپس یک لایه جدید بریده شده و به لایه قبلی می‌چسبد. این عملیات به صورت خودکار آنقدر تکرار می‌شود که همه لایه‌های بریده شده به هم بچسبند. قسمت‌های زائد از مدل اصلی جدا شده تا فرم نهایی آن ظاهر گردد. سطح مدل نهایی را می‌توان سنباده زد، پرداخت کرد و رنگ‌آمیزی نمود. 

مهندسی سینما | نمونه سازی سریع از مدل 3D و فرآیند ساخت دیجیتال

کاربردهای تولید شی ء لایه ای
تجسم : بسیاری از شرکت‌ها از LOM در ساخت قطعات با ابعاد دقیق، تنها به منظور تجسم بهره می‌بارند. مدل‌های ساخته شده توسط LOM را مانند مدل‌های چوبی، می‌توان پرداخت و رنگ‌آمیزی کرد و آن‌ها را به شکل محصول نهایی درآورد. بخاطر ارزان بودن فرایند LOM, می‌توان چندین مدل از قطعه را ساخته و از آن‌ها برای بازاریابی، آزمایش مصرف‌کننده، تست بسته‌بندی و مدل‌های فروش استفاده کرد.
ساخت مدل‌های دقیق : از قطعات LOM می‌توان برای بازبینی طراحی و ارزیابی فرایند استفاده نمود. این قابلیت به سازندگان فرصت می‌دهد که تغیرات دلخواه خود را در جهت بهتر کردن طراحی و عملکرد قطعه، به راحتی روی آن اعمال نمایند.
ساخت : ساختار قطعات LOM به گونه‌ای است که بسته به نوع ماده آب‌بندی یا پرداخت مورد استفاده می‌توان از آن‌ها در بیشتر روش‌های قالب‌سازی ثانوی به عنوان الگو یا قالب استفاده کرد که این روش‌ها عبارت اند از :ریخته‌گری دقیق، ریخته‌گری ماسه‌ای، قالب‌گیری تزریقی، قالب‌گیری سیلیکونی، شکل‌دهی در خلأ و قالب‌گیری اسپری فلزی. قطعات LOM دارای دقت قابل پیش‌بینی در کّل قطعه، پایداری و مقاومت به انقباض و تابیدگی و انعطاف‌پذیری و قابلیت تغییر شکل برای ساخت یک الگو مرجع یا قالب می‌باشند.

قالب‌سازی سریع یا rapid tooling : قالب‌های دو تکه به راحتی توسط سیستم‌های LOM ایجاد می‌شوند. از آنجایی که مواد اولیه مورد استفاده صلب و ارزن است، ساخت قالب‌های بزرگ و پیچیده به این روش بسیار مقرون به صرفه می‌باشد.

 

4- ساخت به کمک رشته ذوب شوند FDM

این روش شبیه فرایند اکستروژن است. در این فرایند رشته قابل ارتجاع (از مواد ترموپلاست) گداخته شده از داخل نازل گرم شده بیرون می‌آید و روی قطعه به صورت طرحی که به آن داده شده به صورت لایه لایه می‌نشیند و این لایه‌ها ادامه پیدا می‌کنند تا قطعه مورد نظر ساخته شود.

5 - 3DP
این روش در آمریکا بنیان نهاده شد. این روش شبیه چاپ جت جوهر است با این تفاوت که به جای جوهر از چسب مایع استفاده می‌شود. در این روش یک لایه پودر با ضخامت کنترل شده روی سطح پلتفرم پخش می‌شود. از طریق سر چاپگر (نازل) و متناظر با اولین مقطع قطعه روی پودر چسب پخش می‌شود بنابراین لایه اول ساخته می‌شود. پلتفرم به اندازه ضخامت یک لایه پایین رفته و پودر لایه بعد ریخته می‌شود. متناظر با مقطع بعدی روی لایه جدید چسب ریزی می‌شود و به لایه قبلی متصل می‌گردد و به همین ترتیب ادامه می‌یابد تا قطعه کامل شود.

ذوب لیزری انتخابی SLM

ذوب لیزری انتخابی یا SLM ، که همچنین به اسم ذوب لیزر مستقیم فلز (DMLM) یا همجوشی بستر پودر لیزر (LPBF) شناخته می‌شود یک روش نمونه سازی سریع، چاپ سه بعدی و ساخت مواد افزودنی است که برای استفاده از لیزر توان بالا برای ذوب کردن پودرهای فلزی با یکدیگر طراحی شده‌است. از نظر بسیاری از افراد سیستم ذوب لیزر انتخابی (SLM) زیر مجموعه سیستم پخت لیزر انتخابی (SLS) در نظر گرفته می‌شود. البته ذوب لیزری انتخابی قابلیت ذوب کردن کامل مواد فلزی را به یک قطعه سه بعدی جامد را بر خلاف پخت لیزر انتخابی دارا می‌باشد.

تفاوت ذوب لیزری انتخابی با پخت لیزر انتخابی (SLS) : استفاده از پخت لیزر انتخابی (SLS) به فرایندی گفته می‌شود که در مورد انواع مواد مانند پلاستیک، شیشه، سرامیک و همچنین فلزات به کار می‌رود. آنچه ذوب لیزر انتخابی (SLM) را از سایر فرایندهای چاپ سه بعدی متمایز می‌کند، توانایی ذوب کامل پودر است نه گرم کردن آن تا یک نقطه خاص که دانه‌های پودر فلزی بتوانند با یک دیگر ذوب شوند. و اجازه می‌دهد تخلخل مواد کنترل شود. از طرف دیگر، ذوب لیزر انتخابی می‌تواند با استفاده از لیزر برای ذوب کامل فلز، یک گام از SLS فراتر برود به این معنی که پودرهای مورد استفاده با هم ذوب نمی‌شوند بلکه در واقع به اندازه کافی مایع می‌شوند تا دانه‌های پودر را به یک قسمت همگن تبدیل کند؛ بنابراین SLM به دلیل کاهش تخلخل و کنترل بیشتر ساختار بلوری، می‌تواند قطعات قوی تری تولید کند که از خرابی قطعه جلوگیری کمک می‌کند. علاوه بر این می‌توان از نوع خاصی از نانوذرات با شبکه به حداقل رسانده شده استفاده کرد و با وارد کردن آن‌ها به پودرهای فلزی به ریزساختارهایی بدون ترک و یکدست رسید. با این حال، استفاده از SLM فقط در صورت استفاده از یک نوع پودر فلز امکان‌پذیر است.

 

فناوری بیوپرینت یا زیست چاپ 3D bioprinting

 چاپ زیستی سه بعدی یا بیوپرینت 3D bioprinting فناوری رو به تکاملی در حوزهٔ مهندسی بافت است که در آن با به‌کارگیری جوهرهای زیستی یا Bio-ink که از سلول‌های بنیادی گرفته شده‌اند، به ساختن سریع و دقیق ساختارهای زیستی سه‌بعدی مانند پوست، بافت یا ارگانها می‌پردازند.اهمیت این موضوع زمانی مشخص می‌شود که صحبت از پیوند عضو یا بیماری‌های خطرناک در میان است و هیچ اهداکننده‌ای وجود ندارد. در این صورت این ارگان‌های چاپ شده می‌توانند زندگی بیماران را نجات دهند. همچنین از این چاپگر برای مطالعهٔ بیماری‌ها نیز می‌توان استفاده کرد.برای چاپ یک ارگان خاص اولین گامی که برداشته می‌شود، دریافت یک تصویر سه‌بعدی از آن ارگانها است. در مرحلهٔ بعدی باید یک مدل کامپیوتری از آن تصویر تهیه شود. پس از طراحی مدل کامپیوتری، باید G-Code از آن استخراج شود. G-code دستوری است که ماشین‌آلات را کنترل می‌کند. به عنوان مثال دستور می‌دهد که بازو با سرعت مشخصی در مدت مشخصی حرکت کند. پس از دریافت این G-code همه‌چیز برای چاپگر فراهم است و عملیات چاپ آغاز می‌گردد. در چاپگر زیستی لایه به لایه قسمت‌های مختلف شکل می‌گیرد و در نهایت ارگان کامل ایجاد می‌شود. برای چاپ بافت‌ها سه روش یا رویکرد مرکزی وجود دارد: زیست‌تقلید یا Biomimicry ، خودجایگزین‌گری و خودمونتاژی مستقل یا خودکار یا Autonomous self-assembly و قالب‌های مینی بافت سازی یا Mini-tissue.

 مهندسی سینما | نمونه سازی سریع از مدل 3D و فرآیند ساخت دیجیتال

آشنایی کلی با بیومتریال هایی که در پروسه زیست چاپ ذکر شد.

زیست‌ماده یا بیومتریال Biomaterial به ماده‌ای با منشأ مصنوعی یا طبیعی گفته می‌شود، که به منظور بهبود، درمان، التیام یا جایگزینی بافت موجودات زنده به کار می‌رود. زیست‌مواد به عنوان یک علم حدود ۵۰ سال است که مطرح شده‌است. علم بیومتریال شامل مباحثی از علوم پزشکی، زیست‌شناسی، شیمی، مهندسی بافت و علم مواد می‌شود.توجه کنید که زیست ماده با ماده بیولوژیکی فرق دارد، همانند استخوان که در یک دستگاه زیستی ساخته می‌شود.بیومتریال‌ها می‌توانند از طبیعت گرفته شوند یا در آزمایشگاه‌ها به وسیله به کار بردن آلیاژهای فلزی، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها با روش‌های شیمیایی گسترده ساخته شوند، آن‌ها غالباً برای اقدام‌های پزشکی استفاده می‌شوند یا ساخته می‌شوند و بدین ترتیب شامل یک قسمت یا کل یک ساختار زنده یا یک ابزار پزشکی هستند که یک کارکرد طبیعی را انجام بدهد، تکمیل کند یا جایگزین آن شود.

 

 


حاضرین در سایت

ما 234 مهمان و بدون عضو آنلاین داریم

سبد خرید شما

نمایش محتویات سبد خرید

فرم ورود

حاضرین در سایت

ما 234 مهمان و بدون عضو آنلاین داریم