استریولیتوگرافی یا به زبان محاورهای چاپ سهبعدی یکی از روشهای مدلسازی سهبعدی سریع است که در صنعت نمونهسازی انقلابی به پا کرده است. پرینترهای سه بعدی (3D Printer) لایههای نازک مواد را به صورت اشیا سه بعدی درمیآورند. این پرینترها از تکنیک ها و مواد بسیاری استفاده میکنند، اما تمامی آنها این قابلیت را دارند که فایل های دیجیتالی حاوی دادههای دیجیتالی سه بعدی- که توسط برنامهی CAD یا طرحهای کامپیوتر یا اسکنر سه بعدی تولیدشده – را به اشیای فیزیکی تبدیل کنند. این پرینترها برای اهداف متنوعی مورد استفاده قرار میگیرند.
فرایند استریولیتوگرافی برای نخستین بار در سال 1986 توسط یک تاجر و مخترع آمریکایی بنام چارلز هال (Charles Hull) و به عنوان راهی برای تبدیل لایههای مواد به یک شی جامد اختراع شد. در حقیقت او موفق شد با استفاده از یک محفظه محتوای پلیمر مایع حساس به نور ماوراءبنفش و یک لیزر ماوراءبنفش ، ساختار مواد را به صورت لایههای جامد در آورد. یکی از مزایای روش استریولیتوگرافی سرعت آن است. یک قطعه میتواند در مدت زمان کوتاهی ساخته شود. زمان ساخت قطعات معمولاً به ابعاد قطعه و پیچیدگی جزئیات آن بستگی دارد که میتواند چند ساعت و یا بیشتر از یک روز به طول بی انجامد.
انواع
امروزه استریولیتوگرافی مدرن امکان ایجاد مدل های سه بعدی با مواد متنوعی را فراهم میکند. لایههای ورقهای نازک پوشیده شده از پلاستیک میتوانند با استفاده از یک لیزر ذوبشده ، به لایهی زیرین خود متصل و در نهایت یک حجم کامل سهبعدی به وجود آورند. این لیزر میتواند قطعات اضافی را از شی جدا کند. این در حالی است که هنوز هم میتوان از روش فوتوپلیمر هال یا همان تابش پرتو لیزر فرابنفش به یک فوتوپلیمر (محلول حساس به نور) حساس به اشعه ماورای بنفش برای ایجاد شدن شی بر روی سطح استفاده کرد.
در روند استریولیتوگرافی، یک لیزر برای فراهم آوردن پرتوهای کنترلی انرژی که مستقیماً بر لایههای نازک مواد اعمال میشوند، مورد استفاده قرار میگیرد. این انرژی منجر به اتصال لایهها به یکدیگر یا واکنش شیمیایی مایع فتو ری اکتیو ، سپس مستحکم شدن و اتصال آن با لایهی زیرین مواد میگردد. لازم به ذکر است، به دلیل پیچیدگی این فرایند، اشعهی لیزر همواره به صورت کامپیوتری کنترل میشود.
نرخ زمان
فرایند چاپ اشیا سه بعدی به اندازی چاپ اسناد معمولی سریع نیست. طراحی مدلهای سه بعدی با استفاده از مایع فتو ری اکتیو یا اشعهی ماوراءبنفش بطورمعمول بین 6 تا 12 ساعت به طول میانجامد، اگر چه باید گفت برای طراحی این اشیا با استفاده از کامپیوتر به صرف مدت زمانی حتی بیش از این ، بسته به پیچیدگی مدل، احتیاج خواهید داشت.
اهمیت
استریولیتوگرافی امکان ایجاد قطعات، مدلها یا دیگر اشیاء پیچیده را با سرعت و قیمت کمتر فراهم میآورد. این فرایند همچنین، ساخت قطعات منحصر بفرد یا نمونههای اولیهی یک شی را باهدف تست و پیش از تولید انبوه آن ، البته بدون نیاز به قالبها ، الگوهای خاص یا دیگر مواد و موارد مورد نیاز برای ساختوساز، امکانپذیر مینماید.
امروزه اغلب مدلهای سه بعدی مبتنی بر لایههای ورقهای نازک پوشیده شده از پلاستیک، رزین یا حتی نشاستهی ذرت هستند. در واقع، شیوه دیگری که به دلیل سرعت، دقت و صرفه انرژی آن، کاربرد گستردهای در صنایع یافته است، استفاده از مخزنی از پودر پلیمری است که در آن هر لایه جسم نه با ذوب لیزری، بلکه به سادگی با یک ماده رزینی ساخته میشود. سیستمی شبیه به سر چاپگرهای دوبعدی جوهر افشان، رزین را نقطه به نقطه به سطح پودر میافزاید و لایهای از جسم را تشکیل میدهد. یک برتری این روش در آن است که میتوان رنگهای مختلفی را با رزین آمیخت و جسمی با رنگبندی دلخواه را تولید کرد. اگرچه این روش بسیار کارا است، اما سیستمهای چاپ آن و نیز مواد مورد استفاده از آن هنوز برای کاربردهای خانگی بسیار گران هستند.
مضرات
تحقیقات دانشمندان موسسه فناوری ایلینویز نشان میدهد چاپگرهای سهبعدی در صورتی که در محیط مناسب قرار نگیرند، میتوانند برای سلامتی انسان مضر باشند. اگر چه پرینترهای سه بعدی جدید تقریباً به همه افراد اجازه میدهند به خلق اشیا سه بعدی بپردازند اما نباید از این حقیقت غافل شد که فرآیندهای صورت گرفته برای نیل به این هدف نظیر: ذوب مواد اولیه ، منجر به پراکنده شدن ذرات فوقالعاده ریز در هوا میشود و از آنجایی که این پرینترها برای کاربردهای خانگی فاقد هرگونه تهویه یا فیلتر هستند، این ذرات میتوانند مستقیماً وارد ریهها و یا حتی جریان خون شده و نهایتا باعث بروز مشکلات قلبی – تنفسی شوند. لازم به ذکر است ،غلظت بالای این ذرات حتی میتواند، منجر به سرطان ریه یا آسم شود.
همان طور که گفته شد، پرینترهای سه بعدی دارای مزایا و مضراتی هستند. این پرینترها حتی در دانش پزشکی نیز کاربرد دارند. با استفاده از تکنولوژی پرینترهای سهبعدی شاید در آینده دور دیگر مجبور به خرید کالا از فروشگاه نباشید و بتوانید هر آنچه را نیاز دارید، از غذا گرفته تا پوشاک مورد نظر خود، را بسازید! اما به راستی این تکنولوژی تا چه اندازه میتواند خود را با واقعیت الگوهای طبیعی وفق دهد؟ آیا این تکنولوژی باعث رفع مشکلاتی که بشر سالهاست با آنها دست و پنجه نرم میکند خواهد بود؟
1- stereolithography
2- ultraviolet laser
3- photopolymer
4- در این روش از یک مخزن پر از محلول فوتوپلیمر استفاده میشود که سکوی ساخت در بالای آن قرار دارد. در آغاز، یک لایه از محلول با غلظت مناسب روی سکو را پوشانده است و پرتودهی برای نخستینبار انجام میشود و نقش زیریترین لایه از برشهای مقطعی جسم مورد نظر را روی سکو شکل میدهد. سپس سکو به اندازه یک لایه پایین میرود، سطح آن دوباره از محلول فوتوپلیمر پوشانده میشود و نقش سطح مقطع دومین لایه، با نور فرابنفش روی لایه نخست که اکنون سخت شده، شکل میگیرد. این فرآیند ادامه مییابد تا بالاترین لایه نیز به همین ترتیب، چاپ شود. سپس جسم چاپشده از درون محلول فوتوپلیمر بیرون آورده شده و با قرار گرفتن محلولهای ویژهای، شسته میشود. چنین جسمی در این مرحله هنوز برای استفاده نهایی آماده نیست و هنوز باید با تابش نور فرابنفش بیشتر، سختی بیشتری پیدا کند و پس از آن فرآورده نهایی بهشمار میرود.
