فناوری Polyjet یک شیوه پرینت سه بعدی رنگی چند متریاله است که نقاط قوت فناوری استریولیتوگرافی رزین و نازلهای جوهر افشان را ترکیب می کند. علاوه بر این، بهترین ترکیب از قدرت، سرعت، کیفیت، قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری را در یک چاپ ارائه می دهد. اگر بدنبال مزیتهای خاص هنگام تولید پروتوتایپهای خود از نظر فرمولاسیون مواد، ویژگیهای مکانیکی، زیبایی شناسی و رزولوشن هستید، «پلی جت» بهترین انتخاب است.
PolyJet نام تجاری یک روش چاپ سه بعدی مبتنی بر پرتاب ذرات فوتوپلیمر رزین است که توسط کمپانی Stratasys مستقر در ایالات متحده و فلسطین اِشغالی ابداع شده است (بنیانگذار شرکت استراتاسیس، مخترع فناوری مشهور FDM هست). پلی جت دارای چندین ویژگی منحصربفرد است که آنرا از سایر فرآیندها برتر می کند؛ متمایزترین، البته، رنگ پذیری و چند ماده ای بودن شگفت انگیز آنست.
چاپگر سه بعدی پلی جت چیست؟
Polyjet (پرتاب چندگانه) از هیجان انگیزترین تکنیکهای چاپ سه بعدی است. این فناوری توسط شرکت آمریکایی استراتاسیس توسعه داده شد و هم اکنون دستگاههای آن در بازار کشورهای پیشرفته بفروش میرسد. پلی جت با وجود اینکه جزء سیستمهای 3D Printing (لایه افزایشی) رده بندی میشود، اما بعلت عملکرد متفاوتش توانسته بر محدودیتهای مرسوم پرینت سه بعدی هنگام ساخت اشیاء غلبه کند؛ آنچنانکه میتوانید در یک فرآیند پرینت، چند ماده متضاد (مثلا سخت، نرم و مقاوم به گرما) را با صدها گزینه رنگ در کل یا بخشی از قطعه گنجانده و پرینت سه بعدی کنید. متریالهای پلی جت، انواع فتوپلیمرها (رزین مایع) است که انعطاف پذیری شیمیایی و هزاران نوع ترکیب رنگ را در بالاترین رزولوشن ممکن کرده است.
ساختار پلتفرم: خب، از رزین حرف زدیم اما فکر نکنید که اینجا هم مثل دستگاههای SLA (استریولیتوگرافی) با یک مخزن و خرواری از مایع رزین درون آن مواجه خواهید شد؛ خیر – به چاپگرهای جوهرافشان فکر کنید – هد چاپ Polyjet از اسپری فوتوپلیمرهای مایع برای ایجاد شی فیزیکی حاصل از پردازش مدل سه بعدی استفاده می کند (InkJet Head). هد نازلهای هوشمند Polyjet لایه به لایه قطرات فوتوپلیمرها (رزین و …) را روی بستر ساخت مدور یا مستطیل میپاشند (بستر قبل از شروع پرینت، کاملا خشک و تمیز است) و حین ریزش مواد و تکمیل لایه با تابش UV سریعا سخت میشوند.
ساختار عملکردی پلی جت، ترکیب روش Material Jet و Stereolithography (SLA) بوده و بجای مواد پودری میتواند دهها ترکیب متفاوت مایع فتوپلیمر رزین را در هدنازل تزریق کند.
برخی منابع به غلط ذکر کرده اند که قطعات پلی جت شکننده و ضعیف هستند. خیر اینچنین نیست؛ برعکس حالت شکننده یا سطح زبر برخی تکنیکهای متریال جت (مثلا بایندرجت که شامل گرمادهی، ماده چسباننده و متریال پودری است)، در روش پلی جت درصورتیکه فایل سه بعدی CAD اصولی طراحی، چاپ بدرستی پیکربندی، دستگاه و مواد رزینی مناسب استفاده شود، میتواند قطعه مقاوم عملکردی بسازد و صرفا پروتوتایپ نمایشی محض نباشد (قطعات پلی جت استحکام کششی خوبی دارند – این فرآیند می تواند محصولات قوی، محکم و بادوام تولید کند). در تکنیک PolyJet با ترکیب فتوپلیمرهایی که حتی قابل مخلوط شدن با یکدیگر برای ایجاد یک ماده جدید هستند، مواجهیم (دیجیتال متریال) نه ماده پودری روش متریال جت؛ یک قطعه پلی جت، میتواند بخش داخلی سخت با روکش بیرونی منعطف (ضربه پذیر) شفاف داشته باشد. ذهنتان را از پودر پلیمرها بیرون ببرید و به رزینهای عمومی، دندانپزشکی، سیلیکونی، سخت یا سرامیکی دستگاههای SLA که سالهاست استفاده میشود فکر کنید. پلی جت، متریالهای پیشرفته تری نسبت به استریولیتوگرافی SLA دارد و رنگی / چند ماده ای است. در این مطلب، ما آخرین نسل فناوری پلی جت را بررسی و به ساختار دستگاههای قدیمی توجهی نکرده ایم. تنها عامل بازدارنده پرینت پلی جت، هزینه بالای آنست که محدودیت قابل توجهی برای مصرف کنندگان کم بودجه ایجاد می نماید.
پرینترهای پلی جت می توانند تا 0.1 میلی متر دقت داشته باشند تا صاف ترین سطوح و نازک ترین دیواره ها را ایجاد کنند. بنابراین، برای تولید نمونه های اولیه (پروتوتایپ) با هندسه های پیچیده ایده آل هستند. علاوه بر این، فقط در Polyjet است که میتوانید چندین ماده مختلف یا رنگ را مخلوط کنید. بطور خلاصه، شما می توانید مواد سفت و سخت را با مواد انعطاف پذیر در همان چاپ، ترکیب کنید.
Poly jet از طیف گسترده رنگ ها و ترکیب فوتوپلیمرها برای تولید نمونه های اولیه فوق العاده واقعی در سری چندتایی در یک فرآیند چاپ پشتیبانی می کند.
تعداد انگشت شماری از فرآیندهای پرینت سه بعدی تمام رنگی و چند ماده ای یا کاملا شفاف در بازار وجود دارد که PolyJet محبوبترین آنهاست. در کشورهای پیشرفته، این تکنیک توسط دهها دفتر خدمات چاپ سه بعدی مثل Craftcloud یا sculpteo ارائه می شود و بعنوان دقیقترین روش ساخت نمونه های اولیه تمام رنگی محصولات صنعتی، معماری و علوم پزشکی استفاده می گردد.
پلی جت، رزولوشن عالی، سطوح صاف و جزئیات بسیار ظریف را ارائه می دهد (مشابه کیفیت روش تزریق پلاستیک). با عرضه انواع فتوپلیمرها، پیچیده‌ترین ماشینهای PolyJet میتوانند همه چیز از پروتوتایپهای معماری و صنعتی تا بافت رنگی انسانی را در حالت سخت، مقاوم، نرم، انعطاف پذیر، ضد حرارت، ضد آب و … شبیه‌سازی کنند. اکنون قادرید نمونه‌های اولیه ای با هندسه پیچیده یا مدلها، بافت‌ها و الگوهایی ایجاد کنید که جزئیات فوق‌العاده‌ای دارند و با بیش از 1000 گزینه رنگ و دهها نوع ترکیب شیمیایی مواد برای انتخاب، میتوانید ویژگیها و زیبایی‌شناسی متنوعی در اختیار داشته باشید (در دو شیوه: چند ماده مجزا در هر بخش مدل بکار برود – چند ماده باهم مخلوط شده تا با ترکیب شیمیایی جدید، مدل چاپ شود).
فناوری Poly Jet بخاطر واقع گرایی برجسته و زیبایی نفس گیرش، مشهور شده است. این فناوری ترکیب فناوری چاپگرهای جوهر افشان و چاپگرهای SLA است، اما بجای مخزن رزین، یک هد چاپ، انواع فتوپلیمرها را بطور همزمان را روی صفحه ساخت اسپری می کند که در یک فلاش نور UV خشک می شوند.
قدرت PolyJet فقط منحصر به تمام رنگی بودن یا شفافیت کامل نیست. درست است که رنگ و بافت چاپ پلی جت خیره کننده است، اما این فناوری، انتخاب ایده آلی برای قطعات صنعتی و محصولات زیست سازگار پزشکی با ویژگیهای خاص هست.
(تاریخ ابداع): چه فناوری ای پشت سر پلی جت قرار دارد؟
تکنولوژی اولین چاپگری که قطرات فوتوپلیمر را پرتاب و با نور UV پرداخت کرد توسط شرکتی بنام Objet-Geometries سال 2000 ثبت شد و آنرا PolyJet نامیدند (بنیانگذار Hanan Gothait – او سال 2004 شرکت را ترک و سال 2005 موسس و مدیرعامل کمپانی اسرائیلی XJet شد که مخترع فناوری لایه افزایشی پاشش مستقیم جوهر نانومتری فلز و سرامیک “NanoParticle Jetting” است). در سال 2011، Stratasys شرکت Gometries را تملک کرد (در سال 2012 ادغام شدند) و فناوری را ارتقا و امکانات کاربردی آنرا گسترش داد. حالا استراتاسیس، چندین نوع ماشین PolyJet نسل جدید راه اندازی کرده است. در حال حاضر 14 مدل چاپگر PolyJet در خانواده محصولات کمپانی Stratasys وجود دارد.
چاپگر سه بعدی پلی جت چگونه کار می کند؟
فرآیند چاپ پلی جت معمولاً دارای سه مرحله اصلی است: پیش پردازش، تولید و حذف ساختارهای پشتیبانی.
- در مرحله پیش پردازش، فایل CAD خود را مستقیما به نرم افزار Poly jet وارد می کنید (به فرمت فایل واسطی مثل STL نیاز نیست). در این مرحله شما گزینه های چاپ را تنظیم می کنید. نرم افزار بطور خودکار محل قرارگیری فتوپلیمرها و مواد پشتیبانی (ستونهای موقت نگهدارنده بخشهای آویزان قطعه) را از فایل CAD محاسبه می کند. در جاهایی که برآمدگیها یا اشکال پیچیده نیاز به پشتیبانی دارند، چاپگر Polyjet یک ماده پشتیبانی قابل حذف آسان مثلا بنام FullCore 750 را پیکربندی می کند. فرآیند شبیه سازی نرم افزاری پلیمریزاسیون لایه ریز تا زمانیکه کل پیکره جسم تمام شود تکرار می شود. اگر به چندین متریال در یک مدل یا چاپ چندین مدل در یک بستر نیاز دارید، در اینجاست که اندازه، رنگها و ساختارهای پشتیبانی را تعیین میکنید.
- مرحله تولید زمانیست که در پنل دستگاه چاپگر Polyjet ، دکمه «چاپ» را فشار می دهید، مشاهده می کنید که هد جوهرافشان شروع به حرکت کرده و مواد روی بستر ترزیق می شوند. چاپ پلی جت بطور قابل توجهی سریعتر از سایر فناوریهای پرینت سه بعدی است (در قطعات کوچک). دلیلش آنست که رزین های مایع را بسرعت روی بستر چاپ می ریزد (بجای اکسترود کردن مواد نیمه جامد مثل پودر پلیمرها). در حین چاپ، قطرات ریز فوتوپلیمر با اشعه ماوراء بنفش پرداخت می شوند. این لایه های ریز روی سینی ساخت (مدور یا مستطیل) انباشته می شوند تا هزاران لایه قطعه با جزئیات بسیار بالا را ایجاد کنند.
- مرحله نهایی، حذف ساختارهای پشتیبانی؛ یعنی ستونهای نگهدارنده بخشهای آویزان قطعه که معمولا ژله ای هستند، از مدل جدا می شود؛ چه با دست یا با استفاده از آب. اغلب هیچ فرآیند دیگری برای کیورینگ قطعه Polyjet لازم نیست. قطعه هنگامیکه از چاپگر خارج شده و از بافت پشتیبانی پاک شود، برای آنالیز R&D یا استفاده مستقیم آماده است. گروه قطعات پرینت شده (batch) می توانند زیر یک جت آب تحت فشار قرار بگیرند. اینکار اجازه می دهد تا هر گونه مایع یا تکیه گاه اضافی با چند فعل و انفعال ساده شیمیایی بسرعت از بین برود. محصول نهایی دارای سطح طبیعی صافی است که میتوان آنرا بیشتر جلا داد تا شفافیت کاملی مثل تزریق پلاستیک پیدا کند. قطعات پرینت سه بعدی پلی جت نیازی به مرحله کیورینگ زمانبر استریولیتوگرافی ندارند.
مشخصات فنی پرینترهای سه بعدی پلی جت
اگرچه همه پرینترهای PolyJet رنگی نیستند، اما ماشینهای گرانقیمتی هم هستند که می توانند نیم میلیون تا ده میلیون رنگ منحصربفرد ایجاد کنند؛ در نتیجه، ساخت اشیایی بسیار واقعی از جمله ایمپلنت یکپارچه رنگی و نمونه های اولیه (پروتوتایپ) مفهومی ممکن شده است. سطح جزئیات دقیق توسط لایه گذاری بسیار ریزی بدست می آید؛ به اندازه 16 میکرون (0.0006 اینچ)، اما معمولاً در محدوده 14 تا 55 میکرون است (با گسترش و توسعه این تکنیک، دقت آن بهتر هم خواهد شد).
چاپگرهای PolyJet چندین هد چاپ مستقل دارند که به آنها امکان چاپ قطعات چند رنگ و چند ماده را می دهد. پس از اینکه قطرات بر روی سکوی ساخت قرار گرفتند، یک منبع نور UV از روی لایه عبور می کند تا آن را جامد کند. پلتفرم ساخت یک لایه به سمت پایین حرکت می کند و لایه بعدی در بالای لایه قبلی قرار می گیرد. چاپگرهای PolyJet میتوانند دو تا هفت ماده مدل را با هم ترکیب کنند تا مجموعه‌ای از ویژگیها را در یک چاپ به دست آورند تا نه تنها رنگهای مختلف، بلکه بافت‌های مختلف را نیز تولید کنند.
چاپگرهای PolyJet میتوانند سریع (بسته به تعداد موادی که در یک زمان استفاده می کنید) و بسیار دقیق (بسته به دستگاه و سرعت چاپ) باشند. البته بالاترین سطح دقت در پایین ترین سرعت چاپ قابل دستیابی است که باز هم نسبت به سایر فناوریها زمان کمتری دارد.
نکته: در سیستمهای چاپ سه بعدی PolyJet، مواد ساپورت ژله ای همزمان با مواد متفاوت چندگانه قطعه اصلی، چاپ میشوند.
پس از چاپ، مراحل پس از فرآیند لازم برای حذف مواد پشتیبانی وجود دارد مثلا آب تحت فشار می تواند تا حد ممکن مواد نگهدارنده را بدون حل کردن آن حذف کند. در سال 2022، شرکت Stratasys مواد پشتیبانی محلول در آب را برای ماشینهای J35 Pro و J55 Prime PolyJet معرفی کرد که برای برداشتن تکیه گاه ها به حمام آب نیاز دارند.
پرداخت و پوشش دهی اضافی بصورت مراحل اختیاری بسته به کیفیت قطعه مورد نیاز شماست.
تا جاییکه به نرم افزار مربوط می شود، چاپگرهای PolyJet استراتا از مخزن فایل و پنل آنلاین Stratasys GrabCAD (https://grabcad.com/library) استفاده می کنند که به شما امکان می دهد مستقیماً از این نرم افزار CAD تحت وب، چاپ را شروع کنید. مثلا دستگاه J55 از فرمت فایل 3MF پشتیبانی میکند، بنابراین میتوانید مستقیماً از نرم‌افزار رندر سه بعدی KeyShot در بافت‌های تمام رنگی و چند متریال، پرینت سه بعدی انجام دهید (Luxion KeyShot نرم افزار ویرایشگر مدل سه بعدی است که با هر نوع فایل حاصل طراحی سایر نرم افزارهای مدلینگ سازگاری دارد؛ پس می توانید فایل طراحی و مدل سازی شده را در داخل نرم افزار KeyShot وارد و شروع به تغییر رنگ، تغییر جهت نمایش، تغییر پس زمینه و بسیاری از تکنیکها و جلوه های متنوع نرم افزار Luxion KeyShot را روی مدل اعمال کنید). پس این فناوری می تواند در زمان صرفه جویی زیادی کند.
هنگام طراحی نمونه اولیه خود برای چاپ سه بعدی Polyjet، همیشه محدودیتها را در نظر بگیرید. حتی اگر مدل CAD شما تا حد امکان دقیق باشد، محصول نهایی ممکن است در معرض تغییرات در شکل، بافت، رنگ و پرداخت قرار گیرد.
فرآیند چاپ پلی جت مدل فیزیکی را کمی تغییر می دهد، اما نسبت به سایر فناوریها به میزان بسیار کمتری است. جدول مشخصات زیر نقطه شروع خوبی برای کار با چاپگر Polyjet است.
توجه کنید که مشخصات زیر در مقیاس میانگین در نظر گرفته شده اند و این محدودیتهای قطعی چاپ سه بعدی Polyjet نیست.
- Accuracy: 1-0.3 mm (30 microns)
- Layer resolution : 16 microns
- X/Y resolution : 0017 in
- Wall thickness (minimum) : 1 mm
- Feature size (minimum): 0012 in (0.3mm)
- Part dimensions (normal resolution): 3×15.35×7.9 in
- Part dimensions (maximum): 3×31.4×19.6 in
- Shore hardness range: 27 A to 95 A
- Finishes : Matte, glossy, and custom finishes depend on the type of materials
ارقام جدولهای فوق در حالت تقریبی (عمومی) هستند و عوامل متعددی از جمله پارامترهای ماشین و فرآیندهای جانبی در نظر گرفته نشده است. بنابراین اطلاعات ارائه شده الزام آور نیستند و کاملا تایید شده تلقی نمی شوند. هنگامی که عملکرد خاصی مدنظرتان است، تستهای آزمایشگاهی پلی جت باید با توجه به فرم هندسی و کارکرد قطعه شما بطور جداگانه انجام شود.
تصاویری از سمپل قطعات و کیفیت پرینت سه بعدی PolyJet
به مجموعه تصاویر زیر که نمونه پرینت پلی جت محسوب میشود، نگاه کنید:
- هیچکدام از این عکسها نه با نرم افزار گرافیکی روتوش شده اند و نه از قطعات بعدا رنگ شده عکاسی شده است.
- تمامی قطعات فقط پس از حذف بخش نگهدارنده (ساپورتینگ) با چنین کیفیتی از محفظه ماشین پلی جت خارج میشوند.
- این قطعات بطور کامل پرینت شده اند و هیچ قطعه مونتاژی غیرچاپی ندارند.
- اکثر این قطعات بصورت یکپارچه در یک فرآیند پرینت (بدون نیاز به اسمبل) مستقیما از فایل CAD ایجاد شده اند.
(برای بزرگنمایی تصویر روی عکس راست کلیک و open image in new tab را انتخاب کنید).
کاربردهای چاپگر سه بعدی Poly Jet:
هزاران ترکیب مواد و رنگ در حال حاضر با چاپ پلی جت در دسترس هستند که دستیابی به آنها در انواع دیگر چاپ سه بعدی غیرممکن است. اکنون میتوانید مواد، ویژگیها، بافت‌ها و رنگها را برای ایجاد نمونه‌ها یا مدلهای واقعی خیره‌کننده ترکیب کنید.
پتانسیل PolyJet توسط بسیاری از صنایع به رسمیت شناخته شده است که این فناوری را برای افزایش گردش کار و صرفه جویی در هزینه پیاده سازی می کنند و محصولاتی را ایجاد می کنند که با هیچ فناوری دیگری امکان پذیر نیست.
چه افراد و سازمانهای مشهوری از چاپگرهای سه بعدی PolyJet استفاده کرده اند؟
از آنجا که PolyJet می تواند قطعات بسیار دقیق را در چند ساعت کوتاه تولید کند، بویژه برای ساخت نمونه های اولیه (پروتوتایپ) بسیار واقعی پزشکی و موارد دیگر ایده آل است. بیایید نگاهی به تصاویر برخی از جذابترین موارد استفاده آن بیندازیم:
با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی چند رنگ و چند ماده ای Stratasys PolyJet، قلم‌سازی Pennaio یکی از معتبرترین برندهای لوکس ایتالیا، توانسته خودنویس مشهور کلاسیک دهه سی قرن بیستم بنام Duchessa 1935، را بازتولید و بعنوان محصولی لاکچری وارد بازار مدرن کند (منبع: Stratasys)
شرکت مشهور پپسی (Pepsi) از چاپگر سه بعدی Stratasys J55 Prime PolyJet برای تولید نمونه های اولیه طرح رنگی جدید بطری استفاده می کند (در تصویر پروتوتایپ رنگی پلی جت مشاهده میشود – وضوح چاپ بطری رنگی آنقدر بالاست که شاید آنرا با یک بطری نوشابه واقعی کارخانه ای اشتباه بگیرید). (منبع: Stratasys)
مواد TrueDent Stratasys پرینتر PolyJet میتواند پروتزهای تمام رنگی و طبیعی را در یک تکه و در حالت آماده برای استفاده بیماران تولید کند. (منبع: Stratasys)
قطعه زرد رنگ با فناوری FDM (ترموپلاستیک) و قطعه سفید با فناوری Poly Jet پرینت شده اند. به زبری لایه های قطعه زرد و سطح صیقلی قطعه سفید و لوگوی حک شده روی پره آن دقت کنید.
پروتوتایپینگ صنایع
فناوری PolyJet برای تولید نمونه های اولیه قطعات صنعتی از جمله قطعات داخلی، خارجی، تست عملکردی و همچنین برای آزمایش و اعتبار سنجی طرحهای مدلینگ خودرو، آیرودینامیک هواپیما و … استفاده می شود زیرا امکان آزمایش سریع و دقیق طرحها را فراهم می کند.
پلی جت و ساخت مدلهای پزشکی
ماشینهای PolyJet برای ایجاد مدلهای پزشکی تمام رنگی آنقدر محبوب هستند که Stratasys دو ماشین را فقط برای این منظور ایجاد کرد: J850 Digital Anatomy و J5 MediJet.
این چاپگرها قابلیتهای چند ماده ای، چند رنگی و زیست سازگار را ارائه می دهند که موسسات مراقبت های بهداشتی، دانشگاهها و محققان بدنبال آن هستند. خانواده مواد آناتومی دیجیتال پلی جت، مدلهای پزشکی کاملاً سفارشی‌سازی شده را برای واقع‌گرایی تشریحی (برنامه ریزی قبل از جراحی) ارائه میکند که از نظر نرمی، انعطاف‌پذیری و تراکم برای تقلید از بافت بومی و رفتار استخوانی است.
اگر بطور خاص بدنبال مدلهای پزشکی هستید، حتی مدلهایی که بر اساس داده‌های خاص بیمار تولید میشوند، کمپانی شریک Stratasys یعنی Axial 3D را بررسی کنید.
کاربرد پلی جت در هنر معماری و جواهرات
فناوری PolyJet توسط هنرمندان و طراحان جواهرات برای ایجاد نمونه های اولیه پیچیده و با کیفیت بالا یا جواهرات نهایی بدلی استفاده میشود. این فناوری بهترین عملکرد را در ساخت ماکتهای مفهومی معماری که شامل بخش داخلی، نمای شیشه ای و بافت بیرونی هستند، نشان داده است.
Poly Jet در مد و منسوجات (صنعت فشن)
یکی دیگر از کاربردهای منحصربفرد PolyJet مستقیماً روی منسوجات و برای استفاده مصرف کنندگان است. در سال‌های اخیر، تعدادی از طراحان مد و مبتکران مشهور این حوزه، چاپ سه‌بعدی منسوجات بکمک PolyJet را روی همه چیز، از کت گرفته تا بالش، ادغام کرده‌اند. این روش فقط در چاپگر Stratasys J850 (TechStyle) 3D Printer امکان پذیر است.
انواع مواد قابل استفاده در پرینترهای سه بعدی پلی جت
پلی جت، هشت نوع دسته بندی متمایز از مواد را با کیفیتهای منحصربفرد در چاپ تک ماده یا چاپ چند متریال یا هیبریدی (مختلط) ارائه می دهد:
چاپگرهای سه بعدی PolyJet استراتاسیس با مواد PolyJet همین برند پرینت را انجام میدهند. Stratasys دهها ماده از جمله مواد زیست سازگار برای کاربردهای دندانپزشکی و مواد با دمای بالا برای کاربردهای صنعتی میسازد. پس خیالتان راحت باشد که هیچ محدودیتی در مواد وجود ندارد.
این متریالها در فرمت پک هوشمند الکترونیکی عرضه میشوند که همانند کارتریج پرینترهای جوهرافشان در تغذیه کننده دستگاه، جا میرود (در نسل جدید بحالت افقی). پس فکر نکنید که باید مانند چاپگر SLA یک بطری رزین بدبو را درون سینک ساخت خالی کنید! خیر، این کاتریجها با هد هوشمند دستگاه هماهنگ میشوند و با توجه به هندسه مدل سه بعدی، قطره قطره مواد روی بستر کاملا خشک و تمیز اسپری و با تابش کیورینگ میگردند که موجب صرفه جویی زیادی در مصرف رزین میشود.
اگر با هزینه رزین برای انواع دیگر تکنیکهای چاپ سه بعدی مانند SLA آشنا هستید، ممکن است در مورد رزین های پلی جت، شوک برچسب قیمت را تجربه کنید؛ مواد PolyJet بطور کلی دو تا سه برابر گرانتر از رزینهای SLA هستند. در نتیجه، هزینه کلی در هر قسمت برای چاپهای PolyJet چند برابر بیشتر از SLA است. مثلا مواد شرکت استراتاسیس بطور متوسط حدود 500 دلار در هر کیلوگرم هستند (در واحد اندازه گیری، یک کیلوگرم تقریبا معادل یک لیتر ارزیابی میشود).
در این بخش، ابتدا متداول‌ترین مواد را شرح می‌دهیم و سپس تقسیم بندی 8 گانه متریالها را بررسی میکنیم. شما میتوانید فهرست کامل رزینها را در صفحه منوی مواد وبسایت شرکت Stratasys و Proto3000 مشاهده کنید:
- https://www.stratasys.com/en/materials/materials-catalog/polyjet-materials/
- https://proto3000.com/service/3d-printing-services/technologies/polyjet/
Stratasys PolyJet General Materials
مواد عمومی Stratasys PolyJet (روند نامگذاری برخی متریالهای پلی جت توسط شرکت استراتاسیس با عنوان دیجیتال مقرر شده است)
- Vero مواد چند منظوره سفت و سخت و بادوام که می تواند با مواد دیگر ترکیب شود تا سختی، شفافیت و مقاومت در برابر حرارت را تغییر دهد. برای دستگاههای Objet30، J850 Digital Anatomy، سری J8، J4100، J55 Prime، J5 DentaJet، J5 MediJet
- VeroClear/UltraClear یک ماده شفاف اکریلیک شبیه سازی شده که می تواند برای تغییر خواص، کدری و طیف رنگها ترکیب شود. UltraClear واضح تر از Clear است و در دستگاه های بیشتری در دسترس است. مناسب دستگاههای Objet30، J850 Digital Anatomy، سری J8، J4100، J5 MediJet
- VeroFlex یک ماده همه کاره با انعطاف پذیری و چقرمگی بیشتر موجود در CMYK و بیرنگ (شفاف). برای دستگاههای J850 Digital Anatomy سری J8
- Agilus 30 یک ماده لاستیک مانند شبیه سازی شده با مقاومت در برابر پارگی و حافظه شکل. موجود در رنگ های سفید، مشکی، یکدست و شفاف. برای دستگاههای J850 Digital Anatomy سری J8
- ABS دیجیتال یک ماده مشابه ترموپلاستیک ABS با مقاومت در برابر دما، چقرمگی و استحکام ضربه عالی. برای دستگاههای Objet30، J850 Digital Anatomy، سری J8، J4100
- Tango تانگو ماده ای است که پوششهای لمسی نرم، سطوح غیر لغزنده، اطراف لاستیکی یا قالب گیری را شبیه سازی می کند. برای دستگاههای سری J7، آناتومی دیجیتال J850، Objet260/500 Connex1، Objet1000 Plus
- Draft Grey خاکستری درفت مواد مقرون بصرفه برای مدلسازی مفهومی که سفتی و تطبیق پذیری را ارائه میدهد. سازگار با دستگاههای سری J8، J55، J55 Prime، J35 Pro
- Vero Ultra Black/White همراه با رنگهای PolyJet Vivid، امکان ایجاد مدلهای تمام رنگی را با پرداخت‌های واقعی برای شبیه‌سازی کامل قطعات قالبگیری تزریقی با کیفیت بالا فراهم میکند. برای دستگاههای J8، J55 Prime, J35 Pro
Stratasys PolyJet Dental/Medical Materials
مواد دندانپزشکی و پزشکی پلی جت شرکت استراتاسیس
- رزین TrueDent FDA (کلاس II) که برای پرینت سه بعدی پروتزها و روکشهای موقت و بریج ها ساخته شده است. مناسب دستگاه J5 DentaJet
- Biocompatible VeroGlaze MED620 رزین دندانی سفت و مات با ثبات و دقت ابعادی بالا. برای چاپ مدلها و همچنین سینی‌های قالبگیری سفارشی و تست‌ها طراحی شده است. مناسب سری دستگاههای J5 DentaJet، J3 DentaJet
- Vero ContactClear MED610 یک ماده شفاف و زیست سازگار که برای تماس با بدن برای طیف وسیعی از کاربردهای پزشکی و دندانپزشکی تایید شده است. سازگار با چاپگر J5 DentaJet
- مواد ساپورت ژله ای SUP711 که بطور ویژه برای نگه داشتن برآمدگی ها و هندسه های پیچیده طراحی شده است. سازگاری با سری چاپگرهای J5 DentaJet
- مواد دیجیتال (Digital Materials):
مواد دیجیتال نوعی مواد ترکیبی در چاپ سه بعدی پلی جت است. با استفاده از پرینترهای polyjet، می توانید مواد (هیبریدی) را چاپ کنید که می توانند تا هفت رزین مختلف را با هم مخلوط کنند (اصطلاحا دیجیتال شوند). علاوه بر این، نمونه‌های اولیه میتوانند به همان اندازه که لازم باشد دقیق و پیچیده باشند. بنابراین، به شما این امکان را می دهد که خلاقیت خود را آزاد کنید و به نتایج دلخواه برسید. این مواد انعطاف پذیر یا سفت یا نرم می توانند از هزار گزینه رنگ نیز پشتیبانی کنند.
- دیجیتال ABS پلاستیک (Digital ABS Plastic):
پلاستیکهای دیجیتال ABS تکنیک پلی جت از ترموپلاستیکهای ABS معمولی قوی تر و مقاوم تر در برابر حرارت هستند. نمونه های اولیه ساخته شده از این ماده می توانند دارای دیواره های نازک اما با ثبات ابعادی بهتر باشند. قطعات الکترونیکی، قطعات موتور، قاب گوشی‌های هوشمند یا هر محصولی که نیاز به چفت شدن دارد را میتوان با استفاده از پلاستیک دیجیتال ABS تکنیک پلی جت، پرینت سه‌بعدی کرد یا برای محصولاتی که نیاز به اتصالات محکم دارند، استفاده مستقیم نمایید.
- مواد لاستیک مانند (Rubber-Like Materials):
نمونه‌های اولیه‌ای که نیاز به سطحی از انعطاف‌پذیری یا پوششهای بیرونی نرم دارند، میتوانند با استفاده از مواد لاستیکی Polyjet پرینت سه بعدی شوند. این نمونه های اولیه شامل محصولاتی هستند که به سطوح غیر لغزنده، دستگیره ها و دستگیره های لمسی نرم، واشرها، مهر و موم ها و شیلنگها و حتی نمونه های اولیه کفش نیاز دارند. همچنین، می توانید مواد لاستیکی را با مواد سفت و سخت ترکیب کنید تا طیفی از مقادیر سختی Shore از A 27 تا A 95 را تولید کنید.
- مواد با دمای بالا (High-Temperature Materials):
با دهها مواد تکنیک پلی جت مقاوم در دمای بالا، پایداری ابعادی عالی در نمونه‌های اولیه در اختیار دارید و این قطعات میتوانند در معرض گرما هم قرار بگیرند. این مواد با دمای بالا را با مواد لاستیکی ترکیب کنید تا خواص عایق آنها را افزایش دهید یا سختی و انعطاف پذیری را بهبود ببخشید. مواد پلی جت دمای بالا برای نمونه های اولیه کاربردی که باید گرمای زیادی را تحمل کنند یا در شرایط نوری سخت کار کنند عالی هستند.
- مواد شفاف (Transparent Materials):
مواد شفاف پلی جت برای نمونه های اولیه که نیاز به ساختار داخلی شفاف دارند عالی هستند. همچنین میتوانید رنگ‌هایی را به مواد شفاف اضافه کنید تا طیف گسترده‌ای از گزینه‌های رنگی را برای مدل خود بدست آورید. این مواد برای نمونه سازی محصولات شیشه ای، عینک، کیف یا پوشش محصول، پروتوتایپهای معماری و کاربردهای پزشکی مختلف مانند ایمپلنت، لنزهای تماسی و ترازهای دندانی شفاف ایده آل هستند.
- مواد مات سفت و سخت (Rigid Opaque Materials):
اگر به دنبال گسترده ترین طیف ممکن از گزینه های رنگی برای پرینت قطعات خود هستید، مواد مات سفت و سخت Polyjet ارزش کاوش را دارند. متریالهای سخت هنگامی که با مواد لاستیکی ترکیب می شوند، امکان ایجاد قطعات متحرک یا مونتاژ شده یا قطعات الکترونیکی را فراهم می کنند. علاوه بر این، محصولاتی را میسازید که باید در لمس کردن نرم یا ظاهری پر جنب و جوش برای شناسایی آسان داشته باشند.
- مواد پلی پروپیلن شبیه سازی شده (Simulated Polypropylene Materials):
مواد پلی پروپیلن شبیه سازی شده، کیفیت و ظاهر پلی پروپیلن را تکرار می کنند. اهدافی مانند بسته بندی محصولات، تجهیزات آزمایشگاهی، اجزای خودرو، لولاهای زنده و بسیاری از کاربردهای دیگر وجود دارد. اگر به دنبال آزمایش یا نمایش یک نمونه اولیه پلی پروپیلن هستید، قبل از شروع به تولید کامل، یک نمونه اولیه پلی پروپیلن شبیه سازی شده با پرینت سه بعدی پلی جت ایجاد کنید.
- مواد زیست سازگار (Biocompatible Materials):
مطلب مرتبط: متریالهای زیست سازگار مناسب اهداف پزشکی
مواد زیست سازگار پلی جت بر اساس پنج فاکتور کلیدی، تاییدیه لازم برای استفاده پزشکی را دارند. این عوامل عبارتند از سمیت ژنتیکی، سمیت سلولی، حساسیت بیش از حد تاخیری، تحریک و سازگاری پلاستیک USP کلاس VI. با استفاده از این مواد میتوانید پروتوتایپ بی‌رنگی بسازید که به مدت 24 ساعت در معرض غشاهای مخاطی (تماس کوتاه مدت) قرار بگیرند. علاوه بر این، شما همچنین می توانید نمونه های اولیه ایجاد کنید که برای مدت بیش از 30 روز با پوست در تماس باشند.
بررسی چند محصول پرینترهای سه بعدی پلی جت قابل خرید در کشورهای پیشرفته
طیفی از پرینترهای سه بعدی Polyjet امروزه در دسترس هستند (برندهای سازنده این تکنیک به اندازه سازندگان دستگاههای SLA یا FDM گستردگی ندارند). پتنت توسعه این فناوری متعلق به شرکت استراتاسیس میباشد. مدلها از اندازه های کوچک و فشرده تا چاپگرهای صنعتی در مقیاس بزرگ قابل انتخاب هستند. با جستجوی اینترنتی برای مشاهده سازندگانی غیر از استراتاسیستم، برند آلمانی Keyence یک محصول بنام AGIL ISTA-3200W و برند ژاپنی Mimaki یک محصول بنام 3DUJ-553 را عرضه کرده اند. مسلما سازندگان چینی هم مثل بقیه صنایعی که وارد شده اند، باید اینجا هم حضور داشته باشند.
دستگاه 3DUJ-553 برند Mimaki (ساخت ژاپن)
mimaki.com/product/3d/3d-inkjet/3duj-553
- Build Volume 508* 508* 305mm
- Technology PolyJet and PolyJetMatrix
- Materials Vero, Durable (PP-like) Resin, Tango (Rubber-like material), Translucent Rigid, Agilus
چاپگر سه بعدی Mimaki 3DUJ-553 بر اساس فناوری توسعه یافته از چاپگرهای جوهر افشان (inkjet printer)، به مدلسازی رنگی کامل با قابلیت بیش از 10 میلیون رنگ دست یافته است.
- اولین پلی جت تمام رنگی جهان با بیش از 10 میلیون رنگ
- قدرت بیانی قابل توجه برای مدل سازی دقیق توسط فناوری های متمرکز Mimaki
- عملکرد عالی پس از فرآیند چاپ با امکان پوشش دهی، پولیش و مته کاری
- قابلیت ساخت آسان
- پشتیبانی عملیات ایمن برای به حداقل رساندن هدر رفت مواد
فیگور و احجام با ماشین میماکی
مدل سازی فوتورئالیستی با وضوح بالا با بیش از 10 میلیون رنگ می تواند برای تولید فیگورها و نمونه سازی اولیه اسباب بازی ها استفاده شود. با ماشین 3DUJ-553، میتوان مدلهای تمام رنگی با اشکال پیچیده را که رنگ‌آمیزی آنها از طریق روشهای سنتی غیرممکن است، بصورت طبیعی بازتولید کرد، طوریکه کاملا شبیه داده‌های سه‌بعدی آنها به نظر برسند.
مدل آزمایشگاهی، ساخت ماکت در ماشین میماکی
3DUJ-553 Mimaki میتواند نیاز حرفه‌ای‌ها را برای ایجاد مدلهای رنگی و ظریف با اولویت قوی در جزئیات، محصولات نهایی و ماکت برآورده کند. امکان پس پردازش (ماشینکاری) مانند روکش دهی، چسباندن یا سفت کردن پیچ ها نیز میتواند روی شی اعمال شود.
مدلسازی معماری
ماشین پلی جت میماکی؛ پرینت پروتوتایپهای مفهومی معماری حاوی المانهای داخلی با نمای بیرونی شفاف بیانگر پنجره شیشه ای – ابزار مناسبی برای نشان دادن ساختار داخلی مدلها (ساختارهای بیرونی و داخلی را با هم ترکیب کرد). دستیابی به چنین حالت بصری در ماکت سازی سنتی زمانبر و با خروجی چاپ سه بعدی سایر فناوریها غیرممکن است.
مدل سازی پزشکی
پرینتر سه بعدی تمام رنگی پلی جت میماکی، برای ایجاد مدلهای اندام با کد رنگی مناسب است. عبارات رنگ شفاف (شفاف با رنگ اضافه شده) یعنی قادر به تجسم فضای داخلی اندام ها هستید که بعنوان مدلهای پزشکی کاربردی مطلوب خواهد بود.
علامت گذاری اشیاء با پلی جت میماکی
دستگاه پلی جت Mimaki برای بازار گرافیک و لوگو – Sign Graphics
علامت گذاری اشیاء توسط چاپگر سه بعدی میماکی – با ترکیب موتیف سه بعدی و تصویر دو بعدی. 3DUJ-553 می تواند بیش از 10 میلیون رنگ کامل را بیان کند.
دستگاه AGIL ISTA-3200W برند Keyence (ساخت آلمان)
keyence.de/ss/products/3d-printer/agilista
- Build Volume 297* 210* 200mm
- Layer Resolution High 15 microns
- Technology PolyJet and PolyJetMatrix
- Materials Standard acrylic Resin, Silicone Resin
- 635×400 dpi curing resolution
- Interactive colored touch panel
- Slicing software with Windows support
- Odor neutralizing filter
AGIL ISTA-3200W یک چاپگر سه بعدی جوهرافشان پلی جت توسط سازنده آلمانی Keyence است که از رزینهای فوتوپلیمر برای چاپ با وضوح بالا تا 15 میکرون استفاده می کند. این شرکت طیف موادی از جمله رزین های با جذب آب پایین را برای استفاده با تکیه گاه های محلول در آب ارائه می دهد. بنا بر گفته Keyence روش چاپ آنها، نوید ارائه کیفیت عالی بدون کاهش سرعت تولید را می دهد.
پرینترهای سه بعدی PolyJet برند Stratasys (ساخت آمریکا – اسرائیل)
https://www.stratasys.com/en/3d-printers/printer-catalog/?filter=PolyJet
برند Stratasys (صاحب امتیاز پتنت فناوری PolyJet) 14 محصول چاپگر سه بعدی تحت سه دسته بندی Desktop Design Series – Design Series – Production Series از اندازه رومیزی تا ماشینهای سطح تولید بزرگ ارائه می دهد. تفاوتهای این مدلها شامل اندازه بستر ساخت، مواد سازگار، تعداد موادی که در یک زمان میتوانند چاپ کنند و سرعت است.
- چاپگر سه بعدی J5 DentaJet یک ماشین ساخت دندان چند ماده ای برای تولید برنامه های کاربردی زیست سازگار مخلوط و لوازم دندانپزشکی تمام رنگی.
- چاپگر سه بعدی J3 DentaJet یک چاپگر سه بعدی دندانپزشکی فشرده برای آزمایشگاه های دندانپزشکی.
- پرینتر دندانپزشکی J720 یک چاپگر دندانپزشکی تمام رنگی، چند ماده ای و all-in-one که ترکیبی از سرعت، ظرفیت زیاد، وضوح بالا و دسترسی به حداکثر شش ماده بطور همزمان است.
- چاپگر سه بعدی دندانی J700 راه حلی مهندسی شده برای تولید انبوه تراز کننده شفاف (clear aligner) حوزه ارتودنسی.
- چاپگر سه بعدی آناتومی دیجیتال J850 متخصص در دستگاه های پزشکی و مدل های تشریحی با اشکال پیچیده شبیه به زندگی واقعی، مواد و رنگ های متعدد بافت شبه زنده انسانی. برای ساخت کامل آناتومی اندامهای انسانی و حیوانی بسیار طبیعی.
- چاپگر سه بعدی J55 Prime یک چاپگر تمام رنگی و چند ماده ای.
- چاپگرهای سه بعدی سری J8 چاپگر تمام رنگی برای نمونه های اولیه و مدل های پزشکی. با پنتون رنگ تایید شده.
- چاپگر سه بعدی J5 MediJet یک چاپگر مدل پزشکی با قابلیت های چند ماده، چند رنگ و زیست سازگار در یک سینی چاپ.
- پرینتر سه بعدی Objet30 PolyJet برای قطعات تک ماده با سطوح صاف.
- چاپگر سه بعدی J35 Pro یک چاپگر چندجانبه با اندازه رومیزی. غیر رنگی است.
- J850 TechStyle یک دستگاه تمام رنگی و چند ماده ای که می تواند روی پارچه چاپ کند.
- چاپگر سه بعدی J850 Prime J850 به شما امکان می دهد در 20 درصد از زمانیکه برای تولید مدل های سنتی نیاز است، مدلهای تمام رنگی را چاپ کنید.
- چاپگر سه بعدی J850 Pro مواد تمام رنگی و دیجیتال را برای نمونه های اولیه و مدل های پزشکی چاپ می کند. پنتون رنگ تایید شده دارد. امکان فعالسازی 7 ماده بطور همزمان.
- J4100 بزرگترین خانواده، ارائه مواد متعدد برای کاربردهای مختلف، از جمله مواد انعطاف پذیر و شفاف برای مدلینگ کاملا واقعی.
ویژگیهای سری دستگاههای Objet30 V5
سری Objet30 V5 کوچکترین اندازه ساخت را دارند و در نسخه های Pro و Prime عرضه می شوند. این چاپگرها مواد تکی بهمراه مواد بافت پشتیبانی را چاپ می کنند.
ویژگیهای سری دستگاههای Objet Connex1
سایر چاپگرهای تک ماده شامل سری Objet Connex1 هستند که در مدل های 260 و 500 عرضه می شوند. با استفاده از چاپگرهای سری Objet Connex3 (مدل های 260، 350 و 500) می توانید مواد دیجیتال پلی جت را چاپ کنید.
ویژگیهای سری ماشینهای J8
این سری تعداد نامحدودی از مواد کامپوزیت و بیش از 500.000 گزینه رنگ را ارائه می دهد. J4100 بزرگترین چاپگر پلی جت است که حداکثر وزن مدل 135 کیلوگرم را در صفحه چاپ می دهد.
تخصصی ترین چاپگر در این سری باید چاپگر J750 Digital Anatomy باشد که می تواند مدل های استخوان و بافت شبه انسانی بسیار واقعی را تولید کند. همچنین از یک ماده ساپورت گذاری ژل مانند استفاده می کند که به راحتی از بخش رگهای خونی بدون تغییر در سطوح ظریف جدا می شود.
نحوه انتخاب و خرید چاپگر سه بعدی PolyJet:
بزرگترین عامل در انتخاب چاپگر Polyjet نوع موادی است که برای پرینت پروتوتایپهای خود می خواهید. یک ماشین Polyjet جمع و جور هنگام استفاده از مواد منفرد (تک رنگ)، مقرون بصرفه تر است. علاوه بر این، بهترین وضوح و پرداخت سطح را نسبت به اندازه خود ارائه می دهد.
اگر مدل شما به مواد متعددی نیاز دارد، چاپگرهای پلی جت مستقل بزرگتر، ایده آل هستند. به این دلیل که آنها دارای فناوری چند جت هستند (چاپ چند متریاله). در این دستگاهها سه راه اصلی برای استفاده از پرینت سه بعدی هیبریدی وجود دارد:
- می توانید چندین ماده را در یک مدل یا یک قسمت از یک مدل مخلوط کنید.
- مواد جداگانه را با هم مخلوط کنید تا یک ماده کاملاً جدید ایجاد کنید.
- از سینی های مختلط استفاده کنید بطوری که یک نسخه چاپی بتواند چندین پارت جداگانه را تولید کند که با استفاده از مواد مختلف چاپ شده اند.
بعنوان آخرین نکته، هدف نهایی شماست که انتخاب را برای چاپگر Polyjet تعیین می کند. آیا بدنبال یک نمونه اولیه ظریف و انعطاف پذیر برای ایمپلنت جراحی هستید؟ یا سری قطعات متحرک پیچیده برای ربات؟ یا یک برند مُد حرفه ای هستید که با طرحهای برجسته سه بعدی سر و کله میزنید؟ Polyjet می تواند دقیقاً آنچه که نیاز دارید را سریعتر از سایر فناوریهای تولید کند.
هزینه های چاپ سه بعدی PolyJet
همانطور که اشاره کردیم، PolyJet یک فناوری گرانقیمت است که فروش دستگاهها از حدود 50.000 دلار شروع می شود و مواد گران آن نیز میانگین 500 دلار برای هر پک است. البته اگر بلندنظرانه نگاه کنید؛ در بسیاری از کاربردها، دستگاهها هزینه خود را با افزایش بهره وری، رساندن سریعتر محصولات به بازار، ارائه محصولات دندانپزشکی خاص بیمار و ایجاد مدل های بالقوه نجات دهنده برای برنامه ریزی جراحی تسویه می کنند.
با این حال، اگر آماده سرمایه گذاری مستقیم در PolyJet نیستید، امکان سفارش از سرویس قطعات درخواستی شرکت استراتا، با نام Stratasys Direct، فراهم است. همچنین ارائه دهندگان خدمات آنلاین جهانی زیادی در دسترس هستند تا قطعات PolyJet برایتان پرینت کنند مثل sculpteo و Craftcloud و غیره.
- craftcloud3d.com
- materialise.com
- Stratasys Direct
- shapeways.com
- xometry.com
- protolabs.co.uk
- forecast3d.com
- fathommfg.com
- fit.technology
- rapidobject.com
مزایای چاپ سه بعدی پلی جت
پرینت سه بعدی پلی جت چهار مزیت قابل توجه برای طراحان محصول، مهندسان، متخصصان پزشکی و هنرمندان دارد:
- حداقل 50 درصد در زمان خود را صرفه جویی کنید
ما تاکید کرده‌ایم که چاپ Polyjet سریع است و نمونه اولیه به محض خارج شدن از چاپگر تقریبا آماده استفاده است. چاپ ترکیبی همچنین به این معنی است که می توانید چندین شی را یکباره چاپ کنید یا چندین ماده را در یک نمونه اولیه ترکیب کنید. بنابراین زمان کمتری برای طراحی، آزمایش و تکمیل نمونه اولیه صرف میکنید. نهایتا، منجر به مسیری سریعتر به سمت تولید و بازاریابی در مقیاس کامل میشود.
- مدل های واقعی برای کاربردهای پزشکی
مدلهای تشریحی مورد استفاده در آموزش و برنامه‌ریزی قبل از جراحی‌ها باید تا حد امکان به زندگی واقعی نزدیک باشند. ترکیب مواد ارائه شده توسط سیستم Polyjet می تواند پروتوتایپ اندامهای انسانی بسیار واقعی بسازد. این مدلها نه تنها واقع بینانه بنظر می رسند، بلکه مانند بدن انسان احساس و پاسخ هم می دهند (میتوانند هوشمند شوند). در نتیجه، پزشکان آموزشهای بهتری دریافت می کنند. علاوه بر این، ایمپلنتها و پروتزها بدون نیاز به اسمبلی در حالت یکپارچه رنگی پرینت شده و بسرعت قابل آزمایش و شبیه سازی هستند.
- دقت بالا
هرچه طراحی سه بعدی یک محصول دقیق تر باشد، نمونه اولیه آن در پلی جت دقیق تر خواهد بود. چه بخواهید محصولی کاملا صاف و صیقلی داشته باشید یا جزئیات پیچیده؛ فرآیند Polyjet نتیجه دلخواه را ایجاد می کند.
- قابلیت چند ماده
مواد دیجیتالی پلی جت، ناشی از ترکیب انواع رزین های متعدد، فرصتهای خلاقانه بی سابقه ای را به طراحان و مهندسان ارائه می دهد. در نتیجه، میتوانید نمونه‌های اولیه قوی بدون به خطر انداختن ویژگیهای انعطاف‌پذیری، بافت‌ها یا رنگها بسازید. هیچ فناوری چاپ سه بعدی دیگری به جز Polyjet نمی تواند این کار شگفت انگیز را انجام دهد.
اکنون که متوجه شدیم فرآیند Polyjet چیست، وقت آنست که آنرا با دو نوع فناوری مشهور پرینت سه بعدی SLA و FDM مقایسه کنیم:
تفاوت بین Polyjet و SLA
- استریولیتوگرافی (SLA) قدیمی ترین فناوری (در واقع اولین تکنیک) چاپ سه بعدی است. تنها شباهت بین SLA و Polyjet آنست که هر دو از رزین مایع استفاده می کنند که در معرض نور UV جامد می شود. اما تفاوت اصلی در فرآیند چاپ است. نسل جدید چاپگرهای SLA جسم را از یک مخزن پر از مایع رزین بیرون می‌کشند (جسم را وارونه تولید می‌کنند)؛ که بمعنی مصرف زیاد متریال و هدر رفت آن است؛ مثلا محبورید مخزن را پر کنید و مابقی مایع مصرف نشده معمولا بدون استفاده خواهد بود. در مقابل، آخرین نسل پرینترهای پلی جت دارای پک کارتریج پیشرفته رزین (مکانیکی-الکترونیکی) هستند که در زاویه افقی درون تغذیه کننده دستگاه جا میرود و مایع را به هد نازل منتقل و قطرات ریز روی صفحه ساخت اسپری می شود؛ بدین صورت در مصرف رزین صرفه جویی شده، بوهای نامطبوع در اطراف دستگاه پخش نمیشود، قرار گرفتن در معرض رزین های خطرناک برطرف گشته و جسم در حالت عادی ایستا روی بستر از پایین به بالا (نه آویزان) با کمترین خرابی ساخته خواهد شد.
- پلی جت دقت سطح بهتر و بازدهی بالاتری نسبت به SLA فراهم می کند.
- تمیزکاری دستگاههای نسل جدید پلی جت، ساده تر از ماشین SLA است؛ زیرا پلتفرم مدرنی بدون مخزن غوطه ور داشته و حین پرینت کثیف کاری ندارند. در نسل جدید دستگاههای استراتا، کارتریج هوشمند متریالها بحالت افقی سوار میشود، خروج مواد از دریچه ای با پردازش کامپیوتری انجام می گیرد که مشکلات چکه کردن و ریزش ناخواسته رزین از کارتریجهای مکانیکی زاویه عمودی دستگاههای قدیمیتر، برطرف شده است. ساختار هد جوهرافشان دستگاه نیز ارتقاء یافته و هوشمند شده است و چون در یک قاب قرار می گیرد از جرم گرفتگی و کثیف شدن جلوگیری می گردد.
- SLA و PolyJet هر دو سرعت چاپ بالایی دارند. PolyJet سریع ترین چاپگر برای مدلهایی است که در یک مکعب 5 اینچی قرار می گیرند. با این حال، سرعت خارج از این محدوده معمولا کاهش می یابد. از جنبه های دیگر، PolyJet در مقایسه با SLA مزایای خاصی دارد. همچنین این چاپگرها در مقایسه با SLA قادر به تولید حجم بالاتری هستند؛ ولی نهایتا Polyjet نیز از نظر حجم ساخت محدود است و برای ساخت قطعات با فرمت بزرگ صنعتی مناسب نیست.
- یکی از تفاوتهای اصلی بین چاپگرهای PolyJet و SLA بحث هزینه است. از آنجا که پتنت ثبت اختراع SLA در اواخر دهه 2000 شروع به منقضی شدن کرد (یعنی expire و عمومی شد) انبوه سازندگان تجاری و اوپن سورس در قالب کوچکتری، چاپگرهای SLA دسکتاپ را به بازار معرفی کردند که قیمت آنرا بسیار کاهش داد. امروزه، چاپگرهای حرفه ای SLA ساخت آمریکا و اتحادیه اروپا با حدود 3،750 دلار ساخته می شوند، در حالیکه چاپگرهای نسل قدیم با فرمت بزرگ از حداقل 11000 دلار شروع میشدند. در مقابل، چاپگرهای PolyJet لایسنس فناوری جدیدتری دارند، بطور قابل ملاحظه ای گرانتر هستند و چون تولیدکنندگان محدودی در بازار حضور دارند، سبب انحصارطلبی شده است. قیمت دستگاهها از 30،000 دلار تا 500،000 دلار نوسان دارد و این تنها هزینه خرید یک دستگاه است؛ قیمت خرید مواد گران و سرویس سالیانه آنرا هم در نظر بگیرید. طبق یک آمارگیری اقتصادی، هزینه اشتراک سالیانه اجباری مشتریان شرکتهای پلی جت، بمیزان 20 ٪ قیمت خرید یک چاپگر پلی جت تمام میشود که با بودجه لازم برای تهیه چندین چاپگر SLA برابری می کند!
- چاپگرهای SLA فقط با یک ماده در هر فرآیند چاپ کار می کنند؛ درحالیکه، Polyjet امکان استفاده از چندین کارتریج متریال و رنگ را فراهم میکند یعنی چاپ چندین شی در رنگهای مختلف با ویژگیهای مکانیکی متفاوت در یک اجرا امکانپذیر است.
- ساپورت گذاری، عمده ترین چالش در فرآیند SLA است و وابسته شدیدی دارد به مهارت اپراتور در توانایی اعمال بهترین ساختار ساپورت که هم بخوبی نگهدارنده قطعه باشد و هم کمترین اثر روی سطح قطعه باقی بماند. مدلهای SLA همچنین مواد پشتیبان (نگهدارنده) را از همان ماده پرینت قطعه چاپ می‌کنند که برای حذف، نیاز به سندبلاست، کیورینگ UV یا شستن در حمام الکلی (در عملیات جداگانه وقت گیر) دارند. درحالیکه، مواد پشتیبانی ژله ای تولید شده در فرآیند Polyjet را می توان با دست یا آب جدا کرد و زمان فرآیند پولیش کمتر میشود و قطعات پس از پرینت قابل استفاده خواهند بود.
تفاوت بین Polyjet و FDM
- هر دو روش، رسوب ذوب شده (FDM) و چاپگرهای Polyjet مدل ها را لایه به لایه با ریزش ماده از نازل می سازند. با این حال، پرینترهای FDM رشته‌های ترموپلاستیک گرم شده (نیمه جامد) را روی بستر چاپگر می‌گذارند که حین ایجاد لایه‌ها، سرد و جامد میشوند. پس ساختار مکانیکی این روش سبب دقت کمتر، زمان طولانیتر و احتمال خطای بیشتر میشود. در مقابل، چاپگرهای پلی جت از پاشش هوشمند فوتوپلیمرهای مایع استفاده می کنند که با استفاده از نور UV پخته شده اند. ساختار پرداخت نوری، سرعت و دقت بسیار بهتری ارائه میدهد.
- FDM از تعداد متنوعی مواد (اما محدودتر در مقایسه با پلی جت)، عمدتاً ABS، ASA، PC-ABS، پلی کربنات و غیره استفاده می کند. رنگی بودن معنای چندانی ندارد و عمدتا دو رنگ رشته ترموپلاستیک یا برخی پکهای نازل 6 رنگ برای پرینت رنگی FDM فراهم شده (راهنمای اکسترودر) که پیچیدگی پیکربندی دستی و خطا پذیری زیادی دارد. برعکس، پلی جت از انواع مواد اصلاح شده موسوم به دیجیتال برای طیف وسیع تری از کاربردهای شیمیایی و هزاران طیف رنگ با پردازش کامپیوتری استفاده می کند.
- سرعت و خطاپذیری؛ PolyJet در مقایسه با FDM هنگام چاپ قطعات کوچک تا متوسط، سرعت بیشتر و خطای بسیار کمتری دارد.
- مواد FDM در طول پرینت سه بعدی در حالت نیمه جامد هستند و مدلهای سرد شده عموماً محکم و بادوام اند، اما در انعطاف‌پذیری و جزئیات سطح محدود هستند. بطور متفاوت، چاپ پلی جت جزئیات بسیار بیشتری را ارائه می دهد زیرا رزینها در حالت مایع سریعا سخت میشوند. استحکام و انعطاف قطعه نیز درصورتیکه مواد مناسب استفاده شود، سفارشی پذیر است.
- مزیت FDM رایگان بودن، ارزان بودن، حجم ساخت بزرگ، دسترسی همگانی به آموزشهای کاربری و رفرنس های عیب یابی و وجود دهها نرم افزار اسلایسینگ اوپن سورس برای آن است (فارغ از دقت پرینت نسبتا کمتر). درحالیکه پلی جت، یک فناوری عمومی نیست و بعنوان دستگاهی صنعتی دسته بندی میشود. نرم افزارهای پردازشی عرضه شده برای آن محدود به سازندگان دستگاههاست. عیب یابی پیچیده ای داشته، مواد گران هستند و هنوز رفرنسهای آموزشی زیادی برای آن منتشر نشده است.
****
شرکت توسعه گران بعد سوم، چاپگرهای سه بعدی صنعتی FDM را با استاندارد روز دنیا در ایران تولید می نماید. محصولات ما دارای دقیقترین محور حرکتی (بال اسکرو – ریل واگن)، بهترین سیستم الکترونیک (پردازنده قوی) و مناسبترین شرایط مونتاژ (شاسی فلزی با پیچ و مهره مستحکم) هستند. متریال مصرفی دستگاههای FDM انواع ترموپلاستیکها میباشد که مزیت قیمت کم و استحکام مناسب را فراهم میکند. با خرید پرینتر سه بعدی FDM بهترین وسیله برای نمونه سازی قطعات قبل از فرآیند تولید انبوه را در اختیار دارید.
****
سوالات متداول “FAQ”
فناوری PolyJet Matrix چیست؟
فناوری ماتریس پلی جت با استفاده از OBJET سه بعدی بطور همزمان و چند ماده ای چاپ میشود. این فناوری پیشرو، امکان چاپ/لایه بندی همزمان انواع مختلف مواد را فراهم می کند. PolyJet از طیف گسترده ای از پلیمرهای مبتنی بر اکریلیک UV برای تشکیل لایه های 14-30 میکرون (0.0014-0.0030 سانتی متر) استفاده می کند. فرآیند جت دوگانه، مواد مختلف را به نسبتهای متفاوت ترکیب می کند، بنابراین می توانید یک انعطاف پذیری سفارشی را انتخاب کرده و برای پروتوتایپ خود فعال کنید. در این فناوری، نمونه های اولیه ساخته شده از بیش از یک ماده، با خصوصیات مکانیکی مختلف در هر قسمت و با پیکربندی آسان قابل اجراست.
علاوه بر قابلیتهای ساخت چند ماده ای، توانایی ترکیب رنگها در پلی جت فراهم است. با استفاده از پالت رنگی CMYK، موقعیت رنگی نامحدود بسازید. با ترکیب دو طیف رنگ در یک زمان و در نسبت متفاوت، می توانید طیف گسترده ای از رنگها را در یک ساخت واحد تولید کنید.
“مواد دیجیتال: Digital Materials ” چیست؟
مواد دیجیتالی بر اساس ترکیبی از متریالهای اصلی پلی جت، بصورت آنلاین در فرآیند چاپ تشکیل میشوند. با استفاده از فناوری ماتریس پلی جت، مجموعه جدید از مواد با استحکام مضاعف، امکان افزایش مقادیر تراکم گوشه ها و مقادیر خمشی بیشتر از حالت عادی را فراهم می کند. در هیچ تکنیک پرینت دیگری خصوصیات مکانیکی و فیزیکی قطعه، اینچنین گسترده قابل تنظیم نیست.
برنامه های کاربردی و استحکام پلی جت چطور است؟
روش ترزیق پلاستیک مجدد، قالبگیری اینسرتی و تزریق مضاعف که مختص قطعات پیچیده و چند بخشی صنعتی است با کمک چاپ سه بعدی پلی جت متحول میشود، زیرا محدودیتهای طراحی را حذف کرده و میتوانید فرآیند ایجاد را با ظاهر، احساس و عملکرد سفارشی مدیریت کنید.
لولاهای متحرک، واشر و شلنگ – ساخت قطعاتی که به اندازه کافی بادوام هستند تا خمش مکرر را کنترل کنند، ضریب کشیدگی قبل از شکست قابل قبول و مقاومت مناسب در برابر پارگی (متریالها و مدل دستگاه پلی جت، باید به دقت انتخاب و تنظیم گردد).
ساخت قطعات زیست پزشکی شبه زنده و کاملا شفاف – ترکیبی از موادFullCure Vero و FullCure720 به شما امکان می دهد تا مدلهای پزشکی چند لایه از شبکه عصبی، قلب و عروق، استخوان، تومورها و … را با روکش شفاف بافت پوست، پرینت کنید.
ساخت پیوسته و ادامه دار؛ در پروتوتایپهای نمایشی (مثلا به مدل سه بعدی کامل سِت ایرپاد اپل فکر کنید)، میتوان فایل سه بعدی CAD را مستقیما به حالت Print in Place (چاپ سرهم و از قبل مونتاژی) با جزییات رنگ کامل در یک فرآیند پرینت ساخت (یعنی همان چیزی که در صفحه نمایش کامپیوتر مشاهده میشود، با همان جزییات و رنگ پرینت شود و مراحل وقت گیر جداسازی پارتهای فایل، پیکربندی و مونتاژ پس از چاپ ندارید).
قطعات پوششی – مواد سفت و سخت با رویه مواد انعطاف پذیر برای تولید محصول نهایی با لمس و احساس، منعطف، با دوام.
لیبل برجسته، ایجاد بافت سه بعدی روی سطوح نساجی یا مواد مشابه – چاپ موتیف سه بعدی، جلوه های بصری سفارشی و شفافیت برای جدا کردن مناطق مختلف – ایجاد جذابیت زیبایی شناختی روی قطعات.
جذب شوک و مقاومت در برابر ضربه – توانایی کاهش لرزش، بهبود عملکرد و پوشش محافظ قطعه
قطعات استفاده نهایی با دوام – الزامات طراحی را با ساخت سازه های پیچیده ساختمانی در یک فرآیند چاپ واحد پلی جت برآورده میشود.
قابلیت پرینت منافذ، اتصالات سفارشی، طراحی وکیوم – چاپ بست و چفت قفل شونده مونتاژ شده یا موانع ضد آب بر روی مدل با پلی جت امکانپذیر است.
عواملی که باید در هنگام استفاده از فناوری Polyjet در نظر گرفت
تکنولوژی Polyjet برای محصولات مختلف قابل اجرا است؛ شامل پروتز، ایمپلنت، وسایل کمک حرکتی برای مراقبتهای بهداشتی، مدلهای مجسمه و معماری، نمونه های اولیه رباتیک، سازه ها و ابزارهای بهم پیوسته تولید صنعتی، طرح های سفارشی برای قطعات خودرو، مد و پوشاک، دوچرخه سواری و هوافضا.
با وجود تمام این گزینه‌های روی میز، درک اینکه کدام مواد و فرآیندها برای هر نوع محصول خاص بهترین هستند، ضروریست. تا اینجا در مورد ویژگیها و مزایای چاپ پلی جت صحبت کرده ایم، بنابراین بیایید چند سوال اصلی را در نظر بگیریم تا مشخص کنیم آیا چاپ پلی جت برای شما مناسب است یا خیر.
در تکنیک پلی جت چگونه از مدل سه بعدی شما استفاده می شود؟
قبل از چاپ مدل سه بعدی خود، کاربرد نهایی یا هدف محصول را در نظر داشته باشید. فناوری Polyjet به دلیل انعطاف پذیری و توانایی تولید جزئیات بسیار پیچیده مشهور است. بنابراین، عمدتا کاربردهای پزشکی و طرحهای هندسی قطعات مکانیکی را به خود اختصاص می دهد.
برای چاپ با پلی جت همان فایل CAD اکثر نرم افزارهای مدلسازی میتواند مستقیما پردازش شود. فرمتهای دیگری مثل 3MF یا OBJ و … نیز قابل استفاده هستند.
با این وجود، اگر زیبایی شناسی یک عامل کلیدی است، بعنوان مثال، در ایجاد بسته های محصول، کفش، عینک، یا نمایشگاههای هنری، پلی جت بهترین گزینه است. اگر به ترکیبی از استحکام و زیبایی نیاز دارید، فرآیند Polyjet به شما اجازه می دهد تا به این تعادل دست یابید.
کدام ماده در پرینت سه بعدی Poly Jet بهترین است؟
قبل از ظهور فناوری Polyjet، تمامی تکنیهای چاپ سه بعدی فقط به یک ماده، معمولاً پلاستیک، رزین، پودر پلیمر، پودر فلز تکیه می کردند. دلیل آن این است که آن دستگاهها محصولات سفت و محکم و با طیف محدودی از گزینه های رنگی تولید می کنند. اکنون، Polyjet شما را آزاد میکند تا بافت‌ها، رنگها و انعطاف‌پذیری را کشف کنید. در نتیجه، محصول نهایی شما میتواند انتظارات کاربر نهایی را برآورده کند و حتی از آن فراتر رود.
نکته: هزینه تولید مواد دیجیتالی تکنیک پلی جت را در نظر بگیرید زیرا مواد منفرد معمولاً مقرون بصرفه تر از مواد هیبریدی این روش هستند.
بهترین نوع پرداخت سطحی پلی جت کدام است؟
ابزارها و قطعات برای کاربردهای مکانیکی یا صنعتی در مقایسه با قطعات پزشکی یا محصولات بسته بندی، به نوع متفاوتی از پرداخت نیاز دارند. برای قطعاتی که محکم میشوند، یک روکش صاف عالی است. در عین حال، روکش بدون لغزش برای محصولات دستی، وسایل کمک حرکتی و کفش بهترین است.
میانگین اندازه ساخت نمونه اولیه (پروتوتایپ) چاپ سه بعدی پلی جت چقدر است؟
Polyjet دارای اندازه هایی 19.3*15.35*7.9 اینچ یا 350*350*400 میلیمتر (اینچ 14*14*16) در پرینت یکپارچه بستر ساخت است (بستر دایره ای یا چهار گوش). در نتیجه، برای هر قسمت بزرگتر از این، می توانید بطور جداگانه طراحی کنید و پس از فرآیند چاپ با مونتاژ در کنار هم قرار بگیرتد. پیشنهاد میشود در حوزه طراحی مدل برای چاپگرهای Polyjet، طراحی مواد نگهدارنده بخشهای آویزان مدل (ساپورتینگ) را در طراحی CAD یاد بگیرید.
مزایای پرینت سه بعدی PolyJet چیست؟
فناوری Polyjet می تواند مواد مختلف چاپ سه بعدی مانند فتوپلیمرهای انعطاف پذیر، فوتوپلیمرهای سازگار با بافت زنده یا فوتوپلیمرهای مرکب را چاپ کند. پلی جت دقت و وضوح بالایی دارد. چاپ با آن باعث ایجاد سطوح کاملا صاف در قطعات می شود و مواد مختلف را میتوان به راحتی با هم ترکیب کرد. همچنین خطوط لایه های ظریف را می توان حذف کرد. این امکان را دارید که ظریفترین حروف، الگوهای حکاکی یا بافت سه بعدی را روی سطح قطعه بصورت رنگی ایجاد کنید؛ هیچ تکنیک دیگری چنین امکانات منحصربفردی را در یک فرآیند پرینت ارائه نداده است.
محدودیتهای پلی جت چیست؟
مهمترین ضعف Polyjet هزینه است: چون در مقایسه با سایر فناوریهای چاپ سه بعدی استریولیتوگرافی، پلیمری و ترموپلاستیک هنوز گران بوده و توجیه اقتصادی ناچیزی برای مشتریان خرد غیرسازمانی دارد (یعنی هنگامیکه مشتری تصمیم به خرید چاپگر سه بعدی پلی جت و متریالهای آن گرفته است). مسلما سفارش ساخت قطعات درصورتیکه خیلی زیاد نباشند، به شرکتهای واسطه خدماتی، هزینه کمتری داشته و استفاده از پلی جت را توجیه پذیر می کند.
اندازه ساخت یکپارچه در این روش در حد متوسط است و نمیتوان قطعه یکپارچه بسیار بزرگ را پرینت کرد (مثلا برعکس روش بایندرجت که میتوان قالبهای بزرگ ریخته گری شنی را با آن ساخت).
اگرچه مواد کاملا مقاوم پلی جت برای ساخت پروتوتایپ عملکردی تحت تنش عرضه شده است اما چنانچه متریال مناسب و پیکربندی صحیح چاپ را اجرا نکنید، قطعه در بلند مدت یا در معرض نور، دچار فرسایش و شکنندگی خواهد شد. مهمترین عامل در دستیابی به بالاترین بازدهی در فناوری پرهزینه پلی جت، انتخاب درست مواد با توجه به هدف کاری قطعه شماست.
گاهی اوقات لبه های تیز هنگام چاپ با پلی جت کمی گرد می شوند (در برخی فرمهای هندسی خاص).
گاهی اوقات استفاده از مواد ساپورتینگ، ممکن است تغییراتی در کیفیت سطوح ایجاد کند، مثلا بدون تکیه گاه، کیفیت سطح براق و صاف است، درحالیکه در صورت وجود ساپورتینگ، کیفیت سطح کدرتر و زبرتر از حد معمول می شود (البته شرکت استراتاسیس و سازندگان دیگر، راهکارهایی برای چنین مشکلاتی ارائه میدهد در برخی هندسه های بسیار پیچیده ساخته شده با PolyJet اگر نیاز به پولیش چند مرحله ای باشد مثلا ترکیبی از حمام های شیمیایی ، لایه برداری و جت آب ممکن است به ویژگیهای پیچیده قطعه آسیب برسد.
چاپگرهای PolyJet همچنین نیاز به نگهداری مداوم دارند که هزینه نیروی کار ماهر لازم برای کار با این دستگاه ها را افزایش می دهد.
نتیجه گیری
چاپ سه بعدی Polyjet، مواد هوشمند دیجیتال (رزین فتوپلیمرهای ترکیبی) و ساختار نگهدارنده ژله ای (ساپورتینگ) قابل حل در آب را با سرعت بالا و رزولوشن نفس گیرش ترکیب می کند تا نمونه های اولیه ای با کیفیت بسیار ارگانیک تولید کند. این فناوری بهترین وضوح، رنگ و شفافیت را در بین تمام فناوریهای چاپ سه بعدی حال حاضر جهان ارائه میدهد. بنابراین، شما میتوانید الگوهای کوچکتر و با جزئیات بیشتری را در هر طرح ادغام کنید. علاوه بر این، یک نمونه اولیه Polyjet می تواند دارای محدوده های مختلف سختی (Shore)، مواد متعدد و طیف گسترده ای از رنگهای درخشان در کل یا بخشی از قطعه باشد. همه این موارد بدین معنی است که تقریبا هیچ محدودیتی در ویژگیهای بصری و مکانیکی قطعات پلی جت نخواهید داشت. دیگر چه انتظاری دارید؟ آیا چیزی بهتر از این هم در تصورتان می گنجد؟!
***
خب به پایان این مطلب رسیدیم. امیدواریم برایتان مفید باشد. خوشحال میشویم نظرات و مباحث تکمیلی خودتان را در پایین همین صفحه، کامنت کنید.
منابع:
- https://www.materialise.com/en/industrial/3d-printing-technologies/polyjet
- https://forgelabs.com/polyjet-technology/
- https://jiga.io/resource-center/materials/polyjet/
- https://www.xometry.com/resources/3d-printing/polyjet-vs-sla-3d-printing/
- https://www.wevolver.com/article/do-you-know-polyjet-3d-printing-technology
