نخستین حق اختراع ثبت شده در صنعت چاپ سه بعدی از رزین به عنوان ماده اولیه برای چاپ سه بعدی استفاده نمود. این حق اختراع یا کپی رایت پرینتر سه بعدی رزینی توسط چاک هال آمریکایی و در سال ۱۹۸۲ میلادی به ثبت رسید و متعاقب آن سه سال بعد به صورت یک دستگاه تجاری عرضه شد. این تکنیک با عنوان SLA (اس ال ای) یا استریو لیتوگرافی شناخته می شود. در سالهای بعد با روش های دیگری که از رزین به عنوان ماده اولیه روند چاپ سه بعدی بهره می گیرند تکمیل شد و امروزه تحت عنوان یک خانواده با نام چاپگرهای سه بعدی رزینی طبقه بندی می شوند.

در روش چاپ سه بعدی رزینی از چه ماده اولیه استفاده می شود؟

در این روش از رزین های حساس به نور ماورای بنفش یا UV Qure Resin استفاده می شود. این دسته از رزین ها وقتی که در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش با طول موج مشخص قرار بگیرند اصطلاحاً پخت یا کیور شده و از حالت مایع به حالت جامد تغییر شکل می دهند. امروزه طیف وسیعی از رزین های حساس به ماورای بنفش با خواص متنوعی چون استحکام، مقاومت در برابر دما، انعطاف، شفافیت و قابل ریخته گری (کستبل – Castable) در بازار وجود دارد.

روش کار پرینتر سه بعدی رزینی به چه صورت است؟

در پرینترهای سه بعدی رزینی، مخزن دستگاه که حاوی رزین بوده و به عنوان تانک رزین یا Resin Tank شناخته می شود، محل تشکیل یا ساخت لایه ها می باشد. اطلاعات لایه ها به صورت یک اشعه یا نور از جنس UV درون مخزن تابانده شده و بخشی از رزین که در معرض این منبع نوری قرار گرفته، تغییر شکل می دهد و پس از آن با حرکت صفحه ساخت دستگاه، قطعه از جای خود حرکت کرده و جای آن را رزین مایع می گیرد. با تکرار مداوم این عملیات، لایه های مختلف جسم ساخته می شود. پس از اتمام روند چاپ سه بعدی رزینی، قطعه می بایست در معرض اشعه‌ی فرابنفش قرار گیرد تا عملیات پخت رزین کامل شود که این کار اغلب در یک کوره مخصوص اشعه UV انجام می شود.

انواع روش های چاپ سه بعدی رزینی کدامند؟

روش های مختلفی برای چاپ سه بعدی با رزین ابداع شده است. در این بین، سه فناوری به مرحله تجاری سازی رسیده و در دسترس عموم قرار دارد. البته روش‌های دیگری مثل Clip هم در این خانواده وجود دارد اما هنوز به مرحله تجاری سازی نرسیده است. تفاوت این روش های مختلف در منبع تولید نور UV و روش تاباندن آن به مخزن رزین دستگاه می باشد.

روش های تجاری سازی شده چاپ سه بعدی رزینی به شرح زیر می باشد:

• تکنیک اس ال ای SLA: در این روش یک باریکه لیزر uv توسط یک آینه متحرک با نام گالوانومتر به مخزن رزین تابانده می‌شود. با حرکت سریع این آینه، هر لایه از طرح به نوعی توسط یک مداد از جنس لیزر یووی نقاشی می شود. مزیت این روش در امکان ساخت قطعات بزرگ رزینی است.

• تکنیک دی ال پی DLP: این روش که به عنوان فناوری نور دیجیتال پردازش شده (Digital Light Proccessing) نیز شناخته می‌شود از یک پرژکتور ال ای دی به عنوان منبع نور استفاده می کند. پرژکتور مذکور دارای چیپست حاوی آینه های بسیار ریز می باشد که به وسیله تاباندن لایه به لایه طرح در مخزن رزین و سفت شدن رزین در فاصله کانونی پرژکتور کار می کند. این روش به دلیل ساخت کل لایه در یک لحظه، از سرعت بالایی در مقایسه با سایر روشها برخوردار است. در سال های اخیر و با ساخت پرژکتورهای تولید نور یووی خالص به جای پرژکتور های فلورسنت، علاوه بر کاهش قابل توجه حجم پرژکتور و در نتیجه دستگاه، از هزینه های تعمیر و نگهداری نیز کاسته شده است.در این دسته از دستگاه ها، مدل “آروشا دی ال پی” از محصولات شرکت سی زان است.

• تکنیک ام اس ال ای MSLA : این روش که به عنوان ال سی دی پرینتر (LCD Printer) هم شناخته می‌شود از یک منبع نوری حاوی تعدادی ال ای دی یو وی (UV LED) بهره می گیرد. نور ساطع شده از این منبع به یک صفحه ال سی دی مونوکروم تابانده شده و صفحه یاد شده به عنوان ماسک عمل می کند. نور از بخشهایی از صفحه رد شده و از بخشهای دیگر رد نمی شود که این بخش ها مطابق با هر لایه می باشد. لذا الگوی منطبق بر هر لایه در مخزن رزین ایجاد و در نتیجه رزین آن قسمت، پخت می شود. این روش به دلیل ارزان بودن منبع نور و صفحه ال سی دی، در سال های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته و با عرضه دستگاه های ارزان قیمت چینی به بازار، موجب فراگیر شدن و استفاده روز افزون فناوری پرینت سه بعدی رزینی شده است. لازم به ذکر است که صفحه ال سی دی در این روش به مرور دچار آسیب شده و با زیاد شدن بخش های آسیب دیده، که به مشکل پیکسل سوختگی شهرت دارد، صفحه ال سی دی می بایست تعویض شود. از این رو این روش دارای هزینه نگهداری بیشتری می باشد.مدل “آروشا MSLA” از محصولات شرکت سی زان، در این دسته از دستگاه ها قرار دارد.

مزیت های چاپ سه بعدی رزینی چیست؟

بارزترین مشخصه قطعات ساخته شده به کمک پرینتر سه بعدی رزینی، دقت و صافی سطح بی نظیر آنهاست. بدلیل دقت بالای این تکنولوژی، قطعات ساخته شده به کمک این تکنولوژی چاپ سه بعدی، دارای ظرافت و نیز صافی سطح بالایی می باشد.

همچنین در بعضی از انواع این تکنولوژی (مانند تکنیک DLP و MSLA) سرعت بالاتری را در مقایسه با سایر روشهای چاپ سه بعدی شاهد هستیم. حتی در روشی با عنوان CLIP که توسط کمپانی Carbon 3D ابداع شده است، سرعت چاپ به ۲۵ تا ۱۰۰ برابر روشهای مرسوم چاپ سه بعدی می رسد.

وجود رزین های خاص که دارای ویژگی های خوب برای برخی کاربردها می باشند نیز یکی دیگر از مزایای روش چاپ سه بعدی رزینی می باشد. بعنوان مثال نوعی از رزین با تحمل دمایی ۲ هزار درجه سانتیگراد وجود دارد که مخصوص ساخت قطعات با تحمل دمایی بسیار بالا می باشد. یا رزین های ضد سایش که برای قطعات دارای سایش و اصطکاک با سایر قطعات مناسب هستند. بطور کلی تنوع خواص در بین رزین ها می تواند یک مزیت برای برخی اهداف و کاربردها بحساب آید.

مشکلات چاپ سه بعدی رزینی چیست؟

در پرینتر سه بعدی رزینی بدلیل تمرکز بر موضوع کیفیت، اغلب گزینه مناسبی برای ساخت قطعات کوچک بوده و برای ساخت قطعات بزرگ، در مقایسه با سایر فناوری های پرینت سه بعدی، گزینه مناسبی نیست.

همچنین قیمت دستگاههای پرینت سه بعدی رزینی، باز هم در مقایسه با سایر روشهای چاپ سه بعدی، بالاتر بود و از این رو برای برخی کاربردها، مقرون به صرفه نمی باشند. این موضوع در رابطه با انواع مواد اولیه این روش نیز صادق است. هرچند در سالهای اخیر به سرعت این مشکل در حال برطرف شدن بوده و قیمت دستگاه و مواد اولیه چاپ سه بعدی رزینی در حال کاهش یافتن است.

برخی از انواع رزین مورد استفاده در این روش، دارای استحکام نبوده و یا در معرض تابش نور خورشید، خواص مکانیکی و رفتاری شان تحلیل می رود. از این رو گزینه مناسبی برای ساخت قطعات عملیاتی نخواهند بود.

کدام یک از روش های چاپ سه بعدی رزینی در ایران در دسترس می باشد؟

در زمان نوشتن این مطلب، تکنیک های DLP و MSLA در ایران دارای سازنده می باشد و در مورد سایر روشها صرفاً شاهد حضور دستگاههای خارجی در بازار ایران هستیم.

کاربرد پرینت سه بعدی رزینی در چه مشاغل و صنایعی بیشتر است؟

بدلیل ظرافت ودقت بالای این تکنیک، هرجا که نیازمند قطعه ظریف و دقت بالا در خروجی باشیم، بهترین کاندیدا، تکنیک چاپ سه بعدی رزینی است. مشاغلی چون ساخت طلا و جواهر یا دندانپزشکی دیجیتال مثالی از مشاغل هدف این تکنیک می باشند. همچنین در کسب و کارهایی مانند ساخت نمونه اولیه برای قالبگیری (مانند بیس شمع سازی) می توان از فناوری چاپ سه بعدی رزینی استفاده نمود و نمونه های دارای جزئیات زیاد را بدست آورد. ساخت نمونه اولیه با دقت زیاد، ساخت قطعات ریز مانند چرخ دنده ها، ریخته گری دقیق از جمله دیگر مشاغل مخاطب این فناوری می باشد.