پرینت سه بعدی در مقیاس بزرگ – راهنمای آموزشی برای مبتدیان

چکیده : از موزه های مشهور و قالب‌های عظیم کارخانه های تولیدی گرفته تا بدنه موشک‌ها و خانه‌ها، هیچ محدودیتی برای فناوری چاپ سه بعدی وجود ندارد.

پرینت سه بعدی در مقیاس بزرگ، چندین فناوری – مواد متعدد و طیف وسیعی از کاربردها را در بر می گیرد. در واقع، آنچه بزرگ را تعریف می کند قابل تفسیر است، اما مطمئناً خانه ها، قایق ها و مبلمان در اندازه واقعی واجد شرایط هستند. این نمونه ها و بسیاری موارد دیگر در حال ورود به جریان اصلی فناوری 3D Print هستند زیرا تولیدکنندگان، هنرمندان و کسب و کارها برای نیازهای محصول در مقیاس بزرگ خود به پرینت سه بعدی روی می آورند.

هر سال حجم ساخت پرینترهای سه بعدی بزرگتر می شوند زیرا سازندگان ماشینها، مرزهای فناوری را با محصولات جدید برای چاپ بیشتر و چاپ بزرگتر پشت سر می گذارند.

اندازه به تکنولوژی و مواد وابسته است و تغییراتی (معمولاً جزئیات) با اندازه وجود دارد که انتخاب چاپگر سه بعدی مناسب را به یک جزء مهم موفقیت تبدیل می کند. نرم افزار همچنین در ایجاد اشیاء بزرگ نقش دارد زیرا اغلب، بهترین راه برای چاپ بزرگ، چاپ تکه تکه و مونتاژ است.

بیایید نگاهی بیندازیم به دسته بندی چیزهای خاص و بزرگی که ممکن است بخواهید چاپ3بعدی کنید:

• ماکت نمایشگاهها و موزه ها، لوازم جانبی و علائم خاص
• قطعات خانه و عناصر معماری
• قطعات صنعتی و فلزی
• مبلمان و اجزای وسایل نقلیه

 

1. 3DPrint large scale: نمایشگاهها، لوازم جانبی و علائم:

موزه دایناسورها بدون اسکلت عظیم تی رکس اصلا معنایی دارد؟! یک موزه معروف در ژاپن که نمیتوانست اسکلت واقعی تیراناسروس را داشته باشد به چاپ سه بعدی آن در ابعاد واقعی دست زد. پرینت بر اساس اسکن‌ سه بعدی از فسیل‌های واقعی T-Rex انجام شده است. این ماکت 12 در 5 متری در اندازه واقعی با استفاده از دو پرینتر سه بعدی Builder Extreme با ماده پلاستیکی PLA، چاپ شد. قالب‌گیری سنتی این اسکلت بسیار طولانی‌تر از فرایند پرینت سه بعدی میشد و هزینه بیشتری نیز می‌برد، بعلاوه T-Rex بطور قابل توجهی سنگین‌تر میگشت.

متصدیان موزه، طراحان صنعت فیلم و دکور صحنه، پارک‌های تفریحی، سازندگان نمایشگاه‌ها و تعداد بیشماری دیگر برای تولید سریع‌تر به چاپگرهایی با فرمت بزرگ روی آورده اند. علاوه بر مزایای سرعت و هزینه، در این تکنیک هیچ استعداد خدادادی مجسمه سازی یا هنری لازم نیست و فقط مهارت ایجاد مدل دیجیتال در نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) مورد نیاز است. بعلاوه، مجموعه وسیعی از مواد وجود دارد: از فوم بسیار سبک تا نایلون بسیار بادوام پر از فیبر کربن.

به تندیس دوقلوی دیوید میکل آنژ با ابعاد 17 فوتی که در نمایشگاه دبی 2020 برای ترویج گردشگری در فلورانس به نمایش گذاشته شد، نگاهی بیندازید. چاپگر سه بعدی پلیمری به اندازه کافی بزرگ برای تولید این ماکت در یک تکه با جزئیات فوق العاده غیرممکن بود، بنابراین به 14 قطعه قابل چاپ تقسیم شد و سپس با دست مونتاژ گشت. ظاهر سنگ مرمر از یک لایه گچ رنگ شده با دست که حاوی گرد و غبار مرمر بود بوجود آمد.

در داخل تندیس داوود، یک ساختار مشبک وجود دارد که به حفظ وزن آن فقط به 550 کیلوگرم یا حدود 11 درصد از سنگ مرمر اصلی کمک می کند، اما به اندازه کافی قوی برای بسته بندی و ارسال هست.

شرکت علامت سازی آلمانی Styles Werbetechnik دلایل متعددی برای روی آوردن به چاپ سه بعدی در مقیاس بزرگ برای علامت گذاری در فضای باز و حروف کانال داشت. این شرکت نه تنها می‌خواست تولید را تسریع بخشد، بلکه می‌خواست فرایند طراحی را به داخل خود ببرد و دیگر به طرح‌های استاندارد حروف تولیدکنندگان خارج از کشور تکیه نکند. این شرکت می گوید که به چاپ پلیمری FDM روی آورده که امکانات طراحی بی حد و حصری را برای تولید حروف پروفایل فراهم می کند. بعنوان مثال، عمق حروف مورد استفاده برای تابلوهای چراغ‌دار با روش‌های سنتی به 60 میلی‌متر محدود شد، اما با چاپ سه‌بعدی به عمق 30 میلی‌متر کاهش یافت. از آنجایی که پرینترهای سه بعدی در طول فرآیند نیازی به نظارت دائمی ندارند، می توانند در شب و آخر هفته نیز کار کنند و زمان تولید را تسریع کنند.

بهار گذشته، مؤسسه اسمیتسونیان در واشنگتن دی سی، نمایشگاهی را برای قدردانی از زنان دانشمند برپا کرد که شامل 120 مجسمه پرینتی در اندازه واقعی از آنها بود. این مجموعه که «IfThenSheCan – The Exhibit» نامیده می‌شود، بزرگترین مجموعه مجسمه‌های زنان بود که تا به حال در یک مکان واحد در یک زمان جمع شده‌اند. هر مجسمه با استفاده از فناوری FDM چاپ شده است.

2. 3DPrint large scale: خانه ها و عناصر معماری:

بزرگترین پروژه های چاپ سه بعدی مربوط به ساخت خانه ها هستند و هر سال بزرگتر می شوند. یک رکورد جدید همین چند سال پیش شکسته شد و اکنون هدف رسیدن به بالاتر از آن این است.

اگرچه تعداد بسیار کمی از ساختمان‌های مسکونی چاپ می‌شوند و همچنان به تکیه‌گاه‌های سازه‌ای مانند تقویت میلگرد یا ساخت اسکلت چوبی سنتی نیاز دارند، فناوری 3DPrinting به دلیل سرعت، صرفه‌جویی در نیروی کار و ساخت و ساز بادوام، راه خود را به پروژه‌ها از خانه‌ها تا هتل‌ها پیدا کرده است. در واقع، پیش‌بینی می‌شود که بازار جهانی پرینت سه بعدی ساختمانی (چیزی که چندی پیش وجود نداشت و فقط در فیلمهای علمی تخلیلی مشاهده میشد!) در پنج سال آینده نزدیک به 20 درصد رشد کند.

ساختمان دو طبقه ای توسط شرکت طراحی و معماری Hannah و Cive با Peri 3D Construction، شاهکار مهندسی ساخت و ساز را به نمایش می گذارد. این خانه 4000 فوت مربعی قبلاً به یک مشتری ناشناس فروخته شده است و در مجموع دو سال طول می کشد تا تکمیل شود. چاپگر دروازه ای Peri’s Cobod Bod2، نامی آشنا در دنیای ساخت و ساز پرینتی، برای اکسترود کردن مخلوط بتن تخصصی در راه پله ها و سایر سازه های کاربردی در مجموع 330 ساعت چاپ فعال استفاده می شود.

علاوه بر ساخت و ساز ساختمان ها، پرینترها بطور گسترده برای ساخت عناصر معماری، از جمله نماها و ماکتهای بازسازی تاریخ، فضای داخلی از جمله دیوارها و جداکننده های اتاق استفاده می شوند. حتی کفپوش های چاپی، پرینت پل و صخره های مرجانی مصنوعی چاپ سه بعدی نیز وجود دارد.

مصالح بتن مانند، تنها گزینه در معماری نیستند؛ پلیمرها نیز نقش دارند. Branch Technology متخصص در چاپ سه بعدی در مقیاس بزرگ با ماشین های اکستروژن پلیمری بازوی روباتیک، همه چیز را از مجسمه سازی گرفته تا زیستگاه های فضایی ایجاد می کند. سیستم پانل های معماری نوآورانه آنها بنام BranchClad فرصت های جدیدی را در نمای ساختمان باز می کند. فقط به عملیات جدید کمپ فضایی مرکز فضایی و موشکی ایالات متحده نگاهی بیندازید؛ این نماها که با استفاده از اسکن دیجیتالی ماه ایجاد شده اند، دقت شگفت انگیزی از سطح ماه را نشان می دهند. همگی این نماها چاپ و سپس با یک ماده گچ بری پوشانده شده است.

3. 3DPrint large scale : قطعات صنعتی و فلزی:

سازنده راکت Relativity Space ادعا می کند که موشک پرینت شده آنها، Terran 1، بزرگترین سازه تک پرینت است که تاکنون ساخته شده است و ممکن است حق با آنها باشد. قبل از پرتاب اخیر و فرود روی اقیانوس، 35.2 متر ارتفاع و 2.3 متر قطر داشت. موشک جدیدتر این شرکت Terran R به همان اندازه بزرگ است. هر دو با متریال فلز اختصاصی پرینترهای سه بعدی Stargate این شرکت چاپ شدند که از فناوری رسوب انرژی هدایت شده با سیم بازوی روباتیک استفاده می کند.

این شرکت گفت که توانایی موشک برای مقاومت در برابر فشارهای پرتاب، یک پیروزی بزرگ بود و یکپارچگی ساختاری روش پرینت سه بعدی فلزی خود را ثابت کرد.

پل فلزی روی کانالی در آمستردام که توسط آزمایشگاه Joris Laarman طراحی شده است توسط MX3D با استفاده از فناوری ساخت افزودنی قوس سیمی بازوی روباتیک چاپ شده است. پل هوشمند ۱۲ متری فولاد ضد زنگ شامل یک شبکه حسگر تعبیه‌شده است که به محققان آمستردام کمک می‌کند تا نقش سیستم‌های اینترنت اشیا در محیط ساخته شده را مطالعه کنند. این سازه با طراحی مولد و تکنیک‌های بهینه‌سازی توپولوژی توسعه داده شد تا طراحی خیره‌کننده آن را در عین سبک‌تر کردن آن فعال کند. با این حال، قرار نیست دائمی باشد.

زیبایی پل MX3D استفاده از پرینت فلزی را برای هنر و مجسمه سازی برجسته می کند. یکی دیگر از آثار چاپ MX3D توسط هنرمندان Mariagrazia Abbaldo و Paolo Albertelli است که در تورینو، باغ سلطنتی ایتالیا نصب شده است. این مجسمه 880 کیلوگرمی که «گذر نهنگ» نام دارد، باله‌های نهنگ‌های در حال عبور را نشان می‌دهد که از زمین بیرون می‌آیند، گویی دریاهای آزاد هستند. هنرمندان چاپ سه بعدی فلزی را برای کار نهایی انتخاب کردند تا حدی به این دلیل که فرآیند طراحی آنها را دنبال می کند. تمام مدل های ساخته شده در طول پروژه پرینت شدند.

با نگاهی به پرینت‌های فلزی در مقیاس بزرگ برای مصارف صنعتی، شرکت‌های صنایع دریایی، نفت و گاز و تجهیزات ساختمانی سنگین قادر به تولید قطعات بزرگ بسیار سریع‌تر و اغلب در محل هستند. بعنوان مثال، یک طرح ملخ مکنده سکوی نفتی با استفاده از فناوری WAAM برای تولید یک شکل نزدیک به شبکه که سپس با تلورانس های سخت تر ماشین کاری می شود، چاپ شد. فناوری WAAM در این مورد جایگزین آهنگری شده و با استفاده از مواد اولیه کمتر می توان آنرا نزدیک به نقطه مورد نیاز انجام داد.

پرینت فلز همچنین باعث می شود قطعات وزن کمتری داشته باشند زیرا چاپ می تواند اشکالی را ایجاد کند که با آهنگری یا ریخته گری امکان پذیر نیست. طبق گفته سازنده چاپگر SLM Solutions، اجزای ارابه فرود هواپیما، با ابعاد 455 295 805 میلی‌متر، اولین قطعه ساخته شده از بستر دستگاه تابش لیزری است که در اندازه‌ واقعی چاپ شده است. این قطعه نه تنها 15 درصد سبک تر از یک قطعه آهنگری سنتی است، بلکه این فناوری زمان چرخش را نیز کاهش می دهد.

از آنجایی که این قطعه بخشی از سیستم است که بارها را از چرخ به ساختار هواپیما منتقل می کند، برای استحکام از تیتانیوم ساخته شده است. انتخاب مواد به قطعه خواص مکانیکی قوی می دهد در حالی که بدون پوشش مقاوم در برابر خوردگی است و با استفاده از چاپگر سه بعدی لیزری SLM 800 ساخته شد.

تولید افزودنی یا Additive Manufacturing با ارائه سریع قطعات برای آزمایشات تخصصی، سبب صرفه جویی در زمان و مراحل صلاحیت و گواهینامه ای میگردد. Gerhard Bierleutgeb، مسئول خدمات و راه حل های جهانی کمپانی SLM Solutions می گوید: ما توانستیم اتصالات اصلی را در چند روز در مقابل چند ماه با فرآیند آهنگری سنتی تولید کنیم.

پرینت سه بعدی قالب های بزرگ برای ریخته گری قطعات فلزی یکی دیگر از کاربردهاست. برای قطعات صنعتی فلزی که باید ریخته گری شوند، مرحله ساخت قالب، کار فشرده و زمان بری است. با پرینترهای سه بعدی شنی، تولیدکنندگان می‌توانند مستقیماً قالب‌ها و قالب‌های ماسه‌ای را بدون نیاز به قالب اضافه با اندازه کامل چاپ کنند. VX4000 از Voxlejet بعنوان بزرگترین چاپگر سه بعدی قالب شنی در جهان است که از فناوری بایندر جت استفاده می کند تا نه تنها قالب های بزرگ، بلکه به طور بالقوه هزاران قالب را در یک جلسه چاپ تولید کند.

4. 3DPrint large scale : مبلمان و وسایل نقلیه:

طراحان داخلی برای تحقق بخشیدن به دیدگاه های خود در مورد طراحیهای پیچیده و مواد منحصر بفرد، به پرینت سه بعدی با فرمت بزرگ روی می آورند. پلیمرها، بویژه پلاستیک های بازیافتی، پرمصرف ترین مواد برای مبلمان هستند، اما بتن و فلز نیز در دسترس هستند.

https://www.3dpe.ir/%d8%ae%d8%af%d9%85%d8%a7%d8%aa-%d9%be%d8%b1%db%8c%d9%86%d8%aa-%d8%b3%d9%87-%d8%a8%d8%b9%d8%af%db%8c

یک میز مدرسه در اندازه مناسب کودک در گامبیا نمونه ای از مزیت 3D Print است که یک روش ساخت ارزان را ممکن کرده است. علاوه بر سبک و بادوام بودن، این میز را می توان از پلاستیک بازیافتی تولید کرد که مشکل زباله های پلاستیکی را حل می کند. این مدل با پلاستیک PETG که معمولاً برای بطری های نوشیدنی استفاده می شود، روی چاپگر سه بعدی مگنوم از The Industry Sweden ساخته شده است.

نمونه های بی شماری از صندلی ها و میزهای پرینت شده زیبایی وجود دارد، اما برخی از جدیدترین نمونه ها شامل مجموعه میز قهوه دوست داشتنی توسط NYXO Visionary Design با استفاده از مواد سبک فوم PLA چاپ شده بر روی چاپگر Colossus XS است.

https://www.nyxostudio.com

نمونه قایق تفریحی با طول 7.72 متر بعنوان بزرگترین قایق چاپی تا به امروز در کتاب رکوردهای جهانی گینس ثبت شده است. این قایق که توسط مرکز سازه‌ها و کامپوزیت‌های پیشرفته دانشگاه مین در سال 2019 چاپ شد، از پلاستیک و سلولز چوبی ساخته شده است، تنها در 72 ساعت چاپ شد، وزن آن 2.2 تن است و بله، شناور است.

سازندگان دوچرخه در چند سال گذشته برای حل بزرگترین مشکل در زنجیره تولید خود، یعنی جوشکاری، پرینت سه بعدی را تنظیم کرده اند. فریم چاپ شده نه تنها باعث صرفه جویی در زمان می شود، بلکه آزادی طراحی جدیدی را که توسط اتصالات ساختاری محدود نمی شود، ممکن می سازد. سازندگان دوچرخه مدل هایی را در کامپوزیت های تیتانیوم، فولاد و فیبر کربن تولید کرده اند.

دوچرخه الکترونیکی با قاب فولادی از Urwahn با استفاده از تکنیک پرینت فلزی برای ایجاد تعادل در فرم، عملکرد، ساختار سبک وزن و مواد به صورت انبوه تولید شده است. این شرکت می‌گوید قسمت عقب ویژه چرخ عقب را بطور الاستیک حالت تعلیق در آورد می‌آورد و نوع جدیدی از راحتی سواری ایجاد می‌کند، درحالیکه قاب فولادی موتور و باتری را یکپارچه می‌کند.

نکات طراحی و نرم افزار برای چاپ در مقیاس بزرگ

پرینت سه بعدی یک قطعه یکپارچه ایده آل است چون کار مونتاژ را حذف می کند، تولید را سرعت می بخشد و می تواند یکپارچگی ساختاری را افزایش دهد زیرا هیچ اتصالی وجود ندارد. اما زمانی که جسم شما برای بزرگ‌ترین ماشین هم خیلی بزرگ است، باید آنرا به قطعات واحد کوچکتری تقسیم کنید. بیایید نگاهی به بهترین روشها برای انجام چاپ چند تکه ای قطعات بزرگ بیندازیم:

چگونه یک مدل را به قطعات قابل تقسیم کنیم (برش بزنیم):

برای انجام پرینت‌هایی در مقیاس بزرگ، می‌توانید مدل خود را مستقیماً در نرم‌افزار CAD خود، مانند Fusion360 یا Solid Works تقسیم‌بندی کنید که این مزیت را دارد که به شما امکان می‌دهد برخی از وسایل کمکی مونتاژ و تراز، مانند میخ‌ها، برآمدگی‌ها، لبه‌ها، لبه‌ها را طراحی کنید. یا سوراخ و شکاف.

اگر به سادگی قصد دارید جسم بزرگ خود را به هم بچسبانید یا از پیچ ها استفاده کنید (که فقط با مواد مستحکم تر مانند نایلون پر از فیبر کربن قابل استفاده هستند) می توانید برش زنی را به نرم افزار دستگاه چاپگر سه بعدی خود مانند Cura بسپارید. با ابزار Cura’s Mesh، تقسیم بندی سریع و خودکار است.

هنگامی که مدل دیجیتال خود را بصورت دستی بخش بندی می کنید، از برش هایی که مستقیماً از قسمت های دقیق عبور می کند خودداری کنید- مدل خود را طوری cut کنید تا به کمترین میزان بافت مازاد پشتیبان نیاز داشته باشد. از شکاف در ضعیف ترین نقاط طراحی، یعنی قسمت هایی که بسیار نازک تر از بقیه مدل هستند، اجتناب کنید.

***

خب، نظرتان درباره این مطلب چیست؛ خوشحال میشویم مطالب تکمیلی را بنام خودتان در پایین صفحه کامنت کنید.

منبع: خدمات پرینت سه بعدی توسعه گران بعد سوم

 

برچسب ها : پرینت سه بعدی,رکوردهای گینس,بزرگترین اشیای جهان,عجایب هفتگانه جدید,چاپ سه بعدی سایز بزرگ