مقالات

در این مقاله به آموزش ساخت قالب با پرینت سه بعدی میپردازیم

نه تنها استفاده از پرینتر سه بعدی برای ساخت قالب‌ها امکان پذیر است، بلکه آسان نیز هست. به این منظور برای ساخت قالب با پرینت سه بعدی، راهنمای آسانی که در ادامه ذکر شده است را مطالعه کنید.

جدا کردن قالب

قالب‌های تولیدی خود را با استفاده تجهیزات خودتان به صورت سه بعدی چاپ کنید! (منبع: 3D Hubs)

یکی از راه‌های اصلی برای توسعه دادن ظرفیت پرینتر سه بعدی، یادگیری ساخت قالب‌ها با پرینت سه بعدی است. در اینجا در مورد استفاده از میکروب شناسی صحبت نمی‌شود، بلکه می‌خواهیم ظروفی را بسازیم تا با ایده‌های شما آن را پر کنیم. این قالب‌ها برای تولید انبوه، استاندارد سازی طرح‌های شما، و توسعه‌ی مجموعه قطعاتی که قصد ساختن آنها را دارید، بسیار مناسب هستند. در اینجا، به شما توضیح می‌دهیم که قالب پرینت سه بعدی شده چیست، نحوه ساخت و استفاده از آن‌ها، و اینکه چرا ایده خوبی است نیز توضیح داده می‌شود.

در ابتدا، باید بین دو نوع قطعات تولید شده تفاوت قائل شویم، تا نشان دهیم قالب‌های پرینت سه بعدی با پروژه‌ی پرینت سه بعدی استاندارد شما چه تفاوت‌هایی دارند. تفاوت اصلی، در نحوه‌ی رسیدن به قطعه‌ی نهایی است.

پرینت سه بعدی استاندارد، روشی برای رسیدن به هدف است- به محض اینکه پرینتر متوقف شود و ماده خنک شود، شما به قطعه‌ی نهایی خود دست پیدا می‌کنید. فرایند چاپ سه بعدی استاندارد به صورت افزایشی است، به این معنی که در حین چاپ شما در حال ساخت قطعه‌ی خود هستید. در حین اکسترود شدن مواد، طرح شما در حال آماده شدن است، به این ترتیب به محض پایان کار، قطعه نهایی را مشاهده خواهید کرد.

قالب‌های چاپ سه بعدی نیاز به یک مرحله‌ی اضافه دارند. در ابتدا، ظرفی که برعکس طراحی نهایی شما است را باید چاپ کنید؛ سپس باید ظرف را با ماده‌ی نهایی ساخت خود پر کنید، به آن اجازه دهید تا خشک شود، سپس قالب را باز کرده تا قطعه‌ی نهایی شما ظاهر شود. در ادامه به نکات ریز این موضوع می‌پردازیم، اما در حال حاضر لازم است بدانید که این مراحل کلی، تولید افزایشی نامیده می‌شود و کار بیشتری نسبت به پروژه‌های پرینت سه بعدی معمول می‌طلبند. اما قول می‌دهیم که کاملا ارزش این زحمات را دارد.

چرا آن‌ها را چاپ می‌کنیم؟

قالب‌های چاپ سه بعدی برای درست کردن قطعات کوچک بسیار مناسب هستند. (منبع: KiwiMill Model Maker Blog)

قالب‌های چاپ سه بعدی برای هر کسی که بخواهد آن را امتحان کند در دسترس است، اما اگر به دنبال جنبه‌های خاصی از چاپ سه بعدی که در زیر اشاره شده است هستید، این روش عمدتا مفید است:

• چاپ چند نسخه به صورت همزمان: اگر از اینکه پرینت سه بعدی سنتی، شما را به تولید یک قطعه در هر دفعه محدود می‌کند، به ستوه آمده‌اید، قالب‌های پرینت سه بعدی در این زمینه می‌توانند به شما کمک کنند. اگرچه هر دفعه شما تنها یک قالب می‌توانید تولید کنید، اما به محض اینکه آماده شدید، می‌توانید از تمام قالب‌ها یکجا و برای تولید انبوه قطعات به صورت دسته‌ای استفاده کنید که در این صورت سرعت فرایند تولید شما افزایش می‌یابد.
• نسخه‌های دقیق: اگر به تکرار یکدست در مقیاس وسیع نیاز دارید، قالب‌های پرینت سه بعدی می‌توانند بدون هیچگونه نیازی به کالیبره کردن مجدد بین دسته‌ها، طراحی شما را یکسان انجام دهند.
• پرینترهای سه بعدی در لحظه، با استفاده از به روزرسانی‌های نرم افزاری و سخت افزاری به طور مداوم از جدیدترین روش‌های ارتباط با یکدیگر اطمینان می‌یابند، اما وقتی برای کار یک قالب را پرینت سه بعدی می‌کنید، تنها باید یک بار نگران جزئیات طراحی باشید. سپس، تنها زمانی که بخواهید تغییراتی را از عمد انجام دهید، و نه به دلیل اینکه مجبور به تغییر شرایط چاپ هستید، باید دوباره تنظیمات را انجام دهید.
• به راه انداختن کسب و کار تولیدی کوچک خودتان: اگر به دنبال یک کسب و کار تولیدی یک مرحله‌ای با بودجه‌ی (نسبتا) کم هستید، پرینت سه بعدی قالب‌های خودتان می‌تواند در این راه به شما کمک کند تا پیشرفت کنید. شما می‌توانید از دستگاه‌هایی که در اختیار دارید استفاده کنید (اگر در حال حاضر به یک پرینتر سه بعدی دسترسی دارید) یا اگر ندارید، می‌توانید آن را با قیمت پایین تری نسبت به تجهیزات تولیدی دیگر بخرید. به علاوه، بدون ترس از دست دادن پول یا منابع خیلی بیشتر از آنچه که نیاز دارید، می‌توانید کسب و کار کوچکی را راه بی‌اندازید. پرینترهای سه بعدی در اندازه‌های مختلفی وجود دارند، از انواع قابل حمل و رومیزی، تا مدل‌های زمینی به اندازه‌ی یک فرد، از این رو شما می‌توانید مطابق با نیازهای خود، قالب‌ها را ساخته و میزان هزینه‌ای که برای ساخت آنها استفاده می‌شود را کنترل کنید. هزینه‌های راه اندازی می‌توانند باعث شکست یا موفقیت یک تجارت جدید شود، و قالب‌های پرینت سه بعدی می‌توانند در کاهش این ریسک به شما کمک کنند.

چیزهایی که لازم دارید

جدا کننده‌ی قالب یک راه ارزان و آسان است که کمک می‌کند تا قالب‌های چاپ سه بعدی شده به راحتی خارج شوند. (منبع: Zipblocks/YouTube)

شروع ساخت قالب‌های پرینت سه بعدی بسیار آسان است، حتی پس از عبور از مرحله‌ی اولیه، نیازی به لیست بلندی از تجهیزات تخصصی ندارید. در اینجا تمام چیزهایی که برای ساخت یک قالب با پرینتر سه بعدی خودتان لازم دارید ذکر شده است:

• پرینتر سه بعدی: اگر از قبل یک پرینتر سه بعدی نداشته باشید، این بزرگترین مشکل شما خواهد بود. اما به خاطر داشته باشید، به همان اندازه که بودجه‌، انواع پروژه‌ها، و فضای کاری در دسترس است، یک پرینتر سه بعدی وجود دارد. در این مقاله زمان کافی برای بررسی تمام جزئیات مربوط به یافتن دستگاه عالی برای شما امکان پذیر نیست، اما اگر نمی‌دانید از کجا شروع کنید، در حال حاضر بهترین پرینترهای سه بعدی را در اینجا بررسی می‌کنیم.
• نرم افزار طراحی: درست مانند پرینترهای سه بعدی، برای یافتن ابزارهای طراحی مناسب برای بادوام کردن قالب‌های پرینت سه بعدی شده، می‌توانید تا هر اندازه که بخواهید آنها را بزرگ یا کوچک انتخاب کنید. معادل‌های رایگان اتوکد بسیاری در اینترنت وجود دارد، و همچنین طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها وجود دارند که برای استفاده از آنها باید پول بپردازید یا اشتراک تهیه کنید. بنابراین انتخاب خودتان را انجام دهید. همه‌ی این نرم افزارها به شما این امکان را می‌دهند تا قالب‌ها را با توجه به مشخصات مورد نیاز خود طراحی کنید.
• فیلامنت پرینت سه بعدی با مقاومت بالا در برابر حرارت، سفتی و جزئیات زیاد: قالب پرینت سه بعدی شما دستخوش تغییرات دمایی و دستکاری‌های زیادی قرار می‌گیرد تا قطعه‌ی نهایی شما ساخته و آزاد شود، بنابراین اطمینان حاصل کنید که قالب را از موادی که بتواند از عهده‌ی این تغییرات برآید چاپ می‌کنید. ABS دیجیتالی یک نوع استاندارد تر اکریلونیتریل بوتادین استایرن است و یک فیلامنت عالی برای ساخت قالب‌ها می‌باشد. این ماده بدون فدا کردن پرداخت سطحی عالی و مقاومت در برابر حرارت، درجه تحمل ضربه‌ی خوبی برای قطعاتی که تحت تاثیر ضربات زیادی قرار می‌گیرند را داراست.
• مواد پر کننده‌ی قالب‌های شما: در اینجا، می‌توانید از هر چیزی که به شکل قالب شما ذوب و سفت شود، مانند فلز یا سایر مواد ترموپلاستیک استفاده کنید. اگر در تزریق قالب تازه کار هستید، توصیه می‌کنیم از سیلیکون استفاده کنید. کار با آن آسان است زیرا ترکیب استحکام و انعطاف پذیری آن باعث می‌شود به راحتی از قالب بیرون بیاید و این کارایی را برای قطعه‌ی نهایی شما به ارمغان می‌آورد.
• جدا کننده قالب: نیازی به پوشش‌های زیستی خطرناک نیست –از یک اسپری برای پوشاندن قالب قبل از ریختن مواد به داخل آن استفاده کنید تا زمانی که قطعه خشک شد راحت تر از قالب خارج شود، مانند زمانی که یک کاغذ روغنی مخصوص پخت و پز استفاده می‌کنید تا شیرینی‌های شما راحت تر جدا شوند. جدا کننده قالب را به عنوان یک اسپری پخت و پز برای قالب‌های پرینت سه بعدی شده‌ی خود فرض کنید. این روش از موم و یا امید به اینکه زمانی که آن را خارج می‌کنید هیچ چیز نشکند، آسان تر و ارزان تر است.

*درباره کاربرد پرینت سه بعدی در معماری هم بخوانید*

مزایا

استفاده از قالب های چاپ سه بعدی شده به شما این امکان را می‌دهد تا همزمان چندین کپی از چندین قطعه را بسازید. (منبع: Ultimaker)

در اینجا دلایل زیادی را بیان کردیم که چرا قالب‌های پرینت سه بعدی، یک روش ساده برای به روزرسانی روش تولیدی شما هستند. در اینجا بزرگترین مزایای ایجاد یک فضای دائمی برای پرینت سه بعدی به شرح زیر هستند:

• قیمت بسیار پایین تر برای تولید مقدار کم: با تقریبا 200 دلار، بسته به پرینتر سه بعدی که می‌خواهید بخرید، می‌توانید از قالب‌های چاپ شده‌ی سه بعدی برای شروع استفاده کنید. این هزینه را با متوسط هزینه‌ی 10000 دلاری برای شروع یک تولیدی صنعتی مقایسه کنید، و به راحتی می‌توان فهمید که قالب‌های چاپ سه بعدی شده، دسترسی به تولید را برای کسانی که قادر به پرداخت این مقدار هزینه نیستند، آسان می‌کند.
• به هیچ ماده‌ی خاصی احتیاج نیست: اگرچه به یک سری تجهیزاتی که پرینت قالب‌های سه بعدی را آسان تر می‌کنند اشاره کردیم، اگر در حال حاضر از پرینتر سه بعدی معمول استفاده می‌کنید می‌توانید کار را بلافاصله شروع کنید. این امر، یکی از مهم ترین دلایلی است که این فرایند را بسیار در دسترس می‌سازد. اگر در حال حاضر از 99% نیاز خود استفاده می‌کنید، این کار یک پرش کوتاه و آسان است که امکانات بیشتری را برای شما فراهم می‌کند.
• به راحتی می‌توانید طرح‌های خود را تغییر داده و پیچیده سازید: از آنجایی که ساخت یک قالب یک فرایند چند وجهی است، به محض کامل شدن نسخه نهایی، به راحتی نمی‌توانید در آن تغییر ایجاد کنید. اما پرینت کردن سه بعدی قالب، سهولت در طراحی و تکرار در فرایند ساخت را به همراه دارد. اگر متوجه تغییری شدید که لازم است پس از اولین گروه، آن را ایجاد کنید، نترسید. فقط کافی است برنامه CAD را باز کنید، تغییرات را ایجاد کرده، و زمانی که یک تولید کننده‌ی صنعتی متوجه می‌شود که مشکلی وجود دارد، می‌تواند قالب را برای سری بعدی خود چاپ سه بعدی کند. بدون پرداخت هزینه اضافی برای قالب‌های جدید، بدون یک ماه و نیم انتظار دیگر برای اینکه دید آیا این تغییر کار کرده جواب داده است – شما از قبل به کسب و کار خود بازگشته‌اید.
• زمان تکمیل فرایند سریع: این امر فقط برای وقتی که می‌خواهید تغییرات انجام دهید نیست. بلکه، قالب‌های پرینت سه بعدی به این معنی است که حداقل سه برابر سریع تر از روش‌های تولیدی سنتی فرایند شما تکمیل می‌شود، یعنی یک تا دو هفته به جای پنج تا شش هفته. و زمانی که ابزارهای تولیدی خودتان را دارید (و در روی میز کار خود)، به جای اینکه منتظر دیگران باشد، می‌توانید برنامه‌ی خروجی را خودتان کنترل کنید. این نوع آزادی به شما زمان برای گسترش و رشد به هر شکلی که می‌خواهید را می‌دهد.
• امکان پذیر بودن جزئیات دقیق و اشکال هندسی پیچیده: زمانی که قالب‌ها را چاپ سه بعدی می‌کنید، سطح جزئیات شما فقط به وضوح لایه‌های چاپگر سه بعدی محدود می‌شود. همچنان باید اطمینان حاصل کنید که از حد خود تجاوز نمی‌کنید، اما زمانی که اندازه گیری‌ها در مقیاس میلی متر و میکرون هستند، می‌توانید مطمئن باشید که نسبت به پارامترهای بزرگ در روش‌های تزریق قالب سنتی، آزادی ابتکار بیشتری دارید.

معایب

استفاده از قالب‌ها، ضایعات چاپ سه بعدی کاهش می‌یابد. (منبع: Epic 3D Stuff)

هیچ کس کامل نیست و مراحل پرینت سه بعدی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. قالب‌های چاپ سه بعدی چند نکته منفی دارند، بنابراین آنچه در اینجا باید قبل از شروع کار بدانید، اینجاست:

• برای تولید دسته‌های بزرگ (تعداد خیلی بالا) مناسب نیست: گرچه قالب‌های پرینت سه بعدی امکان ساخت چندین قطعه به طور همزمان را فراهم می‌کنند، اما محدودیت‌های اندازه‌ای برای این کارآمدی آن وجود دارد. اگر به دنبال ساخت دسته‌های 100 تایی و حتی بیشتر هستید، متوجه می‌شوید که زحمات شما برای چاپ قالب، بیشتر از آن که مفید باشد پر زحمت است. در واقع این نقطه عطفی است که وقتی ظرفیت را با هزینه‌ها مقایسه می‌کنید، هزینه‌های بالاتر تزریق قالب صنعتی، محتمل تر هستند.
• آزمایش کردن، تولید زباله را به دنبال دارد: اگر از طرح‌های خود برای چاپ سه بعدی قالب‌ها استفاده می‌کنید، حداقل مقداری ماده را هدر می‌دهید. زمانی که در حال پیدا کردن نتایج مثبت برای کار خود هستید، از این امر نمی‌توان اجتناب کرد. نکته خوب این است که شما به راحتی می‌توانید طراحی خود را تنظیم کنید؛ نکته بد این است که تا زمانی که قطعه نهایی از قالب شما خارج نشود، شما متوجه نقاط ضعف نمی‌شوید. خوشبختانه، روش‌هایی برای بازیافت موادی که استفاده کردید وجود دارد، چه برای استفاده‌ی خودتان در آینده یا به عنوان بخشی از یک سیستم بازیافتی بزرگتر در منطقه شما. و با استفاده و تصفیه، ضایعات کمتری تولید می‌شوند.
• فرسایش و ترک خوردن قالب‌ها: از آنجایی که قالب‌های چاپ سه بعدی شده نسبت به قالب‌های صنعتی، معمولا از مواد با دوام کمتری ساخته می‌شوند، در صورت استفاده منظم، آسیب بیشتری به آن‌ها وارد می‌شود. استفاده از فیلامنت های پرینت سه بعدی که با دوام هستند، تا حد زیادی به حل این مشکل کمک می‌کند، اما راه حل بی نقصی نیستند، بنابراین هر قالب پرینت سه بعدی شده‌ای را که قصد دارید به آن اعتماد کنید، یادداشت کنید.

نکاتی برای موفقیت

اضافه کردن مهاربند آلومینیومی در طرح قالب می‌تواند به آن کمک کند تا شکل خود را مدت طولانی تری حفظ کند. (منبع: 3D Hubs)

حالا که اصول پایه را می‌دانید، در اینجا چند روش وجود دارد تا مطمئن شوید قالب‌های چاپ سه بعدی شده شما به یکدیگر می‌چسبند.

• از طرح خود آگاهی لازم داشته باشید: زمانی که قالب خود را طراحی می‌کنید، به خاطر داشته باشید که برخی مشخصات خاص فرایند شما را آسان تر می‌کنند- یا سخت تر می‌کنند. برای مثال، به علت فاکتورهای تنشی، زاویه‌ی قائمه در طراحی شما، باعث می‌شوند به سختی بتوانید آن بخش‌ها را از قالب خارج کنید. اضافه کردن زوایای شیب دار، حداقل دو درجه به سر خوردن قطعات به بیرون کمک می‌کنند. علاوه بر این، دقت طراحی شما در گرو چاپگر شما خواهد بود – به همین دلیل پیدا کردن مناسب ترین دستگاه و موادی که نیاز دارید، بسیار اهمیت دارد.
• پشتیبانی اضافی داخلی: اگر قرار بر این است که از قالب‌های پرینت سه بعدی شده خودتان بیشتر از 20 دفعه استفاده کنید، کانال‌هایی برای میله‌های پشتیبان آلومینیومی در نظر بگیرید. این یک روش عالی برای افزایش مقاومت قالب شما، به خصوص برای استفاده در طولانی مدت است. منافذ کم عمق هوا در حدود 0.05 میلی متر نیز یکی دیگر از کارهای اضافی آسان در طراحی شما است که اجازه‌ی خروج هوا در هنگام ریخته شدن مواد در داخل قالب را می‌دهد. در این صورت، احتمال تشکیل حباب‌های هوا در قطعه‌ی قالب گیری شده را کاهش داده، و این به معنای استحکام بیشتر پس از اتمام کار شما خواهد بود.
• از لایه‌های کمتری استفاده کنید: پرینتر خود را بر روی کمترین تعداد لایه‌ها تنظیم کنید. این امکان را به شما می‌دهد که در حین پرینت سه بعدی قالب خود گیر نیفتید. این کار تا حد زیادی خطوطی مشخصی که در چاپ سه بعدی اتفاق می‌افتد را صاف می‌کند. تا حد امکان آنها را به هم نزدیک می‌کند و یک سطح یکنواخت برای قالب گیری دقیق به شما می‌دهد.
• تمام سطوح را به طرف بالا قرار دهید: اگر طراحی قالب پرینت سه بعدی شده‌ی شما دو سطح دارد که باید دقیقا مقابل هم قرار بگیرند، ایجاد تصاویر آینه‌ای در کنار یکدیگر باعث می‌شود تا بتوانید همان سطح را شکل دهید تا به طور یکسان بیرون بیایند.