اگر در دنیای شگفت انگیز پرینترهای سه بعدی تازه کار هستید، ممکن است ما اولین کسی باشیم که به شما خوشامد می‌گوئیم. شما آن را سرگرم کننده، مفید، الهام بخش و سودآور خواهید یافت. چالشی که بسیاری از تازه واردان به چاپ سه بعدی با آن روبرو هستند، تمایز بین انواع مختلف پرینترهای سه بعدی است. ناآشناها چاپ سه بعدی را مانند فیلامنت یا رشته های پلاستیکی می‌دانند که از یک نازل داغ بیرون زده و به شکلی روی هم چیده شده‌اند، اما واقعیت‌های این فنآوری خیلی بیشتر است.
در واقع، چاپ سه بعدی، که به آن ساخت افزودنی نیز میگویند، یک اصطلاح جامع است که چندین فرآیند بسیار متمایز را با استفاده از ماشین آلات و مواد کاملاً متفاوت در بر می‌گیرد. فقط به برخی از چیزهایی که امروزه با پرینترهای سه بعدی چاپ می‌شوند فکر کنید، از جا‌مدادی گرفته تا موتورهای موشک، و متوجه خواهید شد که این فناوری‌ها چقدر با هم متفاوت هستند، اما عناصر کلیدی مشترکی دارند.
به عنوان مثال، تمام پرینترهای سه بعدی با یک مدل دیجیتال شروع می‌کنند، زیرا این فناوری ذاتا دیجیتال است. قطعات یا محصولات به‌عنوان فایل‌های الکترونیکی شروع می‌شوند که با استفاده از نرم‌افزار طراحی به کمک رایانه (CAD) طراحی شده‌اند یا از مخزن قطعات دیجیتالی به دست آمده‌اند. سپس فایل طراحی از طریق نرم افزار مخصوص ساخت آن را به برش‌ها یا لایه‌هایی تقسیم می‌کند. این نرم افزار که اغلب منحصر به نوع چاپ سه بعدی و حتی برند خاص پرینترهای سه بعدی است، داده های مدل برش‌ها را به دستورالعمل‌های مسیری (G-code) تبدیل می‌کند که پرینتر سه‌بعدی باید دنبال کند.
در این راهنمای آسان برای استفاده، تفاوت بین فناوری‌ها و آن مواردی که هر کدام معمولاً برای آن استفاده می‌شود را خواهید آموخت. همچنین شما را به ویژگی‌های عمیق‌تر این فنآوری ها راهنمایی می‌کنیم و پرینترهای سه بعدی برتر را بر اساس فناوری فهرست می‌کنیم.
هفت نوع پرینتر سه بعدی
انواع فنآوری های ساخت افزودنی و پرینترهای سه بعدی را می‌توان بر اساس آنچه تولید می‌کنند یا نوع ماده‌ای که استفاده می‌کنند تقسیم کرد، اما سازمان استاندارد بین المللی (ISO) آنها را به هفت نوع کلی تقسیم کرده است:
1️⃣اکستروژن مواد (Material Extrusion) - پرینتر سه بعدی فیلامنتی
2️⃣فتوپلیمریزاسیون (VAT Photopolymerization) – پرینتر سه بعدی رزینی
3️⃣همجوشی بستر پودر (Powder Bed Fusion) -پرینتر سه بعدی بستر پودر
4️⃣جت کردن مواد (Material Jetting) – پرینتر سه بعدی با پاشش مواد
5️⃣بایندر جت (Binder Jetting) – پرینتر سه بعدی با چسب
6️⃣رسوب مستقیم انرژی (Directed Energy Deposition)
7️⃣لمینیت ورق (Sheet Lamination)
اما حتی این هفت دسته پرینتر سه‌بعدی برای در برگرفتن انواع رو به رشد زیرشاخه‌های فناوری ساخت افزودنی و هیبریدها که در حال گسترش هستند، کافی نیست. در اینجا، ما سعی می‌کنیم همه موارد را پوشش دهیم!
پرینت سه بعدی با فنآوری اکستروژن مواد (Material Extrusion)
اکستروژن مواد (Material Extrusion)، که گاهی اوقات به عنوان MEX نیز شناخته می‌شود، دقیقاً همان چیزی است که به نظر می رسد: مواد از طریق یک نازل اکسترود می‌شوند. به طور معمول، این ماده یک رشته یا فیلامنت پلاستیکی است که از طریق یک نازل گرم، رانده می‌شود که در این فرآیند تقریباً آن را ذوب می‌کند. پرینتر سه بعدی مواد را روی یک بستر ساخت (Build platform) در مسیری که توسط نرم افزار آماده سازی تعیین شده است، قرار می‌دهد. سپس فیلامنت سرد و جامد می‌شود و یک جسم کامل را تشکیل می دهد. این رایج‌ترین شکل پرینت سه بعدی است.
ممکن است در نگاه اول ساده به نظر برسد، اما با توجه به اینکه عملاً هیچ محدودیتی برای موادی که می‌توانید اکسترود کنید، از جمله پلاستیک، خمیر فلز، بتن، بیوژل و طیف وسیعی از غذاها وجود ندارد، دسته وسیعی از مواد را می‌توان با پرینترهای سه بعدی چاپ کرد. قیمت پرینترهای سه بعدی از این نوع می‌توانند از حدود 100 دلار تا 1،000،000 دلار متغیر باشند.
🔰انواع زیرمجموعه‌های اکستروژن مواد عبارتند از:
💠مدل سازی رسوب ذوب شده (fused deposition modeling -FDM)
💠پرینت سه بعدی ساختمانی (construction 3D printing)
💠چاپ سه بعدی میکرو (micro 3D printing)
💠چاپ سه بعدی زیستی (bio 3D printing)
💠مدل سازی گرانول ذوب شده (fused granulate modeling -FGM)
🔰مواد مورد استفاده در پرینترهای سه بعدی عبارتند از:
پلاستیک‌ها، فلزات، مواد غذایی، بتن، و بسیاری مواد دیگر...
🔰دقت ابعادی پرینترهای سه بعدی: 0.5%± (حد پایین mm 0.5%±)
🔰کاربردهای رایج:
- نمونه‌سازی
- قطعات یدکی
- قطعات صنعتی
- جیگ‌ها و فیکسچرها
- الگوهای ریخته‌گری و...
🔰نقاط قوت:
کم هزینه‌ترین روش پرینت سه بعدی، طیف گسترده‌ای از مواد در این پرینترهای سه بعدی قابل استفاده هستند
🔰نقاط ضعف:
اغلب محصولاتی که با پرینترهای سه بعدی ساخته می‌شوند دارای خواص مکانیکی ضعیف‌تری هستند (استحکام، دوام و غیره) و معمولاً به اندازه برخی روش‌های ساخت سنتی از قبیل ماشینکاری دقت ابعادی پائین‌تری دارند.
مدل سازی رسوب ذوب شده (Fused Deposition Modeling -FDM ) - پرینتر سه بعدی فیلامنتی
پرینترهای سه بعدی FDM بازاری چند میلیارد دلاری با هزاران دستگاه دارند، از مدل‌های اولیه برای کودکان تا نسخه‌های پیچیده برای تولیدکنندگان. ممکن است گاهی اوقات شنیده باشید که از ماشین‌های FDM به عنوان پرینترهای سه بعدی ساخت رشته‌ای (فیلامنتی) ذوب شده (Fused Filament Fabrication - FFF) یا پرینترهای سه بعدی «رشته‌ای (فیلامنتی)» نامبرده شود، که نشان می‌دهد دستگاه از مواد پلیمری به شکل رشته (فیلامنت) استفاده می‌کند.
همچنین پرینترهای سه بعدی با عنوان ساخت گرانول ذوب شده (Fused Granulate Fabrication-FGF) وجود دارند، که نوعی از FDM است که از فیلامنت استفاده نمی‌کند، بلکه از ذرات (گرانول) پلیمری (یا فلزی) که در داخل اکسترودر ذوب می شوند، استفاده می‌کند. این گرانول‌ها یا ذرات اغلب ارزان‌تر از فیلامنت هستند اما بیشتر در چاپ سه بعدی حرفه‌ای استفاده می‌شوند.
پرینترهای سه بعدی FDM، مانند تمام فناوری های چاپ سه بعدی، با یک مدل دیجیتال شروع می‌شود که سپس به دستورالعمل‌هایی برای پرینت سه بعدی تبدیل می شود. با پرینترهای سه بعدی FDM فیلامنتی، یک قرقره از فیلامنت پلاستیکی (یا چندین قرقره در یک زمان) در چاپگر سه بعدی بارگذاری می‌شود و به یک نازل چاپگر در سر اکستروژن وارد می‌شود. نازل چاپگر یا نازل‌ها تا دمای مورد نظر گرم می‌شوند و باعث نرم شدن فیلامنت می‌شوند به طوری که در هنگام اکسترود، لایه‌های متوالی به هم می‌پیوندند و یک قطعه جامد ایجاد کنند.
هنگامی که از ذرات پلاستیکی (Pellets) به جای فیلامنت استفاده می‌شود، این گلوله ها از یک قیف به اکسترودر منتقل می‌شوند و سپس مانند فیلامنت ذوب می‌شوند و بقیه مراحل پرینت سه بعدی یکسان است.
همانطور که چاپگر هد اکستروژن را در امتداد مختصات مشخص شده روی بستر چاپگر یا صفحه XY حرکت می‌دهد، لایه اول را بارگذاری می‌کند. سپس هد اکستروژن تا ارتفاع سطح بعدی (صفحه Z) بالا می‌رود و یا بستر پایین می‌آید و لایه‌های بعدی بارگذاری می‌شوند و این فرآیند چاپ لایه‌ها تکرار می‌شود و لایه به لایه ساخته می‌شود تا جسم کاملاً تشکیل شود.
بسته به هندسه قطعه، گاهی اوقات لازم است ساختارهای پشتیبان یا ساپورت (support structures) برای نگه داشتن مدل در حین چاپ اضافه شوند. به عنوان مثال، اگر مدلی دارای قسمت‌های شیب‌دار باشد، این ساپورت‌ها پس از چاپ حذف می‌شوند. برخی از مواد ساختار نگهدارنده (ساپورت) را می‌توان در آب یا حلال دیگری برای حذف راحت‌تر و سریعتر حل کرد.
پرینتر سه بعدی FDM عمدتاً یک فناوری پلاستیک است، اما همانطور که اشاره کردیم، تقریباً هر چیزی را می‌توان ذوب و اکسترود کرد، از جمله سرامیک، شکلات، مواد سفالی مانند خاک رس و شیشه. پرینت سه بعدی FDM فلزی نیز به سرعت در حال پیشرفت است. ماده مورد استفاده برای این کار فیلامنت پلاستیکی یا گلوله های (pellets) پر شده با بیش از 80 درصد پودر فلز است که البته به چندین مرحله پس‌پردازش نیاز دارد.
پرینترهای سه بعدی زیستی (Bioprinting)
پرینت زیستی سه بعدی یا پرینت سه بعدی زیستی، یک فرآیند ساخت افزودنی است که در آن مواد آلی یا بیولوژیکی، مانند سلول‌های زنده و مواد مغذی، که اغلب در یک ژل معلق هستند، ترکیب می‌شوند تا ساختارهای سه‌بعدی بافت‌مانندی را ایجاد کنند.
به عبارت دیگر، پرینت زیستی نوعی چاپ سه‌بعدی است که به طور بالقوه می‌تواند هر چیزی از بافت استخوان و عروق خونی گرفته تا بافت‌های زنده و اندام‌های فعال تولید کند. این فنآوری برای تحقیقات و کاربردهای پزشکی مختلف، از جمله مهندسی بافت، آزمایش و توسعه دارو، و در درمان‌های نوآورانه پزشکی بازساختی (regenerative) استفاده می‌شود.
برخی از انواع محصولات گوشتی پرینت شده سه‌بعدی نیز با استفاده از پرینترهای سه‌بعدی زیستی ساخته می‌شوند. تعریف واقعی پرینت زیستی سه‌بعدی هنوز در حال تکامل است. در اصل، پرینت زیستی سه‌بعدی مشابه پرینت سه بعدی FDM عمل می‌کند و در خانواده اکستروژن مواد قرار دارد، اگرچه اکستروژن تنها روش چاپ زیستی نیست.
چاپگرهای زیستی سه بعدی، جوهرهای زیستی را برای ایجاد محیط‌هایی برای تحقیقات سلولی و کاربردهای پزشکی اکسترود می‌کنند.
پرینت زیستی سه‌بعدی از موادی که از سوزن یا نازل تخلیه می‌شوند برای ایجاد لایه‌ها استفاده می‌کند. این مواد که به عنوان جوهر زیستی (bioinks) شناخته می‌شوند، عمدتاً از مواد زنده مانند سلول‌های درون یک ماده حامل - مانند کلاژن (collagen)، ژلاتین (gelatin)، هیالورونان (hyaluronan)، ابریشم (silk)، آلژینات (alginate) یا نانوسلولز (nanocellulose)- تشکیل شده‌اند که به‌عنوان داربست مولکولی برای رشد ساختار و مواد مغذی برای حمایت از ارگان‌ها عمل می‌کنند.
پرینت سه بعدی ساختمانی
پرینت سه بعدی ساختمانی یک زمینه به سرعت در حال رشد از اکستروژن مواد است. این فناوری شامل استفاده از پرینترهای سه بعدی در مقیاس بسیار بزرگ است که اغلب با ارتفاع ده‌ها متر اندازه‌گیری می‌شوند تا مصالح ساختمانی مانند بتن را از یک نازل بیرون بکشند. این ماشین‌ها عموماً به‌عنوان سیستم‌های بازوی دروازه‌ای یا روباتیک عرضه می‌شوند.
فناوری چاپ ساختمانی امروزه برای پرینت سه بعدی خانه‌ها، ویژگی‌های معماری (Architectural features) و پروژه های زیرساختی از چاه تا دیوار استفاده می‌شود. طرفداران میگویند که این فنآوری پتانسیل دارد که کل صنعت ساخت و ساز را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار دهد زیرا باعث کاهش نیروی کار و نخاله‌های ساختمانی می‌شوند.
صدها خانه پرینت سه بعدی در سرتاسر جهان وجود دارند، و تحقیقات برای توسعه فناوری ساخت و ساز سه بعدی که از مواد یافت شده در ماه و مریخ برای ساختن زیستگاه برای تیم های اعزامی آینده استفاده می‌کند، در حال انجام است. چاپ با خاک محلی به جای بتن نیز به عنوان یک روش ساختمانی پایدارتر مورد توجه قرار گرفته است.
پرینترهای سه بعدی رزینی (VAT photopolymerization)
پرینترهای سه بعدی رزینی خانواده ای از فرآیندهای چاپ سه بعدی هستند که از یک منبع نور برای پخت (یا سخت شدن) انتخابی رزین فوتوپلیمر در یک خمره (VAT) استفاده می‌کنند. فتوپلیمرها پلیمرهایی هستند که نسبت به نور حساسند و واکنش نشان می‌دهند. در این فرآیندها، نور دقیقاً به نقطه یا ناحیه خاصی از پلاستیک مایع مطابق با برش مربوطه از مدل سه بعدی هدایت می‌شود. هنگامی که نور به رزین برخورد می‌کند، آن را سخت و جامد می‌کند.
هنگامی که لایه اول سخت شد، پلتفرم ساخت (بسته به چاپگر) به مقدار کمی (معمولاً بین 0.01 تا 0.05 میلی متر) به بالا یا پایین حرکت می‌کند و لایه بعدی پخته می‌شود و به لایه قبلی می‌پیوندد. این فرآیند لایه به لایه تکرار می‌شود تا قطعه سه‌بعدی شکل بگیرد. پس از انجام فرآیند پرینت سه بعدی، جسم تمیز می‌شود تا رزین مایع باقیمانده برداشته شود و پس از انجام پخت نهایی (چه در نور خورشید یا یک محفظه UV) برای اینکه خواص مکانیکی قطعه کار بهبود بیابند. این قطعه بدون انجام این مراحل پس از چاپ قابل استفاده نیست.
سه شکل رایج برای پرینترهای سه بعدی رزینی عبارتند از: استریولیتوگرافی (Stereolithography -SLA)، پردازش نور دیجیتال (Digital Light Processing-DLP) و نمایشگر کریستال مایع ( Liquid Crystal Display-LCD) که به نام استریولیتوگرافی ماسک دار (Masked Stereolithography -MSLA) نیز شناخته می شود. تفاوت اساسی بین این نوع فناوری‌های پرینت سه بعدی منبع نور و نحوه استفاده از آن برای پخت رزین است.
برخی از تولیدکنندگان پرینترهای سه بعدی، به ویژه آنهایی که چاپگرهای سه‌بعدی حرفه‌ای می‌سازند، انواع منحصر به فرد و ثبت اختراع پرینترهای سه بعدی رزینی را توسعه داده‌اند، بنابراین ممکن است نام‌های مختلف فناوری را در بازار مشاهده کنید. یکی از تولیدکنندگان چاپگرهای سه‌بعدی صنعتی به نام کربن (Carbon)، از فناوری فتوپلیمریزاسیون استفاده می‌کند که آن را سنتز نور دیجیتال (Digital Light Synthesis-DLS) می‌نامند، این فناوری که از شرکت Stratasys شروع شده، فتوپلیمریزاسیون قابل برنامه‌ریزی (Programmable Photopolymerization P³) نامیده شده است، شرکت Formlabs چیزی را ارائه می‌دهد که آن را استریولیتوگرافی با نیروی کم (LFS Low Force Stereolithography -) می‌نامد.
همچنین یک روش مبتنی بر لیتوگرافی برای ساخت قطعات فلزی (Lithography-Based Metal Manufacturing -LMM) ارائه شده است، میکرواسترئولیتوگرافی پروجکشن (projection microstereolithography- PµSL) و ساخت کامپوزیت دیجیتال ( Digital Composite Manufacturing- DCM) نیز از جمله دیگر فرایندها هستند که یک فناوری فتوپلیمری است که افزودنی‌های کاربردی مانند الیاف فلزی و سرامیکی را به رزین مایع اضافه می‌کند.
🔰انواع فناوری چاپ سه بعدی:
💠استریولیتوگرافی (SLA)
💠نمایشگر کریستال مایع (LCD)
💠پردازش نور دیجیتال (DLP)
💠میکرواستریولیتوگرافی (µSLA) و...
🔰مواد: رزین های فوتوپلیمر (ریخته گری، شفاف، صنعتی، زیست سازگار، ترکیبی با فلز و غیره)
🔰دقت ابعادی: 0.5%± (حد پایین 0.15± میلی متر یا 5 نانومتر با µSLA)
🔰کاربردهای رایج:
نمونه های اولیه پلیمری قالب تزریقی و قطعات مصرفی نهایی، ریخته‌گری جواهرات، کاربردهای دندانپزشکی، محصولات مصرفی
🔰نقاط قوت:
سطح صاف، جزئیات ویژگی‌های ظریف (fine features)
استریولیتوگرافی (Stereolithography - SLA)
استریولیتوگرافی (SLA) دارای وجه تمایز تاریخی اولین فناوری چاپ سه‌بعدی در جهان است. استریولیتوگرافی توسط چاک هال (Chuck Hull) اختراع شد که در سال 1986 حق اختراع خود را ثبت کرد و شرکت 3D Systems را برای تجاری سازی آن تأسیس کرد. امروزه، این فناوری برای علاقمندان و متخصصان طیف وسیعی از سازندگان چاپگرهای سه‌بعدی در دسترس است.
امروزه یک چاپگر استریولیتوگرافی (SLA) از آینه‌هایی به نام گالوانومتر (یا گالووس) استفاده می‌کند تا به سرعت یک پرتو لیزر (یا دو) را بر روی یک محفظه رزین نشانه‌گیری کند و مقطعی از شی را در داخل سطح کار (Built area) به طور انتخابی پخت و منجمد کند و آن را لایه به لایه بسازد. از آنجایی که هر لایه درست در مکان‌های مناسب خود پخت می‌شود، سکوی ساخت (Built plate) سپس به سمت بالا حرکت می‌کند (تقریباً به‌طور نامحسوس) تا لایه رزین سخت‌شده را بیرون بکشد و فضایی را برای لایه مایع بعدی ایجاد کند که سپس توسط لیزر پخت می‌شود.
اکثر چاپگرهای استریولیتوگرافی (SLA) از لیزر حالت جامد برای پخت قطعات استفاده می‌کنند. یکی از معایب این نسخه از فتوپلیمریزاسیون این است که در مقایسه با روش بعدی ما (DLP)، که یک نور را برای سخت شدن کل لایه (سطح مقطع) به یکباره می‌تاباند، یک لیزر نقطه‌ای برای ردیابی کل سطح مقطع یک جسم زمان طولانی‌تری لازم دارد. با این حال، لیزرها می‌توانند نور قوی‌تری تولید کنند که برای برخی از رزین‌ها با درجه مهندسی، مورد نیاز است.
میکرواستریولیتوگرافی (µSLA)
درست همانطور که به نظر می رسد، این نسخه از استریولیتوگرافی (SLA) در خانواده فتوپلیمریزاسیون، قطعات را در مقیاس میکرو با وضوح (Resolution) بین 2 میکرون (μm) تا 50 میکرون چاپ می‌کند. برای مقایسه، عرض متوسط یک موی انسان 75 میکرون است. این یکی از فناوری های به اصطلاح "چاپ سه بعدی میکرو" است. میکرواستریولیتوگرافی (µSLA) شامل قرار دادن مواد حساس به نور (رزین مایع) در معرض لیزر فرابنفش است. تفاوت در رزین های تخصصی، پیچیدگی لیزرها و افزودن لنزها است که نقاط نوری تقریبا باورنکردنی کوچکی تولید می‌کنند.
پلیمریزاسیون دو فوتونی (Two photon polymerization-TPP)
یکی دیگر از فناوری‌های چاپ سه بعدی میکرو، پلیمریزاسیون دو فوتونی (Two photon polymerization-TPP) همچنین به عنوان 2PP شناخته می‌شود را می‌توان تحت عنوان چاپگرهای استریولیتوگرافی (SLA) طبقه‌بندی کرد، زیرا شامل لیزر و رزین حساس به نور نیز می‌شود. با استفاده از این روش می‌توان قطعات کوچکتر از روش میکرواستریولیتوگرافی (µSLA) را تا 0.1 میکرون چاپ کرد.
پلیمریزاسیون دو فوتونی (Two photon polymerization-TPP) از یک لیزر فمتوثانیه پالسی استفاده می‌کند که در یک نقطه تنگ در یک خمره رزین (Resin VAT) مخصوص متمرکز شده است. سپس از این نقطه برای خشک کردن پیکسل‌های سه‌بعدی، که به عنوان وکسل نیز شناخته می‌شوند، در رزین استفاده می‌شود. با پخت متوالی این وکسل‌های کوچک در اندازه های نانو تا میکرومتر لایه به لایه، در یک مسیر از پیش تعریف شده، می توانید اشیاء سه بعدی ایجاد کنید. اینها می‌توانند چندین میلی‌متر بزرگ باشند و در عین حال وضوح نانومتری را حفظ کنند.
پلیمریزاسیون دو فوتونی (Two photon polymerization-TPP) در حال حاضر در تحقیقات، کاربردهای پزشکی و ساخت قطعات کوچک مانند الکترودهای کوچک و حسگرهای نوری استفاده می‌شود.
پردازش نور دیجیتال (Digital Light Processing-DLP)
چاپ سه بعدی پردازش نور دیجیتال (Digital Light Processing-DLP) از یک پروژکتور نور دیجیتال (به جای لیزر) برای فلاش زدن یک تصویر از هر لایه به طور همزمان (یا چندین فلاش برای قطعات بزرگتر) روی یک لایه رزین استفاده می‌کند. پردازش نور دیجیتال (Digital Light Processing-DLP) (اغلب بیشتر از SLA) برای تولید قطعات بزرگتر یا حجم بیشتری از قطعات در یک دفعه (batch) پرینت استفاده می‌شود زیرا هر فلاش برای هر لایه دقیقاً به همان مقدار زمان نیاز دارد که تابش یک شعاع لیزر در فرایند SLA نیاز دارد، صرف نظر از اینکه چند قطعه در آن لایه وجود دارد، که باعث می‌شود به طور کلی سریعتر از روش لیزری در SLA باشد.
از آنجایی که پروژکتور یک صفحه دیجیتال است، تصویر هر لایه از پیکسل‌های مربعی تشکیل شده است که در نتیجه لایه‌ای از بلوک‌های مستطیلی کوچک به نام وکسل (Voxel) تشکیل شده است. نور با استفاده از صفحه نمایش دیود ساطع نور (LED) یا یک منبع نور UV (لامپ) که توسط یک دستگاه میکروآینه دیجیتال (DMD) به سطح موردنظر هدایت می‌شود، بر روی رزین پخش می‌شود.
دستگاه میکروآینه دیجیتال (DMD) بین نور و رزین قرار دارد و از مجموعه‌ای از آینه‌های ریز تشکیل شده است که مکان تابش نور را کنترل می‌کند و الگوی نور را روی صفحه ساخت (Build plate) ایجاد می‌کند. این باعث می شود که نقاط مختلف نور (و پلیمریزاسیون) در رزین و در مکان‌های مختلف در یک لایه وجود داشته باشد.
پروژکتورهای دستگاه میکروآینه دیجیتال (DMD) مدرن معمولاً هزاران LED در اندازه میکرومتر به عنوان منبع نور دارند. حالت‌های روشن و خاموش آنها به صورت جداگانه کنترل می‌شود و امکان افزایش وضوح (Resolution) XY را فراهم می‌کند. همه پرینترهای سه بعدی با میکروآینه دیجیتال (DMD) یکسان نیستند و تفاوت زیادی در قدرت منبع نور، عدسی‌هایی که از آن عبور می‌کند، کیفیت DMD و مجموعه‌ای از قطعات و اجزای دیگر که موجب می‌شوند قیمت یک دستگاه بین 300 تا بیش از 200،000 دلار گردد.
پرینترهای سه بعدی رزینی با پردازش نور دیجیتال (DLP) از بالا به پائین (Top-Down)
برخی از پرینترهای سه بعدی رزینی با پردازش نور دیجیتال (DLP) منبع نور را در بالای چاپگر نصب کرده‌اند که به جای تاباندن از پائین به سمت بالا، از بالا به پائین روی یک محفظه رزین می‌تابد. این ماشین‌های "بالا به پایین" تصویری از یک لایه را از بالا فلاش می‌زنند، یک لایه را در یک زمان خشک می‌کنند و سپس لایه پخت شده دوباره به داخل خمره (VAT) فرو می‌رود. هر بار که صفحه ساخت (Build plate) پایین می‌آید، روکش کننده مجدد (recoater) که در بالای خمره (VAT) نصب شده است، روی رزین به جلو و عقب حرکت می‌کند تا لایه جدیدی را تراز کند.
سازندگان میگویند که این روش خروجی قطعات با ثبات‌تری را برای چاپ‌های بزرگتر تولید می‌کند زیرا فرآیند چاپ در مقابله با گرانش کار نمی‌کند. چون یک محدودیتی برای اینکه چه مقدار وزن را می‌توان به صورت عمودی از صفحه ساخت (Build plate) به هنگام چاپ با روش از پایین به بالا آویزان کرد، وجود دارد. همچنین مخزن (VAT) رزین از قطعه در حال چاپ پشتیبانی می‌کند و نیاز به ساختارهای پشتیبان را کاهش می‌دهد.
میکرواستریولیتوگرافی پروجکشن (PµSL)
به عنوان یک نوع متمایز از روش‌های رزینی فتوپلیمریزاسیون (vat-photopolymerization) در جای خود، میکرواستریولیتوگرافی پروجکشن (PµSL) را در اینجا به عنوان زیرمجموعه پرینترهای سه‌بعدی رزینی با پردازش نور دیجیتال (DLP) اضافه می‌کنیم. این یکی دیگر از فناوری‌های چاپ سه بعدی میکرو است. میکرواستریولیتوگرافی پروجکشن (PµSL) از نور ماوراء بنفش یک پروژکتور برای خشک کردن لایه‌های رزین فرموله شده ویژه در مقیاس میکرو (رزولوشن ۲ میکرون و ارتفاع لایه ۵ میکرون) استفاده می‌کند. این تکنیک تولید افزودنی به دلیل هزینه کم، دقت، سرعت و همچنین طیف وسیعی از موادی که می‌تواند از آن استفاده کند، که شامل پلیمرها، مواد زیستی و سرامیک‌ها می‌شود، در حال رشد است. این پتانسیل در کاربردهای مختلف از میکروسیال و مهندسی بافت گرفته تا میکرواپتیک و میکرودستگاه‌های زیست پزشکی نشان داده است.
ساخت افزودنی فلزی مبتنی بر لیتوگرافی (Lithography-based Metal Manufacturing - LMM)
یکی دیگر از پرینترهای سه بعدی رزینی با پردازش نور دیجیتال (DLP)، روش پرینت سه بعدی با نور و رزین است که قطعات فلزی ریز را برای کاربردهایی از جمله ابزارهای جراحی و قطعات میکرومکانیکی ایجاد می‌کند. در ساخت افزودنی فلزی مبتنی بر لیتوگرافی (LMM)، پودر فلز به طور همگن در یک رزین حساس به نور پراکنده می‌شود و سپس به طور انتخابی با قرار گرفتن در معرض نور آبی از طریق یک پروژکتور پلیمریزه می‌شود. پس از چاپ، قطعات "سبز" (green parts) جزء پلیمری خود را حذف می‌کنند و قطعات کاملا فلزی "قهوه ای" (brown parts) باقی می‌مانند که در یک فرآیند پخت در کوره به پایان می‌رسند. مواد اولیه فلزی در این فرایند شامل فولاد ضد زنگ، تیتانیوم، تنگستن، برنج، مس، نقره و طلا است.
پرینترهای سه بعدی رزینی با استفاده از نمایشگر کریستال مایع (LCD)
پرینترهای سه بعدی رزینی با استفاده از نمایشگر کریستال مایع (LCD) که به آن استریولیتوگرافی با ماسک (Masked stereolithography apparatus- MSLA) نیز گفته می‌شود، بسیار شبیه به پرینترهای سه بعدی رزینی با پردازش نور دیجیتال (DLP) در بالا است، با این تفاوت که به جای یک دستگاه میکروآینه دیجیتال (DMD) از یک صفحه نمایشگر LCD استفاده می‌کند که تاثیر رو به پایین قابل توجهی بر قیمت چاپگر سه بعدی دارد.
مانند DLP، فتوماسک ال سی دی به صورت دیجیتالی نمایش داده می‌شود و از پیکسل‌های مربع شکل تشکیل شده است. اندازه پیکسل ماسک عکس ال سی دی، دانه بندی یک چاپ را مشخص می‌کند. بنابراین، دقت XY ثابت است و برخلاف پرینترهای سه بعدی رزینی با پردازش نور دیجیتال (DLP) به میزان دقتی که در تنظیم لنز برای بزرگنمایی باید بکار می‌گیرد، بستگی ندارد.
تفاوت دیگر بین پرینترهای سه‌بعدی مبتنی بر DLP و فناوری LCD این است که دومی از آرایه‌ای از صدها ساطع کننده منفرد به جای منبع نور تابشگر تک نقطه ای مانند دیود لیزر یا لامپ DLP استفاده می‌کند.
مشابه DLP، LCD می‌تواند تحت شرایط خاص، زمان چاپ سریع‌تری نسبت به SLA داشته باشد. به این دلیل که یک لایه به جای جاروب کردن سطح مقطع با نقطه لیزر، یکباره در معرض نور قرار می‌گیرد.
به دلیل هزینه پایین پرینترهای سه بعدی LCD، این فناوری به بهترین انتخاب برای بخش پرینترهای سه بعدی رزینی رومیزی ارزان تبدیل شده است، اما این بدان معنا نیست که به طور حرفه‌ای از آن استفاده نمی‌شود. برخی از سازندگان پرینترهای سه بعدی صنعتی بر بسیاری از محدودیت‌های این فناوری با نتایج چشمگیری غلبه کرده‌اند.
پرینترهای سه بعدی با استفاده از جت مواد (Material jetting)
پاشش مواد به صورت جت کردن یک فرآیند پرینت سه‌بعدی است که در آن قطرات ریز مواد رسوب می‌کنند و سپس روی یک صفحه ساخت (Build plate) جامد یا پخت می‌شوند. با استفاده از فتوپلیمرها یا قطرات موم که هنگام قرار گرفتن در معرض نور خشک می‌شوند، اجسام به صورت یک لایه در یک زمان ساخته می‌شوند. ماهیت فرآیند جت کردن مواد اجازه می‌دهد تا مواد مختلف در یک قطعه چاپ شوند. یکی از کاربردهای این تکنیک ساخت قطعات در رنگ‌ها و بافت‌های متعدد است.
🔰انواع فناوری پرینت سه بعدی:
💠جت مواد (M-Jet)
💠جت نانوذرات (NPJ)
💠پلی جت، شکل گیری آزاد پلاستیک
🔰مواد:
رزین فوتوپلیمر (استاندارد، ریخته گری، شفاف، درجه حرارت بالا)، موم
🔰دقت ابعادی: 0.1 ± میلی متر
🔰کاربردهای رایج:
نمونه های اولیه محصول تمام رنگی، نمونه‌های اولیه قالب تزریقی، قالب‌های تزریق کم مصرف، مدل‌های پزشکی، صنعت مد
🔰نقاط قوت:
سطح بافت‌دار، تمام رنگی و مواد متعدد موجود است
🔰نقاط ضعف:
مواد محدود، نامناسب برای قطعات مکانیکی با خواص بالا، هزینه بالاتر نسبت به سایر فناوری‌های رزینی برای اهداف بصری
پرینترهای سه بعدی با استفاده از جت مواد (M-Jet) برای پلیمرها یک فرآیند ساخت افزودنی است که در آن لایه‌ای از رزین حساس به نور به طور انتخابی بر روی یک صفحه ساخت (Build plate) قرار می‌گیرد و با نور ماوراء بنفش (UV) پخت می‌شود. پس از اینکه یک لایه رسوب کرد و سخت شد، پلت فرم ساخت به اندازه ضخامت یک لایه پایین می‌آید و این فرآیند برای ساختن یک قطعه سه‌بعدی تکرار می‌شود.
پرینترهای سه بعدی با استفاده از جت مواد (M-Jet) جزئیات برجسته پرینت سه بعدی رزین را با سرعتی بهتر از چاپ سه بعدی رشته ای (FDM) ترکیب می‌کند تا قطعات و نمونه های اولیه را با رنگ و بافت واقعی ایجاد کند.
ممکن است شنیده باشید که پرینترهای سه بعدی با استفاده از جت مواد (M-Jet) با نام‌های خاص سازنده مانند PolyJet توسط شرکت Stratasys یا MultiJet Printing (MJP) توسط شرکت 3D Systems نیز شناخته می‌شوند، اما این فقط نام تجاری نیست. تمام فناوری‌های پرینت سه بعدی جت مواد دقیقاً یکسان نیستند. تفاوت‌هایی بین سازندگان چاپگر و مواد اختصاصی وجود دارد.
ماشین‌های M-Jet مواد مورد نظر را از ردیف‌هایی از هدهای چاپی به صورت خطی رسوب می‌دهند. این روش چاپگرها را قادر می‌سازد تا چندین قطعه را در یک خط بدون تأثیر بر سرعت ساخت بسازند. تا زمانی که مدل‌ها به درستی بر روی پلتفرم ساخت چیده شوند و فضای درون هر خط ساخت بهینه شده باشد، M-Jet می‌تواند قطعات را سریعتر از بسیاری از انواع دیگر پرینترهای سه بعدی رزینی تولید کند.
قطعات ساخته شده با پرینترهای سه بعدی جت مواد (M-Jet) نیاز به ساپورت‌گذاری دارند، که به طور همزمان در طول ساخت از یک ماده قابل حل که در مرحله پس پردازش حذف می‌شود چاپ می شود. پرینترهای سه بعدی جت مواد (M-Jet) یکی از تنها انواع فناوری‌های چاپ سه بعدی هستند که قطعات ساخته شده با استفاده از چندین ماده و تمام رنگی ارائه می‌دهد.
هیچ نسخه ساده‌ای مثل پرینترهای دیگر برای کاربر عادی، از دستگاه‌های جت مواد وجود ندارد. اینها برای متخصصانی است که در خودروسازی‌ها، شرکت‌های طراحی صنعتی، استودیوهای هنری، بیمارستان‌ها و انواع تولیدکنندگان محصولات صنعتی یافت می‌شوند که به دنبال ایجاد نمونه‌های اولیه دقیق برای آزمایش مفاهیم و ارائه سریعتر محصولات به بازار هستند.
برخلاف فن‌آوری‌های فتوپلیمریزاسیون رزینی، پرینترهای سه بعدی جت مواد (M-Jet) نیازی به پس کیورینگ (post curing) ندارند زیرا نور UV در چاپگر هر لایه را به طور کامل خشک (cure) می‌کند.
پرینترهای سه بعدی با استفاده از جت آئروسل یا هواآویز یا هواپخش (Aerosol Jet)
پرینترهای سه بعدی با استفاده از جت آئروسل (Aerosol Jet) یک فناوری منحصر به فرد است که توسط شرکتی به نام Optomec توسعه یافته است که عمدتاً برای چاپ سه بعدی الکترونیک استفاده می‌شود. قطعاتی مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها، آنتن‌ها، حسگرها و ترانزیستورهای لایه نازک همگی با فناوری جت آئروسل (Aerosol Jet) چاپ می‌شوند.
می توان این فرایند را تقریباً به اسپری کردن رنگ تشبیه کرد، اما از یک فرآیند پوشش صنعتی متمایز است، زیرا می‌توان از آن برای چاپ قطعات سه‌بعدی کامل استفاده کرد. جوهرهای الکترونیکی در یک اتومایزر (atomizer) قرار می‌گیرند که افشانه یا مه غلیظی از قطرات مملو از مواد به قطر بین 1 تا 5 میکرون ایجاد می‌کند. سپس افشانه آئروسل به نازل هدایت می‌شود، جایی که توسط یک غلاف گاز، متمرکز می‌شود و منجر به اسپری ذرات با سرعت بالا می‌شود.
این فناوری گاهی اوقات در دسته‌بندی پرینترهای رسوب مستقیم انرژی (directed energy deposition) طبقه‌بندی می‌شود، اما از آنجایی که ماده، در این مورد، به صورت قطرات است، آن را در جت مواد گنجانده‌ایم.
پرینترهای سه بعدی شکل‌گیری آزاد پلاستیک (Plastic Freeforming )
شرکت آلمانی Arburg یک فناوری به نام Plastic Freeforming (APF) ایجاد کرده است که تلاقی بین فناوری‌های اکستروژن و جت مواد است. از گرانول های پلاستیکی موجود در بازار استفاده می‌کند که مانند فرآیند قالب‌گیری تزریقی ذوب شده و به واحد تخلیه منتقل می‌شوند. یک نازل با فرکانس بالا باعث ایجاد حرکات باز و بسته شدن سریع تا 200 قطره ریز پلاستیک در هر ثانیه با قطر بین 0.2 تا 0.4 میلی‌متر می‌شود. قطرات در حین خنک شدن با مواد سخت کننده (hardened material) به هم متصل می‌شوند. به طور کلی، نیازی به پس پردازش نیست مگر اینکه از مواد برای ساپورت استفاده شده باشد که باید حذف شوند.
پرینترهای سه بعدی با استفاده از جت نانوذرات (NanoParticle Jetting -NPJ)
یکی از معدود فناوری‌های اختصاصی که طبقه‌بندی آسان را به چالش می‌کشد، پرینترهای سه‌بعدی با استفاده از جت نانوذرات (NanoParticle Jetting -NPJ) است که توسط شرکتی به نام XJet توسعه یافته است که از مجموعه‌ای از هدهای پرینت با هزاران نازل جوهرافشان استفاده می‌کند که به طور همزمان میلیون‌ها قطره بسیار ریز از مواد را روی یک سینی ساخت در لایه‌های بسیار نازک پرتاب می‌کنند در حالی که به طور همزمان ماده ساپورت را هم پرینت می‌کنند.
ذرات فلز یا سرامیک در مایع معلق هستند. این فرآیند تحت حرارت زیاد اتفاق می‌افتد، که مایع را بر اثر جت تبخیر می‌کند و بیشتر فقط مواد فلزی یا سرامیکی باقی می‌ماند. قطعه سه بعدی حاصل از پرینت، تنها دارای مقدار کمی از ماده پیوندی (bonding agent) است که در یک پس فرآیند تف جوشی (sintering) حذف می‌شود.
پرینترهای سه بعدی همچوشی بستر پودر (Powder Bed Fusion)
همجوشی بستر پودری (PBF) یک فرآیند چاپ سه بعدی است که در آن یک منبع انرژی حرارتی ذرات پودر (پلاستیک، فلز یا سرامیک) را به صورت انتخابی ذوب می‌کند تا یک جسم جامد لایه به لایه ایجاد کند. پرینترهای سه بعدی همجوشی بستر پودری، یک لایه نازک از مواد پودری را روی بستر چاپ پخش می‌کند، معمولاً با یک تیغه، غلتک. انرژی، معمولاً از لیزر، نقاط خاصی را روی لایه پودر ذوب می‌کند، سپس لایه پودری دیگری رسوب می‌کند و به لایه قبلی ذوب می‌شود. این فرآیند تا زمانی که کل قطعه ساخته شود تکرار می‌شود. مورد نهایی در بستری از پودر ذوب نشده محصور شده و پشتیبانی می‌شود.
اگرچه این فرآیند بسته به پلاستیک یا فلز بودن مواد متفاوت است، پرینترهای سه بعدی همجوشی بستر پودری (PBF) قطعاتی با خواص مکانیکی بالا - از جمله استحکام، مقاومت در برابر سایش و دوام - برای کاربردهای نهایی در محصولات مصرفی، ماشین‌آلات و ابزار، پرینت می‌کند. اگرچه این نوع پرینتر سه‌بعدی با گذشت زمان مقرون به صرفه‌تر می‌شوند (قیمت‌های اولیه حدود 25000 دلار است) اما هنوز هم فناوری حرفه‌ای یا صنعتی محسوب می‌شوند.
زیرمجموعه‌های پرینترهای سه بعدی همجوشی بستر پودری به طور کلی با مواد مورد استفاده و نوع منبع انرژی مشخص می‌شوند.
🔰انواع فناوری پرینترهای سه بعدی همجوشی بستر پودری
💠تف جوشی لیزری انتخابی (Selective Laser Sintering-SLS)
💠همجوشی بستر پودر لیزری (Laser Powder Bed Fusion-LPBF)
💠ذوب پرتو الکترونی (Electron Beam Melting-EBM)
🔰مواد: پودر پلاستیک، پودر فلز، پودر سرامیک
🔰دقت ابعادی: 0.3٪ ± (حد پایین 0.3 ± میلی متر)
🔰کاربردهای متداول: قطعات کاربردی، قطعات پیچیده (طرحهای توخالی)، ساخت قطعات با نرخ تولید پائین
🔰نقاط قوت: قطعات کاربردی، خواص مکانیکی عالی، هندسه های پیچیده
🔰نقاط ضعف: هزینه بالاتر برای دستگاه پرینتر، مواد اغلب گران قیمت، نرخ ساخت کندتر
پرینتر سه بعدی تف جوشی لیزری انتخابی (Selective Laser Sintering -SLS)
پرینتر سه بعدی تف جوشی لیزری انتخابی (Selective Laser Sintering -SLS) با استفاده از یک یا چندین لیزر اجسامی را از پودر پلاستیک ایجاد می‌کند. ابتدا یک حجمی از پودر پلیمر تا دمایی درست زیر نقطه ذوب پلیمر گرم می‌شود. در مرحله بعد، یک تیغه لایه بسیار نازکی از مواد پودری - معمولاً به ضخامت 0.1 میلی متر - را روی صفحه ساخت (Build plate) قرار می‌دهد. سپس یک لیزر (CO2 یا فیبر) شروع به اسکن سطح طبق الگوی ارائه شده در مدل دیجیتال می‌کند. لیزر به طور انتخابی پودر را سینتر می‌کند و سطح مقطع جسم به شکل یک جسم جامد درمی‌آید.
هنگامی که کل سطح مقطع اسکن می‌شود، صفحه ساخت (Build plate) به ضخامت یک لایه در ارتفاع حرکت می‌کند. تیغه پوشش مجدد یک لایه پودر تازه را در بالای لایه اخیراً اسکن شده رسوب می‌دهد و لیزر مقطع بعدی جسم را روی مقاطع عرضی که قبلاً جامد شده است سینتر می‌کند. این مراحل تا زمانی که همه قطعات ساخته شوند تکرار می‌شوند. پودری که زینتر نشده است برای حمایت از اجسام در جای خود باقی می‌ماند که نیاز به ساپورت‌های نگهدارنده را کاهش می‌دهد یا از بین می‌برد. پس از جدا کردن قطعات از بستر پودری و تمیز کردن، مراحل پس‌پردازش دیگر مورد نیاز نیست. بسته به جنس، قطعه را می‌توان پولیش، روکش، رنگ یا ماشینکاری کرد.
پیشرفت اخیر در مواد SLS یک فلز جدید با پوشش پلیمری است که چاپگرهای سه بعدی SLS را قادر می‌سازد تا قطعات فلزی بسازند. این فناوری همجوشی فلزی سرد Cold Metal Fusion نام دارد. ده‌ها فاکتور متمایزکننده در میان پرینترهای سه بعدی SLS وجود دارد، از جمله نه تنها اندازه آنها، بلکه قدرت و تعداد لیزرها، اندازه نقطه لیزر، زمان و نحوه گرم شدن بستر و نحوه توزیع پودر، که اینها فقط چند مورد قابل ذکر است. متداول ترین ماده در پرینت سه بعدی SLS نایلون (PA6, PA12) است، اما قطعات را می توان با استفاده از TPU و مواد دیگر نیز پرینت کرد.
پرینتر سه بعدی تف جوشی لیزری میکرو انتخابی (Micro Selective Laser Sintering - μSLS)
پرینتر سه بعدی تف جوشی لیزری میکرو انتخابی (Micro Selective Laser Sintering - μSLS)، یکی دیگر از فناوری‌های چاپ سه بعدی میکرو است که قطعاتی را در مقیاس میکرو (زیر 5 میکرومتر) ایجاد می‌کند. برخلاف SLS "معمولی"، نسخه میکرو معمولاً با مواد فلزی استفاده می‌شود و نه پلاستیک.
در پرینتر سه بعدی تف جوشی لیزری میکرو انتخابی (Micro Selective Laser Sintering - μSLS)، لایه‌ای از جوهر نانوذرات فلزی روی یک بستر پوشانده می‌شود و سپس خشک می‌شود تا یک لایه پودر نانوذره یکنواخت تولید شود. در مرحله بعد، از نور لیزری که با استفاده از یک آرایه میکروآینه دیجیتال الگوبرداری شده است، برای گرم کردن و تف جوشی نانوذرات به الگوهای مورد نظر استفاده می‌شود. سپس این مجموعه مراحل برای ایجاد هر لایه از قطعه سه‌بعدی در سیستم μSLS تکرار می‌شود.
پرینتر سه بعدی همجوشی لیزری بستر پودر (Laser Powder Bed Fusion -LPBF)
از بین تمام فناوری های چاپ سه بعدی، این یکی بیشترین نام مستعار را دارد. این روش چاپ سه بعدی فلزی که به طور رسمی توسط ISO به آن همجوشی بستر پودر لیزری (Laser Powder Bed Fusion-LPBF) گفته می‌شود، به طور گسترده‌ای به عنوان تف‌جوشی مستقیم لیزری فلز (Direct Melting Laser Sintering-DMLS) و ذوب لیزری انتخابی (Selective Laser Melting-SLM) یا همجوشی بستر لیزری فلزی ( Metal Laser Powder Bed Fusion M-LPBF) شناخته می‌شود.
در سال‌های اولیه توسعه این فناوری، تولیدکنندگان ماشین‌ها نام‌های خود را برای همان فرآیند ایجاد کردند که تا به امروز حفظ شده است. اشتباه نکنید؛ این سه اصطلاح به یک فرآیند اشاره دارند، حتی اگر برخی از جزئیات مکانیکی متفاوت باشند. همجوشی بستر پودر لیزری (LPBF) یک روش بسیار دقیق برای پرینت سه بعدی است و معمولاً برای ایجاد قطعات فلزی پیچیده برای هوافضا، ایمپلنت‌های پزشکی و کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود.
مانند SLS، چاپگرهای سه بعدی LPBF با یک مدل دیجیتال که برش خورده است، شروع می‌شوند. چاپگر پودر را در محفظه ساخت بارگذاری می‌کند و یک تیغه پوشش مجدد (مانند برف پاک کن شیشه خودرو) یا غلتکی آن را در یک لایه نازک در سراسر بستر ساخت (Build plate) پخش می کند. لیزر با یکبار یا چندین بار حرکت (تا 24) لایه را بر روی پودر ردیابی می‌کند. سپس سکوی ساخت (Build platform) به سمت پایین حرکت می‌کند و لایه دیگری از پودر اعمال می‌شود و ذوب شده و به لایه اول می‌چسبد تا زمانی که کل جسم ساخته شود. محفظه ساخت (Build chamber) پوشیده و مهر و موم شده و در بسیاری از موارد با گازهای خنثی، مانند مخلوط نیتروژن یا آرگون پر می‌شود. با این روش تضمین حاصل می‌شودکه فلز در حین ذوب شدن اکسید نمی‌شود و از ذوب مواد اضافی (مثل براده‌ها) جلوگیری می‌کند.
پودر محصور بر روی بستر چاپ مقداری از مدل را در طول فرآیند چاپ پشتیبانی نموده و نگه می‌دارد، اما از ساپورت‌ها نیز استفاده می‌شود. پس از چاپ، قطعات از بستر پودر جدا شده، تمیز می‌شوند و اغلب برای حذف تنش‌های پسماند، عملیات حرارتی ثانویه انجام می‌شود. پودر باقی مانده، بازیافت شده و مجددا مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فاکتورهای متمایز کننده در چاپگرهای سه بعدی LPBF عبارتند از نوع، قدرت و تعداد لیزرها. یک چاپگر کوچک و فشرده LPBF ممکن است یک لیزر 30 واتی داشته باشد، در حالی که یک نسخه صنعتی ممکن است دارای 12 لیزر 1000 واتی باشد که سرعت چاپ را افزایش می‌دهد. ماشین‌های LPBF از آلیاژهای مهندسی رایج مانند فولادهای ضد زنگ، سوپرآلیاژهای نیکل و آلیاژهای تیتانیوم استفاده می‌کنند. ده‌ها فلز متفاوت به عنوان مواد مورد استفاده برای فرآیند LPBF موجود است.
پرینترهای سه بعدی با روش ذوب پرتو الکترونی (Electron Beam Melting -EBM)
پرینترهای سه بعدی با روش ذوب پرتو الکترونی (Electron Beam Melting -EBM) که به آن همجوشی بستر پودر پرتو الکترونی (Electron Beam Powder Bed Fusion -EB-PBF) نیز گفته می‌شود، یک روش چاپ سه بعدی برای فلزات مشابه LPBF است اما از پرتو الکترونی به جای لیزر استفاده می‌کند. این فناوری برای ساخت قطعاتی مانند ایمپلنت‌های ارتوپدی تیتانیوم، تیغه‌های توربین برای موتورهای جت و کویل‌های مسی استفاده می‌شود.
پرینترهای سه بعدی با روش ذوب پرتو الکترونی (Electron Beam Melting -EBM) به دلایل مختلفی نسبت به چاپگر سه بعدی فلزی مشابه برتری دارد. اول، پرتو الکترونی انرژی و گرمای بیشتری تولید می‌کند که برای فلزات و کاربردهای خاص مورد نیاز است. در مرحله بعد، به جای یک محیط گاز خنثی، EBM در یک محفظه خلاء قرار می‌گیرد تا از پراکندگی پرتو جلوگیری کند. دمای محفظه ساخت می تواند به 1000 درجه سانتیگراد و در برخی موارد حتی بالاتر برسد. از آنجایی که پرتو الکترونی از کنترل پرتو الکترومغناطیسی استفاده می‌کند، با سرعت‌های بالاتری نسبت به لیزر حرکت می‌کند و حتی می‌تواند به طور همزمان به چندین پرتو تقسیم شده و مناطق بیشتری را تحت تأثیر قرار دهد.
یکی از مزایای EBM نسبت به LPBF توانایی آن در پردازش مواد رسانا و فلزات بازتابنده (Reflective metals) مانند مس است. یکی دیگر از ویژگی‌های EBM توانایی قرار گرفتن قطعات جداگانه روی هم در محفظه ساخت است زیرا حتماً لازم نیست به صفحه ساخت متصل شوند که حجم خروجی را به شدت افزایش می‌دهد. پرتوهای الکترونی معمولاً ضخامت لایه‌های بزرگتر و ویژگی‌های سطحی کمتری نسبت به لیزرها ایجاد می‌کنند. ممکن است قطعات چاپ شده EBM به دلیل دمای بالا در محفظه ساخت، نیازی به کاهش تنش با فرآیند حرارتی پس از چاپ نداشته باشند.
پرینترهای سه بعدی با روش رسوب مستقیم انرژی (Directed Energy Deposition-DED)
پرینترهای سه بعدی رسوب انرژی مستقیم (DED) از یک فرآیند پرینت سه بعدی استفاده می‌کنند که در آن مواد فلزی همزمان با رسوب کردن، توسط انرژی قدرتمند تغذیه و ذوب می‌شوند. این یکی از گسترده‌ترین دسته‌بندی‌های پرینت سه‌بعدی است که شامل فهرست بلندبالایی از زیرمجموعه‌ها بسته به شکل ماده (سیم یا پودر) و نوع انرژی (لیزر، پرتو الکترونی، قوس الکتریکی، سرعت مافوق صوت، گرما و غیره) است.
در اصل، در این روش به هر طریقی می‌توان فلز را به‌صورت لایه‌ای کنترل کرد (که اکستروژن نیست)، و اشتراکات زیادی با جوشکاری دارد.
این فناوری برای ایجاد لایه به لایه چاپ استفاده می‌شود، اما بیشتر اوقات، برای تعمیر یا افزودن ویژگی‌ها (Features) به اجسام فلزی با قرار دادن مواد مستقیماً روی یک قطعه فلزی موجود استفاده می‌شود. این فرآیند معمولاً توسط ماشینکاری CNC برای دستیابی به تلرانس های دقیق‌تر دنبال می‌شود. استفاده از DED با CNC به قدری رایج است که یک نوع فرعی از چاپ سه بعدی به نام پرینت سه بعدی ترکیبی وجود دارد که همانطور که می توان حدس زد، از چاپگرهای سه بعدی ترکیبی استفاده می‌کند که حاوی یک واحد DED و یک واحد CNC به صورت هیبریدی در یک دستگاه هستند.
این فناوری به‌عنوان جایگزینی سریعتر و ارزان‌تر برای ریخته‌گری و آهنگری قطعات فلزی در مقادیر کم و برای تعمیرات حیاتی برای کاربردهای صنعت نفت و گاز فراساحلی، و همچنین در صنایع هوافضا، تولید برق، و صنایع آب و برق، ارزشمند است. زیرمجموعه های DED را می توان بر اساس نوع مواد اولیه یا نوع منبع انرژی تقسیم کرد. ما آنها را بر اساس نوع انرژی گروه بندی کرده‌ایم تا تفاوت‌هایی را که منابع انرژی در محصولات نهایی ایجاد می‌کنند برجسته کنیم.
هنگامی که ماده مورد استفاده در این روش چاپ به صورت پودر باشد، معمولاً پودر در کنار گاز خنثی اسپری می‌شود تا احتمال اکسید شدن کاهش یافته یا از بین برود. وقتی‌که ماده مورد استفاده در این فرایند پودر باشد، امکان استفاده از چندین پودر برای مخلوط کردن مواد و دستیابی به نتایج متفاوت نیز وجود دارد. هنگامی که ماده اولیه یک سیم است (گزینه ارزان‌تر)، این فناوری به جوشکاری رباتیک تشبیه شده است، اما بسیار پیچیده‌تر است.
🔰انواع فرعی رسوب انرژی مستقیم
💠رسوب انرژی لیزری پودری
💠تولید افزودنی قوس سیمی (WAAM)
💠رسوب انرژی پرتو الکترونی سیمی، اسپری سرد
🔰مواد: طیف گسترده‌ای از فلزات، به شکل سیم و پودر
🔰دقت ابعادی: 0.1 ± میلی متر
🔰کاربردهای متداول: تعمیر قطعات پیشرفته خودرو/هوا فضا، نمونه‌های اولیه کاربردی و قطعات نهایی
🔰نقاط قوت: نرخ ساخت بالا، توانایی افزودن فلز به اجزای موجود
🔰نقاط ضعف: به دلیل عدم توانایی در ساخت سازه‌های نگهدارنده، به طور کلی سطح و دقت ضعیف، نمی‌توان اشکال پیچیده ایجاد کرد.
پرینترهای سه بعدی رسوب انرژی لیزری (Laser Directed Energy Deposition)
پرینترهای سه بعدی رسوب انرژی هدایت شده با لیزر (Laser Directed Energy Deposition: L-DED) که به آن رسوب فلز لیزری (Laser Metal Deposition-LMD) یا شکل‌دهی شبکه مهندسی شده لیزری (Laser Engineered Net Shaping-LENS) نیز گفته می شود، یک فناوری چاپ سه بعدی با استفاده از پودر یا سیم فلزی است که از طریق یک یا چند نازل تغذیه می‌شود و از طریق یک لیزر قدرتمند بر روی یک پلت فرم ساخت یا روی یک قطعه فلزی ذوب می‌شود. یک جسم لایه به لایه با حرکت نازل و لیزر یا حرکت قطعه بر روی یک صفحه گردان چند محوره ساخته می‌شود. سرعت ساخت سریعتر از همجوشی بستر پودری است، اما منجر به کیفیت سطح پایین‌تر و دقت قابل‌توجه پایین‌تر می‌شود، که اغلب به ماشینکاری گسترده نیاز دارد.
چاپگرهای لیزری DED اغلب دارای محفظه‌های مهر و موم شده‌ای هستند که با آرگون پر شده‌اند تا از اکسید شدن جلوگیری کنند. آنها همچنین می‌توانند با جریان زیاد آرگون یا نیتروژن موضعی در هنگام پردازش فلزات از واکنش پذیری جلوگیری کنند. فلزاتی که معمولا در این فرآیند استفاده می‌شوند عبارتند از فولادهای ضد زنگ، تیتانیوم و آلیاژهای نیکل. این روش چاپ اغلب برای تعمیر قطعات هوافضا و خودروهای پیشرفته مانند تیغه‌های موتور جت استفاده می‌شود، اما برای تولید قطعات کامل نیز استفاده می‌شود.
پرینتر سه بعدی رسوب انرژی هدایت شده با پرتو الکترونی (Electron Beam Directed Energy Deposition)
پرتو الکترونی DED که رسوب انرژی پرتو الکترونی سیمی (wire electron beam energy deposition) نیز نامیده می‌شود، یک فرآیند چاپ سه بعدی است که بسیار شبیه به DED با لیزر است. این فرایند در یک محفظه خلاء انجام می‌شود که فلز بسیار تمیز و با کیفیت تولید می‌کند. همانطور که یک سیم فلزی از طریق یک یا چند نازل تغذیه می‌شود، توسط یک پرتو الکترونی ذوب می‌شود. لایه‌ها به صورت جداگانه ساخته می‌شوند، پرتو الکترونی یک حوضچه مذاب کوچک ایجاد می‌کند و سیم جوش توسط یک فیدر سیمی به حوضچه مذاب وارد می‌شود.
پرتوهای الکترونی برای DED هنگام کار با فلزات با کارایی بالا و فلزات واکنش پذیر مانند آلیاژهای مس، تیتانیوم، کبالت و نیکل انتخاب می‌شوند. DED با سیم فلزی با استفاده از پرتوهای الکترونی سریعتر از تغذیه پودری است. این فرآیند در یک محفظه خلاء انجام می‌شود. دستگاه های DED عملاً از نظر اندازه چاپ محدود نیستند. به عنوان مثال، تولید کننده پرینترهای سه بعدی Sciaky، یک دستگاه EB DED دارد که می‌تواند قطعاتی به طول نزدیک به شش متر با سرعت 3 تا 9 کیلوگرم در ساعت تولید کند. در واقع، پرتو الکترونی DED به عنوان یکی از سریع‌ترین راه‌ها برای ساخت قطعات فلزی معرفی می‌شود، اگرچه دقیق‌ترین روش نیست، اما برای ساختن سازه‌های بزرگ، مانند بدنه هواپیما، یا قطعات جایگزین، مانند پره‌های توربین که سپس ماشینکاری می‌شوند، ایده‌آل است.
پرینتر سه بعدی با روش رسوب انرژی به صورت سیمی (Wire Directed Energy Deposition)
پرینتر سه بعدی با روش رسوب انرژی هدایت شده با سیم (Wire Directed Energy Deposition)، که به عنوان ساخت افزودنی قوس سیمی (Wire Arc Additive Manufacturing-WAAM) نیز شناخته می شود، یک چاپ سه بعدی است که از انرژی به شکل پلاسما یا قوس الکتریک برای ذوب فلز به شکل سیم استفاده می‌کند که در آن لایه روی لایه توسط یک بازوی رباتیک بر روی یک سطح مانند یک صفحه گردان چند محوره قرار می‌گیرد تا قطعه مورد نظر شکل بگیرد. این روش با ترجیح بر فناوری‌های مشابه شامل لیزر یا پرتوهای الکترونی انتخاب می‌شود، زیرا به محفظه مهر و موم شده نیاز ندارد و می‌تواند از همان فلزات (گاهی اوقات دقیقاً همان مواد) مانند جوشکاری سنتی استفاده کند.
رسوب مستقیم انرژی الکتریکی مقرون به صرفه‌ترین گزینه در میان فناوری‌های DED در نظر گرفته می‌شود زیرا می‌تواند از ربات‌های جوش قوس الکتریکی و منبع تغذیه استفاده کند، بنابراین موانع ورودی نسبتاً کم هستند. برخلاف جوشکاری، این فناوری از نرم افزار پیچیده‌ای برای کنترل منویی از متغیرها در فرآیند، از جمله مدیریت حرارتی و مسیر ابزار بازوی روباتیک، استفاده می‌کند. نیاز به برداشتن هیچ ساپورت پشتیبانی نیست و قطعات تمام شده معمولاً در صورت لزوم با CNC ماشینکاری می‌شوند تا به تلرانس‌های لازم دست بیابیم و یا اگر لازم باشد سطح آن پرداخت شود. اغلب، قطعات پرینت سه بعدی برای از بین بردن هرگونه تنش باقیمانده، تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند.
پرینتر سه بعدی با روش رسوب انرژی به صورت اسپری سرد (Cold Spray DED)
اسپری سرد یک فناوری چاپ سه بعدی DED است که پودرهای فلزی را با سرعت مافوق صوت اسپری می‌کند تا آنها را بدون ذوب شدن به هم بچسباند، این روش تقریباً هیچ تنش حرارتی ایجاد نمی‌کند به این معنی که باعث ایجاد ترک داغ یا سایر مشکلات رایج نمی‌شود که چنین مشکلاتی معمولاً بر فناوری‌های مبتنی بر مذاب تأثیر منفی دارند.
از اوایل دهه 2000، از آن به عنوان یک فرآیند پوشش استفاده می‌شد، اما اخیراً، چندین شرکت اسپری سرد را برای ساخت افزودنی بکار گرفته‌اند زیرا می‌تواند فلز را در هندسه‌های دقیق تا چندین سانتی متر با سرعتی در حدود 50 تا 100 برابر بیشتر از چاپگرهای سه بعدی فلزی معمولی لایه بندی کند و نیازی به گازهای خنثی یا خلاء نیست. مانند همه فرآیندهای DED، اسپری سرد چاپ‌هایی با کیفیت سطح یا جزئیات عالی ایجاد نمی‌کند، که البته همیشه چنین مواردی لازم نیست و قطعات را می‌توان درست از بستر چاپ برداشت و استفاده کرد.
پرینتر سه بعدی با روش رسوب انرژی هدایت شده مذاب (Molten Directed Energy Deposition)
پرینت سه بعدی رسوب مستقیم انرژی مذاب (Molten Direct Energy Deposition) یک فرآیند چاپ سه بعدی است که از گرما برای ذوب (یا نزدیک به ذوب) فلز، معمولاً آلومینیوم، استفاده می‌کند، سپس آن را لایه به لایه روی بستر پرینت قرار می‌دهد تا یک قطعه سه بعدی را بسازد. تفاوت این فناوری با پرینت سه بعدی اکستروژن فلزی در این است که نسخه‌های اکستروژن از یک ماده اولیه فلزی با ترکیب مقداری پلیمر استفاده می‌کنند تا فلز را قابل اکسترود کنند. سپس پلیمر در مرحله عملیات حرارتی حذف می‌شود. اما از طرف دیگر، DED مذاب از یک فلز خالص استفاده می‌کند. همچنین می‌توان DED مذاب یا مایع را به جت مواد تشبیه کرد، اما به جای مجموعه‌ای از نازل‌ها که قطرات را رسوب می‌کنند، فلز مایع عموماً از یک نازل جریان می‌یابد.
تغییرات این فناوری در حال توسعه است، اما چاپگرهای سه بعدی فلز مذاب نادر هستند. دستگاه‌های پرینت سه بعدی رسوب مستقیم انرژی مذاب توسط سازندگانی مثل Grob، Valcun و ADDiTec ارائه شده است. شرکت زیراکس (Xerox) این فناوری را روی چاپگر سه بعدی با برند ElemX خود که در حال حاضر در برخی از تاسیسات نظامی ایالات متحده نصب شده است، ارائه کرده، اما آن را به شرکت ADDiTec فروخته است.
مزیت این روش این است که هیچ پودر فلزی خطرناکی برای کار وجود ندارد و پرینت‌های نهایی نیازی به پس‌پردازش ندارند. همچنین انرژی کمتری نسبت به سایر فرآیندهای DED مصرف می‌کند و پتانسیل استفاده مستقیم از فلز بازیافتی به‌عنوان ماده اولیه به جای سیم یا پودرهای فلزی بسیار فرآوری‌شده وجود دارد.
پرینتر سه بعدی با استفاده از فنآوری بایندر جت (Binder Jetting)
بایندر جت یک فرآیند چاپ سه بعدی است که در آن یک عامل پیوند مایع به طور انتخابی مناطقی از یک لایه پودر را به هم متصل می‌کند. این فناوری از مواد پودری (فلز، پلاستیک، سرامیک، چوب، شکر و غیره) و مایعی که از جوهر افشان‌ها رسوب می‌کند استفاده می‌نماید. برای انواع مواد شامل فلز، پلاستیک، ماسه یا مواد پودری دیگر، فرآیند جت بایندر اساساً یکسان عمل می‌کند. ابتدا، یک تیغه یا غلتک پوشش مجدد، لایه نازکی از پودر را روی بستر ساخت پخش می‌کند.
سپس، یک هد پرینت با نازل‌های جوهر افشان از روی بستر عبور می‌کند و به طور انتخابی قطرات یک عامل اتصال یا ذوب را برای چسباندن ذرات پودر به یکدیگر رسوب می‌دهد. هنگامی که لایه کامل شد، بستر ساخت به سمت پایین حرکت می‌کند و تیغه یا غلتک دوباره سطح را می‌پوشاند. سپس این روند تا زمانی که کل قطعه کامل شود تکرار می شود. قطعات در بستری از مواد پودری محصور شده‌اند و پس از پایان پرینت باید آنها را خارج کرد. پودر اضافی جمع‌آوری می‌شود و می‌توان دوباره از آن استفاده کرد.
برای مدت طولانی، جت بایندر به عنوان یک فناوری "سرد" در نظر گرفته می‌شد، زیرا برخلاف استفاده پرینترهای سه بعدی بستر پودری، از لیزر یا پرتوهای الکترونی روی پودر فلز یا پلیمر، هیچ گرمایی در فرآیند تا زمان پس‌پردازش وجود ندارد. با این حال، زمانی که ما در مورد جت بایندر پلیمری صحبت می‌کنیم، ممکن است از حرارت استفاده شود.
تعداد فزاینده‌ای از چاپگرها از یک پودر پلیمر و یک مایع پرتاب شونده از هدهای جوهر افشان استفاده می‌کنند، اما آنها شامل یک جزء حرارتی هستند که برای ذوب ذرات پلیمر عمل می‌کند. قطعه به دست آمده بسیار قوی تر از قطعه‌ای است که با پودری که به سادگی به هم چسبانده شده است حاصل می‌شود، بنابراین جای تعجب نیست که شرکت هایی مانند HP، Stratasys و Voxeljet ترجیح می‌دهند فرآیندهای جت پلیمری مایع و حرارتی خود را از هم جدا کنند. با این حال، اگر گسترده‌ترین دیدگاه را از بایندر جت به‌عنوان فناوری پودر و سیال در نظر بگیرید، فناوری اختصاصی که در زیر پوشش می‌دهیم در این دسته‌بندی قرار می‌گیرد.
بایندر جت سریع است و نرخ تولید بالایی دارد، بنابراین می‌تواند حجم زیادی از قطعات را با قیمت مقرون به صرفه‌تری نسبت به سایر روش های ساخت افزودنی پرینت کند. بایندر جت فلزی که برای طیف وسیعی از فلزات استفاده می‌شود، برای محصولات مصرفی نهایی، ابزارها و قطعات یدکی استفاده می‌شود. گزینه‌های محدودی از مواد برای فرایند بایندر جت پلیمری سرد وجود دارند و قطعاتی با خواص ساختاری پایین تولید می‌کنند، اما انواع دیگر این فرایند که از حرارت بهره می‌برند معمولاً از نایلون و TPU استفاده می‌کنند.
🔰انواع فرعی فناوری پرینت سه بعدی:
💠بایندر جت فلزی (Metal Binder Jetting)
💠بایندر جت پلیمری (Polymer Binder Jetting)
💠بایندر جت شنی (Sand Binder Jetting)
💠فیوژن با چند جت (Multi Jet Fusion)
💠زینترینگ با سرعت بالا (High Speed Sintering)
💠فیوژن جذبی انتخابی (Selective Absorption Fusion)
🔰مواد: ماسه، پلیمرها، فلزات، سرامیک و غیره.
🔰دقت ابعادی: 0.2 ± میلی متر (فلز) یا 0.3 ± میلی متر (ماسه)
🔰کاربردهای رایج: قطعات فلزی کاربردی، مدل‌های تمام رنگی، قالب‌ها
🔰نقاط قوت: هزینه کم، حجم ساخت زیاد، قطعات فلزی کاربردی، بازتولید رنگ عالی، سرعت چاپ سریع، انعطاف پذیری طراحی پرینت بدون نیاز به ساپورت
🔰نقاط ضعف: این یک فرآیند چند مرحله‌ای برای فلزات است و قطعات پلیمری ساخته شده با نسخه فرآیند سرد از نظر مکانیکی قوی نیستند.
پرینتر سه بعدی با استفاده از فناوری بایندر جت فلزی (Metal Binder Jetting)
بایندر جت همچنین برای ساخت اجسام فلزی جامد با هندسه‌های پیچیده بسیار فراتر از قابلیت‌های تکنیک‌های ساخت معمولی استفاده می‌شود. بایندر جت فلزی یک فناوری بسیار جذاب برای تولید قطعات فلزی به صورت بالک و دستیابی به وزن سبک است. از آنجایی که بایندر جت می‌تواند قطعاتی را با طرحهای پیچیده و درصد توپری (infill) مختلف پرینت کند، قطعات به‌دست‌آمده در عین استحکام بسیار سبک‌تر هستند. این ویژگی بایندر جت برای پرینت اجسام توخالی همچنین می‌تواند برای دستیابی به قطعات نهایی سبک‌تر برای کاربردهای پزشکی مانند ایمپلنت‌ها استفاده شود.
به طور کلی، خواص مواد قطعات بایندر جت فلزی معادل قطعات فلزی تولید شده با قالب‌گیری تزریقی فلز است که یکی از پرکاربردترین روش‌های ساخت برای تولید انبوه قطعات فلزی است. به علاوه، قطعات بایندر جت صافی سطح بالاتری را به ویژه در کانال‌های داخلی دارا می‌باشند.
قطعات بایندر جت فلزی پس از چاپ برای دستیابی به خواص مکانیکی خوب، خود به فرآیندهای ثانویه نیاز دارند. قطعات پرینت شده اساساً از ذرات فلزی تشکیل شده‌اند که با یک چسب پلیمری به هم متصل شده‌اند. لذا این به اصطلاح "قطعات سبز(green part)" شکننده هستند و قابل استفاده و کاربردی نیستند.
پس از چاپ و خارج کردن قطعات از بستر پودر فلز (از طریق فرآیندی به نام پودرزدایی) برخی از فرآیندها شامل مرحله پخت حرارتی قبل از عملیات حرارتی در کوره می‌شوند (فرآیندی به نام تف جوشی). هم پارامترهای چاپ و هم پارامترهای تف جوشی برای هندسه قطعه خاص، ماده و چگالی دلخواه تنظیم می‌شوند. گاهی اوقات از برنز یا فلز دیگری برای نفوذ به حفره‌های یک قسمت بایندر جت شده استفاده می‌شود که منجر به از بین رفتن کامل تخلخل می‌شود.
پرینتر سه بعدی با استفاده از فنآوری بایندر جت پلاستیک (Plastic Binder Jetting -MJF, HSS, SAF)
بایندرجت پلاستیکی فرآیندی بسیار شبیه به بایندر جت فلزی است زیرا شامل پودر و ماده اتصال دهنده مایع است. همانطور که در بالا ذکر کردیم، می توانید بایندر جت پلیمری را به فرآیندهای سرد و گرم تقسیم کنید. بایندر جت پلیمری با یک پودر پلیمری (معمولاً نوعی نایلون) شروع می‌شود که در یک لایه نازک در بستر ساخت پخش می‌شود. سپس هدهای جوهرافشان یک چسب مانند (و/یا مایعات دیگر، از جمله جوهرهای رنگی، مایعات قابل ذوب یا جذب کننده تشعشع و سیالات مغناطیسی) را دقیقاً در جایی که پلیمر باید روی هر لایه به هم وصل شود، پخش می‌کند.
در برخی روش‌ها، یک واحد گرمایش متصل به سر جوهر افشان یا روی یک کالسکه جداگانه وجود دارد که بخش‌هایی از لایه را که سیال را دریافت می‌کنند، ذوب می‌کند. روش‌هایی که شامل این مرحله گرمایش می‌شوند، نسبت به روش‌هایی که این کار را نمی‌کنند، قطعات قوی‌تری ایجاد می‌کنند، زیرا پودر پلیمر اساساً به جای چسباندن با ذوب شدن به هم پیوند می‌خورند.
بایندر جت با گرما، مانند Multi Jet Fusion، High Speed Sintering و Selective Absorption Fusion، قابل مقایسه با فناوری است که از لیزر برای ذوب پودر پلیمری استفاده می‌کند - به نام تف جوشی لیزری انتخابی (Selective Laser Sintering-SLS) - اما سریعتر است، سطح صاف‌تری ارائه می‌دهد و می‌توانید مقدار بیشتری از پودر باقی مانده از چاپگر را دوباره استفاده کنید. این یک فناوری همه کاره است که در چندین صنعت از خودرو گرفته تا مراقبت‌های بهداشتی و محصولات مصرفی استفاده شده است.
قطعات پرینت شده با بایندر جت بدون گرما را می‌توان با ماده دیگری پر کرد تا استحکام را افزایش دهد. این فرآیندهای جت بایندر سرد نیز شامل جوهرهای رنگی می‌شوند و می‌توانند قطعات چند رنگ مورد استفاده در مدل‌سازی پزشکی و نمونه‌های اولیه محصول را تولید کنند. پس از چاپ، قطعات پلاستیکی از بستر پودری خود جدا می‌شوند، تمیز می‌شوند و بدون هیچ گونه پردازش دیگری قابل استفاده هستند.
پرینتر سه بعدی با استفاده از فنآوری بایندر جت ماسه (Sand Binder Jetting)
بایندر جت شن و ماسه مسلماً یک فناوری متمایز از بایندر جت پلاستیکی نیست، اما چاپگرها و کاربردها به اندازه کافی متفاوت هستند تا در اینجا یک بررسی جداگانه برای آن در نظر بگیریم. در واقع، تولید قالب‌ها، مدل‌ها و ماهیچه‌های ریخته‌گری شن و ماسه بزرگ یکی از رایج‌ترین کاربردها برای فناوری بایندر جت است. هزینه کم و سرعت بالای فرآیند آن را به یک راه حل عالی برای ریخته‌گری تبدیل می‌کند. طرحهای الگوی پیچیده‌ای که تولید آنها با استفاده از تکنیک‌های سنتی بسیار دشوار یا غیرممکن است، می‌توانند در عرض چند ساعت چاپ شوند.
آینده توسعه صنعتی همچنان تقاضاهای زیادی را برای ریخته‌گری‌ها و تامین‌کنندگان دارد. پرینت سه‌بعدی شن و ماسه در آغاز پتانسیل خود است. بایندر جت ماسه با استفاده از پرینترهای سه‌بعدی قطعات محصول از ماسه، سنگ یا گچ را پرینت می‌کند. پس از چاپ، ماهیچه‌ها و قالب‌ها از محل ساخت خارج می‌شوند و تمیز می‌شوند تا شن و ماسه‌های سست از بین بروند. قالب‌ها معمولاً بلافاصله برای ریخته‌گری آماده می‌شوند. پس از ریخته‌گری، با شکستن قالب قطعه جدا می‌شود و محصول فلزی نهایی بدست می‌آید.
پرینترهای سه بعدی با روش لمینیت ورق (Sheet Lamination 3D Printing)
استفاده از لمینیت ورق برای ساخت قطعات از نظر فنی نوعی پرینت سه‌بعدی است، اگرچه تفاوت چشمگیری با فناوری‌های فوق دارد. عملکرد آن با انباشته کردن و لایه لایه کردن ورق‌های مواد بسیار نازک در کنار هم برای تولید یک قطعه سه‌بعدی است که سپس به صورت مکانیکی یا با لیزر برش داده می‌شود تا شکل نهایی را تشکیل دهد.
لایه‌های مواد را می‌توان با استفاده از روش‌های مختلفی از جمله گرما و صوت، بسته به ماده مورد نظر، با یکدیگر پیوند داد. مواد مورد استفاده در این فنآوری از کاغذ یا پلیمر گرفته تا فلزات متغیر هستند.
هنگامی که قطعات لمینیت می‌شوند، لیزر شکل مورد نظر را برش می‌دهد یا ماشین کاری می‌کند که منجر به ضایعات بیشتری نسبت به سایر فناوری‌های چاپ سه‌بعدی می‌شود.
سازندگان از پرینت سه بعدی لمینیت ورق برای تولید نمونه‌های اولیه مقرون به صرفه و غیرکاربردی با سرعت نسبتاً بالا استفاده می‌کنند، همچنین یک فناوری امیدوارکننده برای ساخت باتری‌های الکتریکی است و می‌توان از آن برای تولید اقلام کامپوزیت استفاده کرد، زیرا مواد مورد استفاده را می‌توان در طول فرآیند چاپ تعویض کرد و لایه هایی با جنس های مختلف داشت.
انواع فناوری چاپ سه بعدی: ساخت اشیای چند لایه (Laminated Object Manufacturing -LOM)، تثبیت التراسونیک (Ultrasonic Consolidation -UC)
مواد: کاغذ، پلیمر و فلز به شکل ورق
دقت ابعادی: 0.1± میلی متر
کاربردهای رایج: نمونه های اولیه غیر کاربردی، چاپ‌های چند رنگ، قالب‌های ریخته‌گری.
نقاط قوت: امکان تولید سریع، چاپ‌های کامپوزیت
نقاط ضعف: دقت پایین، ضایعات بیشتر، پس‌پردازش برای برخی از قطعات مورد نیاز است.
پرینتر سه بعدی با روش ساخت لیتوگرافی ویسکوز (Viscous Lithography Manufacturing -VLM)
پرینت سه بعدی با روش ساخت لیتوگرافی ویسکوز (Viscous Lithography Manufacturing -VLM) یک فرآیند چاپ سه بعدی ثبت شده از شرکت BCN3D است که لایه‌های نازکی از رزین‌های حساس به نور با ویسکوزیته بالا را روی یک فیلم انتقال شفاف لایه‌بندی می‌کند. سیستم مکانیکی به رزین اجازه می‌دهد تا از دو طرف فیلم لمینیت شود و ترکیب رزین‌های مختلف برای به دست آوردن قطعات چند ماده‌ای و جداسازی آسان ساپورت را امکان‌پذیر می‌کند.
این فناوری که هنوز به صورت تجاری راه‌اندازی نشده است، می‌تواند به خوبی تحت یکی از فناوری‌های چاپ سه‌بعدی رزین قرار گیرد.
