مقالات آموزشی

قوانین و مقررات اپلیکیشن اسکن سه بعدی مهدیلو

ریخته‌گری ماسه‌ای (به انگلیسی: Sand Casting) روشی در ریخته گری فلزات  است که در آن ازماسه ای برای ساخت قالب استفاده می‌شود. قطعات ریخته‌گری ماسه‌ای در کارخانجات ویژه‌ای تولید می‌شوند که به آن کارخانه ذوب می‌گویند. بیش از ۶۰٪ کل قطعات ریخته توسط فرایند ریخته‌گری ماسه‌ای ساخته می‌شوند.

نیمه بالایی و نیمه پایینی یک قالب ماسه‌ای که به ترتیب Cope و Drag نامیده می‌شوند. مغزه یا ماهیچه‌ها (Core) نیز در نیمه پایینی قالب سر جای خود یعنی Core Printها قرار دارند. به چهارچوب این قالب‌ها «فلاسک» یا «درجه» می‌گویند.

پایه ماشین‌ها، چرخ پروانه‌های بزرگ توربین‌ها، بدنهٔ موتورهای الکتریکی، سرسیلندرهای غیرآلومینیومی، قطعات اکسل، چرخ‌دنده‌ها و همچنین بلوک‌سیلندرهای چدنی موتورهای احتراقی از جمله قطعات متداول ساخته‌شده توسط فرایند ریخته‌گری ماسه‌ای هستند. میل‌لنگ یکی از قطعاتی است که به‌جز روش آهنگری با روش ریخته‌گری ماسه‌ای نیز تولید می‌شود.

ماهیچه یا مغزه (به انگلیسی: Core) یک قطعه ساخته شده از ماسه یا فلز است که برای ایجاد اشکال داخلی قطعه نهایی مانند سوراخ‌ها یا حفره‌ها در داخل قالب قرار داده می‌شوند. ماهیچه‌ها در داخل قالب‌های چوبی، فلزی یا پلاستیکی ساخته می‌شوند که به آن جعبه ماهیچه (core box) گفته می‌شود. به حفره‌ای که برای قرار دادن دقیق ماهیچه بر روی قالب ایجاد می‌شود تکیه‌گاه ماهیچه (Core Print) گفته می‌شود. تغذیه یا رایزر (Riser) حفره دیگری است که به قالب اضافه می‌شود و در هنگام پر کردن ماده مذاب همراه با قطعه اصلی پر می‌شود. هدف از ایجاد تغذیه‌ها ساخت مخزنی از ماده مذاب است که بتواند انقباض ناشی از انجماد مذاب را جبران و از ایجاد عیوب ناشی از انقباض بیش از حد جلوگیری کند. برای رسیدن به چنین هدفی تغذیه‌ها باید به گونه‌ای طراحی شوند که پس از اتمام انجماد قطعه منجمد شوند و انقباض در آن‌ها صورت بگیرد و نه در قطعه اصلی.

شبکه مسیری که ماده مذاب را به قطعه می‌رساند با عنوان شبکه راه‌گاهی (gating system) شناخته می‌شود. کاسه یا حوضچه مذاب‌ریزی (pouring cup) قسمتی از شبکه راهگاهی است که مذاب به داخل آن ریخته می‌شود. پس از کاسه، ماده مذاب به مذاب‌رو (Sprue) که لوله عمودی ورود مذاب به قالب می‌باشد رسیده و از آنجا از طریق مسیر افقی که راه‌گاه (Runner) نامیده می‌شود به دروازه می‌رسد. گلویی یا دروازه‌ها (Gate) ورودی‌های کنترل شده ماده مذاب به حفره اصلی هستند. در نهایت ماده مذاب از طریق دروازه به داخل حفره اصلی می‌رسد. ممکن است مسیرهای دیگری به عنوان هواکش (Vent) به ادامه مسیر اضافه شوند که وظیفه آن‌ها خارج کردن هوای داخل حفره و گازهای تشکیل شده در هنگام مذاب ریزی است.

محل تلاقی دو قالب بالایی و پایینی معمولاً به صورت یک خط ممتد برجسته بر روی قطعه نهایی قابل مشاهده است که به آن خط جدایش (Parting Line) می‌گویند. برای اینکه قالب‌ها به راحتی از داخل ماسه خارج شوند و خلاء در پشت آن‌ها شکل نگیرد معمولاً تمام سطوح عمود کمی شیبدار و مخروطی ساخته می‌شود که به این شیب دیواره (Draft) می‌گویند.

قالب‌های ساخته شده از ماسه نسبتاً ارزان بوده، و حتی تحمل دمای بالای ریخته‌گری فولاد را نیز دارند. به جز ماسه از ماده چسبنده مناسبی نیز استفاده می‌شود که معمولاً خاک رس است. این مخلوط معمولاً توسط آب و گاه با ماده دیگری مرطوب می‌شود تا چسبندگی مورد نیاز برای ساخت قالب ایجاد گردد. این قالب‌ها معمولاً توسط فریم‌ها یا چهارچوب‌هایی فلزی یا چوبی حفاظت می‌شوند که به آن «درجه» یا «فلاسک» می‌گویند.

پس از اینکه قالب‌گیری انجام شد و ماهیچه‌ها در جای خود گذاشته شدند، دو نیمه قالب با هم جفت شده و وزنه‌گذاری می‌شوند. طراحی تغذیه‌ها برای تأمین فلز مذاب لازم، هنگام انجماد قطعهٔ ریختگی نیز از اهمیت برخوردار است. حوضچه بارریزی نیز به عنوان یک تغذیه عمل می‌کند. پس از انجماد قطعه ریختگی لرزانده شده و از قالب بیرون آورده می‌شود و ماسه لایه‌های اکسیدی که به قطعهٔ ریختگی چسبیده‌اند، با ارتعاش یا با سندبلاست کردن از آن جدا می‌شوند. قطعات ریختگی آهنی با پاشیدن ساچمه فولادی یا ماسه سنگ تمیز می‌شوند. قطعات ریختگی را می‌توان با روش الکتروشیمیایی یا اسیدشویی یا مواد شیمیایی تمیز کاری کرد.

تقریباً تمام فلزات موجود در بازار را می‌توان ریخته‌گری ماسه‌ای کرد. دقت ابعادی به خوبی دیگر ریخته‌گری‌ها نیست ولی اشکال پیچیده را با آن می‌توان ریخته‌گری کرد. ریخته‌گری ماسه‌ای برای تولیدهای کم، اقتصادی است و هزینهٔ تجهیزات آن اغلب پایین است.

اولین مرحله در ریخته‌گری ماسه‌ای ساخت الگو (Pattern) یا مدل است. الگو یک کپی از قطعه‌ای است که قرار است ریخته‌گری شود، به همراه اصلاحاتی که الزامات فرایند ریخته‌گری نیز در آن در نظر گرفته شده‌است. عواملی از قبیل تعداد قالب‌هایی که قرار است از این الگو ساخته شود، اندازه و شکل قطعه ریختگی، دقت ابعادی و جزئیات مورد نیاز، و فرایند ریخته‌گری، جنس الگو را تعیین می‌کنند. معمولاً از الگوهای چوبی به علت ارزانی و سادگی ساخت، برای قطعاتی که قرار است در تیراژ کم تولید شوند، استفاده می‌کنند. اما چوب پایداری ابعادی خیلی زیادی نداشته و ممکن است با رطوبت تغییر شکل دهد. الگوهای فلزی گران‌قیمت‌تر بوده، اما پایداری ابعادی بیشتری دارند و به همین دلیل برای قطعات با تیراژ بالا از آن‌ها استفاده می‌شود. استفاده از پلی یورتان‌ها، که نوعی پلاستیک سخت است امروزه بسیار متداول شده‌است.

یکی از پیشرفت‌های مهم در صنعت قالب‌سازی و ساخت الگو، استفاده از نمونه سازی سریع است. به عنوان مثال، در ریخته‌گری ماسه‌ای، می‌توان در کسری از زمان و با هزینه‌ای بسیار کمتر از هزینه ماشین‌کاری، الگویی را در دستگاه نمونه سازی سریع ساخت و روی صفحه نگهدارنده بست.

چاپ سه‌بعدی (به انگلیسی: Three-Dimensional Printing: 3D Printing) شامل مجموعه‌ای از فرایندها است که مواد به‌صورت کنترل‌شده‌ای به یکدیگر پیوند داده می‌شود تا یک شی سه‌بعدی ساخته شود. معمولاً این کار به‌صورت لایه‌لایه انجام می‌شود. در تعریفی دیگر، چاپ سه‌بعدی هر فرایندی را گویند که در آن با قرارگیریِ پی‌درپیِ لایه‌هایی به روی یکدیگر، در یک سطح‌مقطع دوبعدی، اشیائی سه‌بعدی ساخته می‌شود. این فرایند نظیر همان رویدادی است که با پاششِ مرکب یا جوهر بر روی کاغذ در انواع دیگر چاپ سراغ داریم؛ با این تفاوت که در چاپ سه‌بعدی این اتفاق با تبلور، سفت‌شدن یا انقیاد یک مادهٔ مایع یا پودرمانند در هر نقطه از مقاطعِ عرضیِ آن جسمی که می‌خواهیم چاپش کنیم می‌افتد. وجود رایانه در چنین فرایندی یک ضرورت است، چراکه اساس آن بر «طراحی به کمک رایانه (کَد)» استوار است.

اولین فناوری چاپ سه‌بعدی در سال ۱۹۸۰ میلادی مشاهده شد. دکتر کودامای ژاپنی اولین بار این فناوری را به نام خود ثبت کرد. در آن زمان این فناوری نمونه‌سازی سریع خوانده می‌شد، این نام‌گذاری به این دلیل بود که این فناوری در واقع برای ساخت سریع و کم‌هزینهٔ نمونهٔ اولیه برای یک تولید انبوه طراحی شده بود.

سپس «چالز چاک هال» در سال ۱۹۸۶ میلادی دستگاه استریولیتوگرافی را به نام خود ثبت کرد. البته هال دستگاه خود را در سال ۱۹۸۳ اختراع کرده بود (هال بعدها گفت که اختراعش از تلاش برای حل یک مشکل شروع شد: اولین بار در سال ۱۹۸۳ ایدهٔ چاپ قطعات سه‌بعدی به ذهن چاک هال خطور کرد، در شرکتی حوزهٔ صنعت مبلمان کار می‌کرد که برای سخت کردن پوشش روی میزها از اشعهٔ UV استفاده می‌کردند.او در طول کار مجبور بود نمونه‌های پلاستیکی را از طریق نوعی قالب‌گیری تولید کند که خودش آن را «فرایندی واقعاً خسته کننده» توصیف می‌کرد. او با در نظر گرفتن زمان و تلاش لازم برای این کار، به دنبال راهی بود که روند کاری خود را ساده‌تر و سریع تر کند). چاک هال بعد از ثبت اختراع در حال تأسیس و جذب سرمایه‌گذار برای شرکت 3D Systems بود که در آن زمان به نام RP Systems شناخته می‌شد و هم‌اکنون نیز یکی از بزرگ‌ترین فعالان حوزهٔ چاپ سه‌بعدی است. در آنجا بود که اولین نمونهٔ این دستگاه را با نام SLA-1 ساخت و در سال ۱۹۸۷ میلادی آن را معرفی کرد و در سال ۱۹۸۸ به اولین تست موفق دست پیدا کرد.

در همان زمان‌ها کارل دکارد که در دانشگاه تگزاس مشغول بود در سال ۱۹۸۷ فرایند نمونه‌سازی فوری با پخت لیزری قابل انتخاب را با نام خود پر کرد. این ثبت اختراع در سال ۱۹۸۹ میلادی صادر شد و بعد از آن مجوزش به DTM Inc. داده شد و بعدها توسط 3D Systems خریداری شد.

در همان سال ۱۹۸۹ میلادی اسکات کرامپ، یکی از مؤسسان Stratasys Inc, ثبت اختراع دستگاه مدل‌سازی لایه‌های مذاب را اعلام کرد و آن را به کمپانی اختصاص داد. البته این فناوری هم‌اکنون به‌صورت مدل متن‌باز رِپ‌رَپ (RepRap) بسیار فعال است.

اصطلاح «چاپ سه‌بعدی» (اختصاراً 3DP) نخست به فرایند ویژه‌ای تخصیص یافت که توسط دانشمندان دانشگاه ام‌آی‌تی در سال ۱۹۹۳ (۱۳۷۲ش) ثبت اختراع شد و سپس طی قراردادهایی اجازهٔ (لیسانس) آن به کارخانه‌داران زیادی واگذار شد. امروزه این اصطلاح به‌مثابهٔ یک عنوان عام برای شماری از فرایندهای مرتبط نیز استفاده می‌شود.

مواردی که در بالا به آن‌ها اشاره شد بخشی از مهم‌ترین فعالیت‌ها در تاریخ حوزهٔ چاپ سه‌بعدی بود که هم‌اکنون این فناوری را به مکانی که هست رسانیده. به‌غیر از موارد بالا اتفاقات دیگری نیز در این حوزه رخ داده است، مانند ساخت اولین چاپگر رومیزی، اولین چاپگر ارزان‌قیمت و …

با اینکه روش‌های مختلفی برای چاپ سه‌بعدی وجود دارد، اما مراحل اصلی همهٔ آن‌ها مشترک است:

۱. ساخت فایل سه‌بعدی: اولین مرحله در چاپ سه‌بعدی ساخت مدل سه‌بعدی آن در رایانه است. این کار به کمک تمامی نرم‌افزارهای مدل‌سازی سه‌بعدی مرسوم یا CAD انجام می‌شود. از مهندسی معکوس و اسکن سه‌بعدی قطعه‌ای که موجود است نیز در بعضی موارد می‌توان استفاده کرد.

۲. ساخت فایل STL مدل: برای اینکه چاپگر سه بعدی، بتواند مدل سه بعدی طراحی‌شده را شناسایی کند، فرمت CAD این مدل باید تبدیل به فرمتی شود که برای چاپگر۳بعدی قابل خواندن باشد؛ برای این منظور، فایل باید تبدیل به فرمت اس‌تی‌ال (STL: STereoLithography) شود. فرمت‌های 3DP و OBJ نیز با محبوبیت کمتری کاربرد دارند. فرمت اس‌تی‌ال برای معرفی مدل به چاپگر از چندوجهی‌ها یا مثلثها استفاده می‌کند. پس از ساخت فایل اس‌تی‌ال، آن را داخل یک برنامه ـ که عمل لایه‌گذاری فایل را انجام می‌دهد و «Slicer» نامیده می‌شود ـ در اصطلاح، Import یا واردسازی می‌کنیم. برنامهٔ «اسلایسر» مدل را می‌گیرد و آن را تبدیل به G-code می‌کند. جی‌کد زبان برنامه‌نویسی دستگاه‌های سی‌ان‌سی و چاپگرهای سه‌بعدی است.

۳. چاپ مدل: دستگاه‌های مختلف وجود دارند که هر کدام با سازکارهای مختلفی قطعهٔ مدل را چاپ می‌کنند.

۴. جدا کردن قطعهٔ چاپ شده: در بعضی دستگاه‌ها جدا کردن قطعهٔ کاملاً ساده و بدون مشکل انجام می‌شود. در بعضی مدل‌های صنعتی‌تر، این کار یک فرایند کاملاً فنی و دقیق است.

۵. پس‌پردازش (Post-Processing): پس‌پردازش یا مرحلهٔ پس‌تولید در فناوری‌های مختلف متفاوت است. در بعضی موارد قطعه باید زیر اشعهٔ فرابنفش به‌عمل آید.

چاپ سه‌بعدی، به عنوان یک فناوری نوظهور، به مجموعه متنوعی از مهارت‌ها نیاز دارد. اگرچه برخی از جنبه‌های چاپ سه‌بعدی به دلیل پیشرفت نرم‌افزارها ساده‌تر شده است، اما برای دستیابی به بهترین نتایج و ایجاد قطعات با کیفیت بالا، داشتن دانش و تجربه در حوزه‌های مختلف ضروری است.

• کاربری نرم‌افزارهای برش (Slicing): نرم‌افزارهای برش، مدل‌های سه‌بعدی را به لایه‌های نازک تقسیم کرده و دستورالعمل‌های چاپ را برای پرینتر ایجاد می‌کنند. تسلط بر نرم‌افزارهایی مانند Cura, PrusaSlicer و Simplify3D برای تنظیم پارامترهای چاپ و بهینه‌سازی نتایج بسیار مهم است.
• آماده‌سازی مدل‌های سه‌بعدی: اطمینان از کیفیت بالای مدل‌های سه‌بعدی، رفع مشکلات هندسی و بهینه‌سازی مدل‌ها برای چاپ، از جمله مهارت‌های ضروری هستند.
• بارگذاری مواد و کالیبراسیون: هر پرینتر سه‌بعدی دارای مواد و تنظیمات خاص خود است. آشنایی با نحوه بارگذاری مواد، تنظیمات اولیه و کالیبراسیون دستگاه برای اطمینان از عملکرد صحیح آن ضروری است.

• مهارت‌های پیشرفته

  • DFM): طراحی قطعاتی که به راحتی قابل چاپ باشند، نیازمند درک اصول DFM است. این اصول شامل رعایت محدودیت‌های هندسی، به حداقل رساندن سطوح آویزان و انتخاب مواد مناسب است.
  • مدل‌سازی سه‌بعدی: توانایی ایجاد مدل‌های سه‌بعدی از ابتدا با استفاده از نرم‌افزارهای CAD مانند SolidWorks, Fusion 360 یا Blender، به طراحان اجازه می‌دهد تا ایده‌های خود را به واقعیت تبدیل کنند.
  • تعمیر و نگهداری پرینتر: آشنایی با اجزای مختلف پرینتر و نحوه تعمیر و نگهداری آن‌ها، به افزایش طول عمر دستگاه و کاهش مشکلات کمک می‌کند.
  • مواد و فرآیندهای مختلف: چاپ سه‌بعدی با طیف وسیعی از مواد و فرایندها انجام می‌شود. آشنایی با انواع مواد، ویژگی‌های آن‌ها و فرآیندهای مختلف چاپ، به انتخاب بهترین گزینه برای هر پروژه کمک می‌کند.

  • مهارت‌های جانبی مفید

    • حل مسئله: در چاپ سه‌بعدی، مشکلات مختلفی ممکن است پیش بیاید. توانایی تحلیل مشکلات و یافتن راه حل‌های خلاقانه، یک مهارت ارزشمند است.
    • کار گروهی: در بسیاری از پروژه‌ها، همکاری با افراد دیگر ضروری است. توانایی کار در تیم و ارتباط مؤثر، به موفقیت پروژه کمک می‌کند.

    • ویژگی چاپگرهای سه‌بعدی

      تمامی روش‌های چاپ سه‌بعدی ـ که به‌اصطلاح «تولید افزایشی» یا «ساخت افزایشی» نامیده می‌شوند ـ وجه مشترکشان این است که پردازش در آن‌ها به‌صورت پی‌رفتی یا مرحله‌مرحله انجام می‌شود ـ برخلاف آنچه در ریخته‌گری یا قالب‌ گیری به‌صورت تک‌مرحله‌ای رخ می‌دهد، که فرایندی تحکیمیدارند؛ یا آنچه در برش‌کاری یا براده‌برداری از یک تودهٔ مکعبی حاصل می‌شود، که فرایندی کاهشی را طی می‌کنند. ساخت به روش‌های چاپ سه‌بعدی نسبت به شیوه‌های رایجِ پیشین امتیازات مهمی دارد، ازجمله:

      • عدم نیاز به تجهیزات گران‌قیمتی که در کارخانجات ذوب فلزات و برای فرایند فرزکاری به‌کار گرفته می‌شود؛
      • قابلیت ساخت قطعاتی با ساختار پیچیده و نامتعارف سفارشی، در مدتی کوتاه؛
      • تولید ضایعات کمتر.

      از طرف دیگر، اشکالاتی هم در قیاس با شیوه‌های سنتی ساخت و تولید بر آن وارد است:

      • امکان تولید در تعداد و سرعت کم؛
      • استحکام، دقت و جلای کمتر سطوح؛
      • مواد به‌نسبت محدودی که می‌توانند پردازش کنند و جنس محصولات خروجی را تشکیل دهند؛
      • محدودیت بسیار در خصوص ابعاد سازه‌ای که می‌توان با قیمتی متعادل و بدون اعوجاج از این طریق ساخت.

      • وجه مشترک چاپگرهای سه‌بعدی

        ساختار لایه‌لایه و کاربست یک طراحی سه‌بعدی کَد در این چاپ اساساً همان دو چیزی است که چاپ سه‌بعدی را نه‌تنها از چاپ‌های دیگر که دوبعدی هستند، بلکه از تمامی شیوه‌های سنتیِ تولید اجسام متمایز می‌کند. برای ساخت یک جسم توسط چاپگر سه‌بعدی صدها و بلکه هزاران لایه بر روی یکدیگر سوار می‌شوند تا فرم نهایی شکل بگیرد و در مرتفع‌ترین نقطهٔ راستای عمودی‌اش تکمیل شود. به این فرایند تولید افزایشی گفته می‌شود. توسط نرم‌افزارهای کَد، مهندسان مدل رایانه‌ای سه‌بعدی حجم موردنظر را آماده می‌کنند، تا با چاپگر سه‌بعدی ساخته شود. این مدل برای ماشین به برش‌های متعدد دوبعدی ترجمه می‌شود و ـ مبتنی بر یک دستورالعمل ـ به چاپگر گفته می‌شود که مادهٔ اولیه را دقیقاً در کدام مناطق هر یک از لایه‌های متوالی پر کند.

      • در واقع این واژهٔ تولید افزایشی (additive manufacturing)است که این روش تولید را از تمامی متدهای تولید سنتی جدا کرده است. متد چاپ سه‌بعدی به‌نحوی است که لایه‌هایی با دقت کسری از میلی‌متر را به‌صورت بخش بخش می‌سازد در حالی که متدهای سنتی تماماً بر اساس براده‌برداری یا قالب‌ریزی و ریخته‌گری بوده‌اند و خود کلمهٔ «manufacturing» ریشهٔ لغوی در زبان فرانسوی دارد که به معنای «با دست ساخته شده» است. در روش‌های سنتی که ذکر شد محدودیت‌ها و معایب بسیاری دیده می‌شود؛ مثلاً در روش براده‌برداری که از یک قطعهٔ بزرگ‌تر به جسم نهایی می‌رسند؛ معمولاً ۹۰٪ از ماده هدر می‌رود، که هزینهٔ زیادی برای تولیدکننده و درنتیجه مصرف‌کننده خواهد داشت. در مقابل ایدهٔ چاپ سه‌بعدی لایه‌ها را بر روی هم می‌سازد و هدررفت کمتری مادهٔ اولیه خواهیم داشت، به‌صورت خودکار انجام می‌شود و دقت بالایی نیز دارد.

چاپ سه‌بعدی یک فناوری توانمند است که طراحان را تحریک و تشویق می‌کند و به آن‌ها آزادی طراحی بی‌سابقه‌ای می‌دهد و این در حالی است که این فرایند ابزار کمتری نیاز دارد و نتیجتاً باعث کاهش هزینه‌های سنگین می‌شود. همچنین به‌وسیلهٔ این فناوری قطعات را می‌توان به‌طور خاص طراحی کرد و نیازی به مونتاژ با هندسه و ویژگی‌های پیچیده برای دستگاه نیست.

این فناوری همچنین به‌عنوان یک فناوری با مصرف بهینه انرژی ظهور کرده است و همچنین هیچ‌گونه آلودگی‌ای برای محیط زیست ندارد. با استفاده از مواد استاندارد طول عمر قطعات بیشتر می‌شود، آن‌ها کاهش می‌یابد و در عین حال استحکام بالا می‌رود.

معمولاً چاپ سه‌بعدی برای ساخت پیش نمونه های پلاستیکی یا فلزی در فرایند طراحی اجزائی جدید از یک محصول بزرگ‌تر کاربرد دارد. بااین‌حال، می‌تواند در ساخت یک محصول کامل برای ارائه به مشتریان نیز به‌کار آید. آنچه با چاپگرهای سه‌بعدی ساخته می‌شوند دامنهٔ وسیعی دارد: از پیکره‌های کوچک پلاستیکی گرفته، تا بافت قالب‌ها، قطعات استیل ماشین‌آلات، و ایمپلنت‌های تیتانیوم که در جراحی استفاده می‌شوند.

امروزه مدل‌سازی سه‌بعدی در رشته‌های گوناگونی همچون قطعه سازی، معماری، طراحی صنعتی، روباتیک، صنایع هوافضا و… رایج است. این مدل‌سازی‌ها تا پیش از این به شکل تصاویر دوبعدی روی صفحه‌های نمایشگر یا روی کاغذ ارائه می‌شدند تا افراد با دیدن آن‌ها درکی از آنچه طراحان در ذهنشان دارند بدست آورند.

چاپگرهای سه‌بعدی توانایی تولید هر نوع قطعه‌ای با هر شکل و زاویه‌ای که باشد، تو پر باشد، یا تو خالی، صاف باشد یا منحنی، … هر قطعه‌ای با هر طراحی را دارد. این نیاز در همه جا قابل لمس است. صنعت، پزشکی، آموزشی، خودرو سازی، نظامی و هر کاری که نیاز به شبیه‌سازی، تولید ماکت و ساخت طرح اولیه دارد، با استفاده از چاپگر سه‌بعدی، هم می‌تواند، فرایند زمان‌بر شبیه‌سازی و ساخت ماکت قطعات را تسریع بخشد و تنها با چاپ گرفتن طرح سه‌بعدی در زمانی بسیار کم، به بررسی قطعه بپردازد.

امکان‌سنجی و ایده پردازی چاپ‌های سه‌بعدی برای بار اول در سال ۱۹۵۰ به ذهن دانشمندان راه یافت. طرح اولیهٔ چاپگرهای سه‌بعدی در دههٔ هشتاد با نام پیش‌ نمونه‌ سازی فوری ارائه و اولین نمونه از آن توسط چارز هال ساخته و به نام این دانشمند ثبت شد. اما چاپگرهای سه‌بعدی امروزی برای اولین‌بار با روش استریولیتوگرافی (SLA) در سال ۱۹۸۶ ساخته و دو سال بعد وارد بازار شدند. در سال‌های اخیر فناوری چاپ سه‌بعدی از پیش‌نمونه‌سازی فوری و فرایند تولید صنعتی فراتر رفته است به کمپانی‌های کوچک و حتی فعالیت‌های شخصی راه پیدا کرده است.

چاپگرهای سه‌بعدی تجاری هرروز فرایند تولیدشان را بهبود می‌بخشند و با پیشرفت‌های ریزودرشت می‌روند تا راه خود را در بازارِ وسایلِ تولیدکنندهٔ یک محصول نهایی باز کنند. همچنین، پژوهشگران دائماً در پی آزمایش مواد و راهکارهای متفاوت برای یافتن راه‌هایی هستند که بتوان با چاپگرهای سه‌بعدی محصولات ناهمگونی را از بدنهٔ خودرو گرفته، تا بلوک‌های سیمانی و محصولات خوراکی از مواد غذایی تولید کرد.

از اوایل دههٔ ۱۳۹۰، چاپ سه‌بعدی خانگی در ایران با ورود پرینترهای ارزان‌قیمت ساخت چین و کیت‌های باز DIY رونق گرفت. نخستین فب‌لب رسمی کشور در سال ۱۳۹۴ در دانشگاه هنر اسلامی تبریز افتتاح شد و بلافاصله با برگزاری رویداد «فب‌لَب‌دیزاین‌کمپ» به دانشجویان امکان ساخت چاپگر دلتا را داد.در سال‌های ۱۳۹۶ تا ۱۴۰۰، کارگاه‌های آنلاین متعددی در شبکه‌های اجتماعی با محوریت «پرینتر سه‌بعدی خانگی» شکل گرفت که معروف‌ترین‌شان کانال تلگرام «۳DPrintHome» بود؛ این کانال بیش از ۴۰٬۰۰۰ عضو دارد و آموزش مونتاژ کیت «Prusa i3 Clone» را به‌صورت رایگان منتشر کرده‌است. به‌گفتهٔ انجمن «ساخت افزایشی ایران»، تا پایان ۱۴۰۲ بیش از ۲۵ فب‌لب دانشگاهی و خصوصی در ۱۵ استان فعال بوده‌اند که خدمات پرینت رزینی و FDM را با کارمزد بین ۷ تا ۱۵ هزار تومان بر گرم فیلامنت ارائه می‌کنند.پروژه‌های شاخص DIY در ایران شامل ساخت «دست مصنوعی چاپ‌شده» برای کودکان قطع عضو در لابراتوار «بنیاد فن‌آوری‌های همگرا» و توسعهٔ پرینتر بزرگ‌مقیاس بتن در دانشگاه علم‌وصنعت است.

چاپ سه‌بعدی در هوافضا، نوآوری سریع و پروازی با اعتمادبه‌نفس را رقم می‌زند. این فناوری به محققان کمک می‌کند ایده‌های خود را به‌راحتی تصویرسازی کنند و بهتر بتوانند تحقیقات خود دربارهٔ فضای ماوراء جو زمین را کامل کنند. در گذشته، طراحان در هوافضا باید زمان زیادی را صرف تصور و مدل‌سازی می‌کردند. امروزه فناوری چاپ سه‌بعدی این اجازه را به مهندسان هوافضا می‌دهد که در ساخت تجهیزات، دستگاه‌ها و قطعات یدکی هواپیما بتوانند اختراعات خود را به‌سادگی نمونه‌سازی کنند و قالب‌های مختلفی را چاپ کنند و حتی در تعمیر قطعات هواپیمای خود سرعت عمل بیشتری داشته باشند. عدم وابستگی به ساخت در قالب‌ها و درنتیجه افزایش توانایی برای تولید قطعات پیچیده بدون محدودیت در هندسه باعث شده که این روش نسبت به روش‌های قدیمی‌تر همچون ریخته‌گری و ماشین‌کاری پیشرفت چشمگیری داشته باشد. از مزایای استفاده از این فناوری ساخت قطعات یکپارچه و مستحکم است، به گونه‌ای که دیگر نیاز به مونتاژ چندین قطعه روی هم نیست. در سال‌های اخیر، شاهد تولید نهایی قطعات موتور فضاپیماها و موشک‌ها توسط چاپگرهای سه‌بعدی هستیم. با توجه به محدودیت‌های موجود در به‌کارگیری روش‌های دیگر ساخت قطعات در فضا شیوهٔ استفاده از چاپ سه‌بعدی روشی منحصربه‌فرد در ساخت قطعات موردنیاز در فضا است.

بطورکلی کاهش وزن سبب کاهش سوخت در صنعت هواپیماسازی می‌شود. شرکت تحقیقاتی EADS موفق به تولید قطعاتی شده است که از نظر وزن بسیار سبک‌تر از نمونه‌های مشابه است.

ساخت سریع جزئیات ساختمان، مدل‌ها و ماکت‌های بادوام از طراحی‌های مختلف معماری بهتر از هر روش دیگری با چاپ سه‌بعدی امکان‌پذیر شده است. فناوری چاپ سه‌بعدی به معماران و شرکت‌های معماری کمک می‌کند که به طرز حیرت‌انگیزی ماکتی بادوام و دقیق از مدل‌های طراحی‌شده و آرایه‌های مختلف طرح خود داشته باشند.

معماری چاپ سه‌بعدی، مرزهای ساخت و ساز را فراتر از زمین گسترش می‌دهد. شرکت فاستر اند پارتنرز در همکاری با آژانس فضایی اروپا، در حال بررسی امکان ساخت زیستگاه‌های قمری با استفاده از چاپ سه‌بعدی است. طرح پیشنهادی شامل یک پایه قابل حمل است که با استفاده از خاک ماه به عنوان ماده اولیه، توسط یک چاپگر سه‌بعدی روباتیک به یک سازه محافظ تبدیل می‌شود. این فناوری نوآورانه، پتانسیل زندگی انسان در محیط‌های سخت مانند ماه را افزایش می‌دهد. نام این خودرو که نخستین خودرویی است که با این تکنولوژی ساخته شد Urbee می‌باشد

چاپ سه‌بعدی نمونه طراحی شده قطعات در خودروسازی و بررسی دقیق نمونه، قبل از تولید، از کوچک‌ترین خطایی در تولید جلوگیری می‌کند و به طراحی دقیق‌تر تجهیزات کمک می‌کند. مهندسان می‌توانند، با چاپ سه‌بعدی نمونهٔ قطعات با حجم کم، بررسی‌های لازم را دقیق‌تر انجام دهند و از تولید و اشتباهات مکرر جلوگیری کنند. چاپ سه‌بعدی موانع نوآوری در تولید را می‌شکند و حرکت در راستای تولید مطمئن را سرعت می‌بخشد از نمونه‌هایی برای پرینت سه بعدی در خودروسازی می‌توان به شرکت Forge Motorsport اشاره کرد که قطعات پس از فروش خودروهای پرفورمنس را تولید می‌کند، از پرینت سه بعدی برای نمونه سازی قطعات آنها استفاده می‌کند. وقتی تویوتا یاریس GR عرضه شد، مهندسان فورج متوجه چند فرصت برای بهبود طراحی مجرای ورودی شدند – جابجایی دهانه جعبه هوا و افزایش اندازه کلی قطعه – که نوسانات دمای هوای ورودی (IAT) را کاهش می‌دهد. پیش‌بینی عملکرد موتور را دشوار می‌کند، در حالی که دمای متوسط را به‌طور کلی کاهش می‌دهد. آنها بخش OEM را با استفاده از اسکن سه بعدی مهندسی معکوس کردند و تغییرات طراحی را به صورت مجازی در SOLIDWORKS ایجاد کردند، جایی که توانستند جریان هوا را شبیه‌سازی کنند. هنگامی که آنها یک مدل سه بعدی قابل اجرا داشتند، نمونه اولیه آن را با پرینت سه بعدی ساختند، که برای تأیید مکان جدید برای باز شدن جعبه هوا استفاده کردند. همان‌طور که در نظر گرفته شده است کار می‌کند و افزایش اندازه کلی قطعه با سایر اجزا یا کابل‌ها تداخلی ایجاد نمی‌کند. با تأیید تناسب اولیه، آنها این قطعه را با یک ماده قوی و مقاوم در برابر ضربه، مجدداً پرینت کردند، آن را سیاه کردند تا شبیه قسمت نهایی شود، و آن را به مشتری داد تا آزمایش کند. مشتری به مدت پنج ماه از قطعه پرینت سه بعدی در Yaris GR خود استفاده کرد و در این مدت داده‌هایی را در مورد عملکرد در شرایط مختلف از جمله در مسیرها و صعودهای سربالایی جمع‌آوری کرد. IAT در قسمت استوک بین ۴۲–۴۵ درجه سانتیگراد متفاوت بود، با تغییرات قابل توجهی در طول دوره مسابقه مشاهده شد. با بخش بازطراحی شده، پرینت شده در رزین Tough 1500، مشتری IATها را بین ۳۵–۳۶ درجه سانتی گراد اندازه‌گیری کرد. همان‌طور که پیش‌بینی می‌شد، بخش بازطراحی شده هم دارای IAT کمتر و هم نوسانات کاهش یافته بود. با در دست داشتن این داده‌ها، با اطمینان از اینکه بخش آنها نسبت به طراحی OEM بهبود یافته است، فورج به سمت تولید قطعه نهایی تولید با فیبر کربن حرکت کرد. شرکت سوئدی کونیگزگ در سال ۲۰۱۴ یک ابرخودرو را معرفی کرد که بسیاری از اجزای آن از طریق تکنولوژی پرینترهای سه بعدی طراحی و اجرا شده بود.

تولیدات صنعتی بر پایهٔ طراحی دقیق و حرفه‌ای قطعات استوار است. این امر نیاز به بررسی دقیق نمونه قبل از تولید دارد، که چاپگرهای سه‌بعدی کمک شایانی در این زمینه به تولیدکنندگان می‌کند. با استفاده از چاپ سه‌بعدی، می‌توان سفارش‌های سریع قطعات با ساختار پیچیده را با تمام جزئیات بررسی و نواقص را رفع کرد.

تجهیزات نظامی دارای ساختاری پیچیده و قطعاتی ظریف و حساس است، که این امر مدل‌سازی و ماکت‌سازی طرح اولیه را مشکل می‌کند. با استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی، می‌توان هر نوع قطعه‌ای با هر ساختاری را چاپ کرد. در طراحی‌های صنعتی به‌عنوان پیش‌ساز قطعات نیز از چاپگرهای سه‌بعدی استفاده می‌شود.

برای تولید تجهیزات پزشکی و طراحی‌های دقیق در این زمینه، و همچنین تولید اندام‌های مصنوعی، نیاز به تولید طراحی قالب‌هایی با ابعاد و متریال بادوام است که چاپگرهای سه‌بعدی پاسخگوی این نیاز در علم پزشکی‌اند.

محصولات ساخته شده با پرینتر سه بعدی بمنظور استفاده در بدن افراد حتماً باید از مواد زیست سازگار (بیو پلیمری) ساخته شده باشند تا باعث ایجاد واکنش‌های آلرژیک یا مسمویت نشوند. امروزه تعداد متریال‌های زیست سازگار از گذشته بیشتر شده است که به پزشکان و دندانپزشکان و همچنین طیف گسترده‌ای از مهندسان حوزه علوم پزشکی این امکان را می‌دهد محصولات اختصاصی کاملاً منطق با شرایط بیمار را چاپ و آن را برای تماس کوتاه مدت یا بلند مدت با پوست (پوشیدنی‌ها، تست تشخیص کوید، سمعک، تجهیزات محافظت شخصی) یا برای استفاده در داخل بدن انسان (پروتزهای مصنوعی، تعویض مفصل، ایمپلنت استخوان، فنرهای عروقی) تولید کنند.

عمده‌ترین متریالهای زیست چاپ سه بعدی عبارتند از: رزین‌های دندانپزشکی و پروتز - بیوپلیمرهای فک و دندانی - متریالهای پلیمری نایلون و پلی پروپیلن - متریال فلز زیست سازگار برای ایمپلنت‌های دائمی.

پنج شرکت از دَه تولیدکنندهٔ بزرگ ارتوپدی جهان- Stryker, Johnson & Johnson, Smith & Nephew, Zimmer و Biomet- برای تولید ایمپلنت‌های پزشکیِ زانو، باسن، ستون فقرات، مچ پا و موارد دیگر به استفاده از چاپ سه بعدی روی آورده‌اند. ایمپلنت‌های ستون فقرات جزو رایج‌ترین پرینتها هستند و شرکتهای NuVasive, SeaSpine, Tsunami Medical و Orthofix Medical همگی ایمپلنت‌های تیتانیوم متخلخل چاپی را ارائه می‌دهند که برای همجوشی با منطقهٔ قدامی کمر طراحی شده‌اند.

زیست سازگاری در ایالات متحده طبق FDA (و در اتحادیه اروپا بر اساس MDCG) به سه کلاس ۱، ۲ و ۳ دسته‌بندی می‌شود. در سایر نقاط جهان، سیستم‌های مشابهی وجود دارد اما طبقه‌بندی یکسانی ندارند. برای مثال، یک محصول کلاس ۲ در ایالات متحده می‌تواند کلاس ۳ در چین باشد زیرا هنوز استانداردهای جهانی یکتایی برای این امر تدوین نشده است.

کلاس ۱ راهکار پزشکی با خطر کم تا متوسط محسوب می‌شود که به کنترلهای عمومی نیاز دارد. تقریباً نیمی از وسایل پزشکی کلاس ۱ هستند و ۹۵ درصد آنها از هرگونه نظارتی بی‌نیازند. نمونه‌های کلی از وسایل پزشکی کلاس ۱ – که فقط پوست سالم را لمس می‌کنند، شامل باندهای کشی و ابزارهای جراحی دستی می‌شود. اگر صحبت از چاپ سه بعدی دندان‌پزشکی باشد، متریال‌های کلاس ۱ معمولاً برای محصولات آزمایشی مانند قالب‌های دندان‌پزشکی استفاده می‌شود.

محصولات پزشکی کلاس ۲ دارای خطر متوسط تا زیاد هستند که به کنترلهای ویژه نیاز دارند. اگر شرکت سازنده، این مواد را در FDA ثبت و فهرست کند و با الزامات مربوطه مطابقت داشته باشد، می‌تواند آنها را به فروش برساند. انواع ابزارهای کلاس ۲ عبارتند از منگنه‌های پوستی قابل حذف، ترمیم‌های دائمی، پر کردن قالبی دندان، کاشت و دندان مصنوعی. این‌ها محصولاتی هستند که به منظور تماس با خون، مایعات بدن، اندام‌ها، بافت‌ها و سلول‌ها طراحی شده‌اند.

این دو کلاس بر اساس زمان استفاده از محصول، از محدود تا طولانی مدت تا دائمی، به زیرمجموعه‌های a و b و c تقسیم می‌شوند. برای نمونه، کلاس 2a نشان می‌دهد که آن محصولِ کلاس ۲، برای استفادهٔ محدود مثلاً کمتر از ۲۴ ساعت، تولید شده است. زیرگروه b نشان دهندهٔ استفادهٔ طولانی مدت (۲۴ ساعت تا چند روز) و زیرگروه c نشان دهندهٔ استفادهٔ دائمی (بیش از ۳۰ روز) است.

زیست سازگاری تنها یک معیار نیست، بلکه چندین معیار تحت نظارت سازمان استاندارد بین‌المللی (ISO) است. به‌طور خاص، استاندارد ۱۰۹۹۳ و زیرمجموعه‌های آن، انواع زیست سازگاری را نشان می‌دهد. برای نمونه، استاندارد ISO 10993-5 ارزیابی دربارهٔ خطرات سمی بودن مواد برای سلول‌های زنده (یا سمیت سلولی) است، درحالیکه ۱۰۹۹۳–۱۰ به مواد محرک یا حساسیت‌زا مربوط می‌شود. همچنین، ارزیابی‌هایی وجود دارد که آیا یک ماده قادر به ایجاد جهش ژنتیکی، التهابات پوستی یا سمیت گسترده است یا خیر. متریالهای جدید چاپ سه بعدی می‌تواند برخی یا همهٔ این استانداردها را برآورده کنند.

زیست‌چاپ سه‌بعدی اصطلاحی است که در تعریف کاربرد راهکارهای چاپ سه‌بعدی برای تولید ساختارهای زیستی، نظیر بافت‌ها و اعضای بدن، استفاده می‌شود. زیست‌چاپ عمدتاً بر مبنای فنّاوری‌های موجودِ چاپ، نظیر چاپ جوهرافشان و لیزری، توسعه یافته است؛ با این تفاوت که در آن از جوهر زیستی (تعلیقهایی از سلولهای زنده و محیط کشت سلولی) استفاده می‌شود، و ممکن است در مایکروپیپتها یا ابزاری نظیر آن آماده شده باشد که نقش کارتریج را در چاپگر ایفا می‌کند. اعضا و نسوجِ حاصل از فناوری زیست‌چاپ سه‌بعدی به کمک سلول‌های بنیادی مشخصاً در خدمت پزشکی ترمیمی قرار می‌گیرند. این فناوری قادر است به بیماری که نیاز به پیوند اعضا دارند کمک شایانی کند. فناوری چاپ زیستی سه‌بعدی با چاپ اندام‌های زنده به کمک سلول‌های بنیادی و مواد زیستی می‌تواند این مشکل را حل کند.

اسکن سه بعدی : روشی برای ایجاد نسخه دیجیتالی و سه بعدی از اشیای واقعی است . روش های مختلفی برای اسکن سه بعدی وجود دارندکه هر کدام از فناوری خاصی استفاده میکنند.برخی از این روشها برای مبتدیان و برخی دیگر توسط افراد حرفه ای به کار گرفته می شوند.در این مقاله انواع اسکنر سه بعدی چگونگی عملکرد آنها و کاربردهای اسکن 3d رابررسی میکنیم.

امروزه مهندسی معکوس به عنوان ابزاری  کاربردی در جهت پیشبرد اهداف شرکت های صنعتی قرار گرفته است. مهندسی معکوس را می توان دروازه ورود به طراحی و مهندسی تجهیزات صنعتی جدید و ارتقای محصولات قبلی دانست. بسیاری از شرکت های صنعتی دنیا پس از اعمال تغییرات و بهینه سازی طرح های خود از روش مهندسی معکوس جهت تهیه نقشه ها و مدارک فنی طرح استفاده می کنند.

طی دو دهه اخیر به دلیل تحریم های اعمال شده دربخش های مختلف صنعتی استفاده از روش مهندسی معکوس جهت نمونه سازی و طراحی قطعات و تجهیزات صنعتی باعث ایجاد خود کفایی در صنایع مختلف ارتقای توان علمی و فنی کشور و صرفه جویی ارزی شده است. بررسی های فنی و اقتصادی نشان می دهد  تولید هر قطعه با روش مهندسی معکوس باعث کاهش حداقل 50 درصدی قیمت تمام شده نسبت به نمونه مشابه خارجی شده و باعث ایجاد اشتغال خواهد شد.