پرینت سه بعدی در علم پزشکی

شرکت تحقیقاتی Allied Market ایالات متحده بازار پرینت های سه بعدی پزشکی را تا سال ۲۰۲۰ به میزان ۲٫۳ میلیارد دلار برآورد کرده است. رشد کلی پرینت سه بعدی می تواند به واسطه امکان سفارشی سازی توسط این روش توضیح داده شود. در این جا برخی از عمده ترین تأثیرات تکنولوژی پرینت سه بعدی در علم پزشکی بررسی شده است. این تکنولوژی می تواند در ساخت پروتزها و ایمپلنت ها، ساخت مدل های آناتومی برای محدود کردن خطرات عمل های جراحی، تولید دستگاه های پزشکی، ساخت دارو و … استفاده شود.

پرینت سه بعدی در علم پزشکی می تواند در موارد زیر کاربرد داشته باشد:

1. چاپ سه بعدی برای طراحی ایمپلنت و پروتز
2. چاپ سه بعدی در شبیه سازی جراحی
3. چاپ سه بعدی زیستی برای ایجاد بافت ها و اندام ها
4. چاپ سه بعدی دارو
   
   
   

5 نکته ای که درباره اسلحه پرینت سه بعدی باید بدانید:

1.      هیچ نظارت پس زمینه ای در پرینت سه بعدی اسلحه ها وجود ندارد.

2.      پرینت سه بعدی اسلحه از نظر فنی در ایالات متحده غیر قانونی است.

3.      پرینت سه بعدی اسلحه ها غیرقابل کشف هستند که منتقدان می گویند این موضوع مشکل زا است.

4.      حامیان ادعا می کنند که پرینت سه بعدی اسلحه موضوع اصلاحیه اول و دوم حقوق قانونی است.

5.      پرینت سه بعدی اسلحه ناکارآمد و پر هزینه است - اما این موضوع می تواند به زودی تغییر کند.

پرینت سه بعدی و افزایش زمان نگهداری شارژ باتری گوشی

مهندسان دانشگاه کارنگی ملون یک روش جدید پرینتر سه بعدی الکترودهای باتری را توسعه دادند که یک ساختار با تخلخل کنترل شده را ایجاد می کند. روش پرینت سه بعدی آنها می تواند به میزان قابل توجهی ظرفیت و سرعت تخلیه شارژ باتری های لیتیوم یونی را بهبود بخشد.

اگر الکترودهای باتری های لیتیوم یونی دارای منافذ و کانال باشند، می توان ظرفیت باتری را به شدت بهبود بخشید. تا به حال هندسه interdigitated  بهترین هندسه داخلی بوده است که الکترودهای متخلخل را از طریق آن و ساخت افزایشی تولید می کرده اند. این روش اجازه می دهد لیتیوم به صورت کارامد در زمان شارژ و تخلیه در باتری انتقال یابد. اما این تکنیک بهینه نیست.

افزایش زمان نگهداری شارژ باتری گوشی با استفاده از پرینت سه بعدی

Rahul Panat، استاد مهندسی مکانیک در دانشگاه کارنگی ملون و یک تیم از محققان دانشگاه کارنگی ملون در همکاری با دانشگاه علم و صنعت میزوری، روش جدیدی برای ساخت الکترودهای باتری با استفاده از پرینت سه بعدی aerosol jet توسعه دادند. نتایج این تحقیقات در مجله Additive Manufacturing منتشر شده است.

پرینت سه بعدی الکترودهای باتری

پانات گفت: “در مورد باتری های لیتیوم یونی، الکترودهایی با معماری متخلخل می توانند منجر به تولید ظرفیت های بالاتری شوند. دلیل این موضوع این است که چنین ساختاری اجازه می دهد که لیتیوم از طریق حجم الکترود نفوذ کرده و منجر به استفاده بالا از الکترود و در نتیجه افزایش ظرفیت ذخیره سازی انرژی شود.”

در باتری های معمولی ۳۰ تا ۵۰ درصد حجم کل الکترود استفاده نمی شود. پانات توضیح داد: “روش ما که در آن با استفاده از پرینت سه بعدی یک ساختار الکترود میکرولیتیک ایجاد می کنیم که به راحتی انتقال لیتیوم را از طریق کل الکترود انجام می دهد، این مسئله را برطرف کرده و میزان شارژ باتری را افزایش می دهد.”

ساختار میکرولیتیک (Ag) که به عنوان الکترود باتری های لیتیوم یونی استفاده شده بودند نشان می دهد که عملکرد باتری در چندین روش بهبود می یابد، مانند افزایش چهار برابر ظرفیت ویژه و افزایش دو برابر ظرفیت واقعی در مقایسه با یک قطعه الکترود جامد (Ag). همچنین در این روش الکترودها پس از ۴۰ چرخه الکتروشیمیایی شبکه سه بعدی پیچیده خود را حفظ کردند.

تا به حال، تولید باتری های پرینت سه بعدی شده محدود به چاپ مبتنی بر تزریق بود که در آن مواد از داخل نازل تزریق شده و ساختار باتری را تشکیل می دادند.

پرینت سه بعدی در چرخه تولید

محققان دانشگاه کارنگی ملون  روش پرینت سه بعدی منحصر بفرد خود را برای ساختن معماری میکرولاتیک متخلخل با استفاده از قابلیت های موجود در سیستم پرینت سه بعدی Aerosol Jet  توسعه دادند. با استفاده از این روش، محققان قادر به پرینت سه بعدی الکترود باتری به وسیله اتصال سریع قطرات مستقل به ساختارهای سه بعدی هستند. امکان ایجاد این ساختارهای پیچیده با استفاده از روش های تزریقی معمول وجود ندارد.

پانات گفت: “از آنجا که این قطرات از یکدیگر جدا هستند، می توانیم این هندسه های پیچیده جدید ایجاد کنیم. اگر این تنها یک جریان مستقل مواد بود، با استفاده از پرینت سه بعدی تزریقی ما قادر به ساخت آنها نبودیم. من فکر نمی کنم که تا کنون کسی از پرینت سه بعدی برای ایجاد چنین ساختارهای پیچیده ای استفاده کرده باشد. ”

این روش پرینت سه بعدی برای لوازم الکترونیکی مصرفی، صنعت لوازم  پزشکی و همچنین کاربردهای هوا فضا بسیار مهم خواهد بود. محققان تخمین زده اند که این فناوری تا ۲-۳ سال آینده برای استفاده در برنامه های کاربردی صنعتی آماده خواهد شد.

منبع:

http://www.3ders.org/

تاریخچه پرینت سه بعدی

در سال ۱۹۸۰ یک وکیل ژاپنی به نام هیدئو کداما (Hideo Kodama) اقدام به ثبت اختراع دستگاهی می‌کند که می‌تواند اشیاء سه بعدی بسازد. مسئولین به او یک سال فرصت می‌دهند که نمونه کاربردی دستگاه را ارائه کند. او در مدت مقرر موفق به ساخت دستگاه نمی‌شود و ثبت اختراع او به حالت تعلیق در می‌آید.

چهار سال بعد گروهی در فرانسه در تلاش برای ثبت اختراع اولین دستگاه پرینتر سه بعدی، با شکست مواجه می‌شوند چرا که از نظر مسئولین مربوطه این تکنولوژی به هیچ وجه صرفه اقتصادی ندارد و آینده روشنی در کسب و کار برای آن قابل مشاهده نیست. این حق اختراع هم ثبت نمی‌شود تا در آینده مهندس جوانی در آمریکا این اختراع را به نام خود کند.

چاک هال (Chuck Hull)، مهندسی است که در شرکتی کار می‌کند که روکش‌های فوتوپلیمر برای میز و صندلی تولید می‌کند. فوتوپلیمرها نوع خاصی از پلیمرها هستند که با تابش نور فرابنفش به حالت جامد در می‌آیند. چاک هال با خودش فکر می‌کند که اگر به جای پوشش دادن، لایه‌های متعددی با نور سفت شوند، و این کار تکرار شود، می‌توان به یک حجم سه بعدی رسید. او این ایده را با مدیران شرکت در میان می‌گذارد و آن‌ها تصمیم می‌گیرند که کارگاهی مجهز را در اختیار او بگذارند تا ایده خود را اجرایی کند.

پس از سعی و خطاهای بسیار، سرانجام او موفق به ساخت اولین دستگاه پرینتر سه بعدی می‌شود که با تکنولوژی استریولیتوگرافی یاStereolithography یا همان SLA کار می‌کند. فرمت STL هم از ابداعات اوست. اولین قطعه‌ای که با این دستگاه تولید شد، هنوز موجود است. یک فنجان شستشوی چشم.

چاک هال شرکت خودش را با نام DTM Inc. ثبت می‌کند و شروع به ابداع روش‌های دیگر پرینت سه بعدی مانند SLS می‌کند. در نهایت این شرکت توسط شرکت ۳D Systems خریداری می‌شود.

آنچه خواندید گزارشی کوتاه از پیدایش فناوری پرینت سه بعدی بود. فناوری که به لطف رسانه‌ها امروز اسمش را همه جا می‌شنویم. شاید برای شما سوالی به وجود آمده باشد. اگر این فناوری حدود ۳ دهه پیش شکل گرفته پس چرا به تازگی رسانه‌ای شده و همه از آن صحبت می‌کنند؟

خوب راستش را بخواهید به هیچ وجه نیست. از اواخر دهه ۸۰ میلادی که اولین دستگاه پرینت سه بعدی به بازار عرضه شد، شرکت‌های زیادی به وجود آمدند که در این زمینه کار کردند و تکنولوژی‌های جدید پرینت سه بعدی را به بازار معرفی کردند. در همان زمان هم رسانه‌ها بیکار ننشسته بودند و مثل امروز، البته با کمی رویاپردازی بیشتر درباره آن صحبت می‌کردند.

اما در دهه اول شکل گیری صنعت پرینت سه بعدی، این شرکت‌های بزرگ بودند که به آن توجه کردند و سعی کردند که از این تکنولوژی در فرآیندهای خود بهره ببرند. همانطور که می‌دانید یکی از نام‌های پرینت سه بعدی، نمونه سازی سریع یا Rapid Prototyping است. این نام همان نامی است که صنایع مختلف، این تکنولوژی را با آن شناختند. استفاده‌های اولیه پرینت سه بعدی برای نمونه سازی سریع بود. دیگر نیازی به ساختن نمونه‌ها با دست و دستگاه‌های غیر دقیق نبود و مواد اضافی کمتری هم در این پروسه ایجاد می‌شد. پس طراحان به آن علاقه‌مند شدند و به استفاده از آن روی آوردند.

در اواسط دهه ۹۰ هم شرکت Stratasys اولین پرینتر با تکنولوژی FDM که مخفف Fused Deposition Modeling می‌باشد را روانه بازار کرد و به صحنه رقابت در این صنعت وارد شد.

اما هرچقدر هم شرکت‌های مختلف و طراحان و رسانه‌ها از این تکنولوژی می‌گفتند باز هم یک جای کار می‌لنگید. قیمت بسیار بالای دستگاه‌های پرینت سه بعدی که در انحصار چند شرکت خاص قرار داشت این دستگاه را تنها به یک گزینه گرانقیمت و دور از دسترس تبدیل کرده بود و افراد عادی به سختی می‌توانستند تصور کنند که پرینترهای سه بعدی دقیقا چگونه کار می‌کنند. از طرف دیگر خطاهای این دستگاه‌ها در مدل‌های پیچیده که به نقص در آن‌ها می‌انجامید، آینده این تکنولوژی را با ابهام مواجه کرده بود.

همگانی شدن پرینترهای سه بعدی

در واقع از اواخر دهه ۸۰ تا سال ۲۰۰۰ مردم داشتند تنها اسم این تکنولوژی را می‌شنیدند و کم کم می‌فهمیدند که نحوه کار آن چیست.

از اوایل قرن ۲۱ اخبار جذاب دنیای سه بعدی همه را هیجان‌زده کرد. اولین عضو زنده بدن انسان پرینت شد. اخبار عجیبی که مثل فیلم‌های علمی تخیلی بود.

اما اتفاق مهم دیگری در راه بود که این صنعت را دگرگون می‌کرد. در سال ۲۰۰۵ یک پروفسور مهندسی مکانیک در انگلیس، دکتر آدریان بویر (Adrian Bowyer) پروژه‌ای تعریف کرد که پرینترهای سه بعدی را به روی میزهای کارگاه‌های کوچک و خانه‌ها می‌آورد. چالش، طراحی دستگاهی بود که بتواند خودش و یا حداقل قسمت عمده‌ای از بخش‌های خودش را تولید کند. پروژه‌ای که The Republican Rapid-Orototyper Project نام گرفت و ما امروز آن را با نام کوتاه شده RepRap می‌شناسیم.

این پروژه تبدیل به جنبشی شد که هزاران نفر از سراسر دنیا در آن مشارکت کردند و پرینت سه بعدی را به یک تکنولوژی متن باز تبدیل کردند. نتیجه این جنبش این شد که در سال ۲۰۰۸ اولین دستگاه رپرپ ساخته شد. از همین زمان بود که توجه رسانه‌ها بیش از پیش به این تکنولوژی جلب شد و از پتانسیل‌های بزرگ آن سخن به میان آمد.

شکل گیری پلتفرم‌های حمایت جمعی یا کراودفاندینگ مثل کیک استارتر باعث شد که پروژه‌های توسعه پرینترهای سه بعدی شخصی به راحتی حمایت شوند و در سال‌های بعد دستگاه‌های زیادی روانه بازار عمومی شدند.

معروف‌ترین پروژه‌ای که در این مدت شکل گرفت MakerBot بود که کیت‌های آماده برای مشتریان ارسال می‌کرد و افراد می‌توانستند خودشان یک پرینتر سه بعدی را سرهم بندی کنند. این گروه بعدها توسط شرکت Stratasys خریداری شد.

در واقع با نگاهی به تاریخچه پرینت سه بعدی می‌بینیم که از اواخر دهه ۹۰ نام این تکنولوژی همه جا شنیده می‌شد. اما چند فاکتور مهم بود که اهمیت آن را بسیار بالا برد و به جایگاه امروز آن رساند :

• کاهش شدید قیمت دستگاه‌های پرینت سه بعدی
• افزایش دقت این دستگاه‌ها
• متن باز شدن بخشی از این تکنولوژی
• شکل گیری پلتفرم‌های مختلف برای به اشتراک گذاری مدل‌های طراحی‌شده و پرینترها با دیگران
• عرضه نرم‌افزارهای طراحی سه بعدی با کاربری آسان
• شکل گیری جنبش خلاق که به ارتباط مهندسین و طراحان و علاقه‌مندان به این تکنولوژی‌ها امکان برقراری ارتباط و خلق پروژه‌های جدید می‌داد

 

امروز کجا هستیم؟

یکی از بهترین ابزارها برای بررسی وضعیت تکنولوژی‌های مختلف، نمودار گارتنر برای روند تکنولوژی‌هاست که به gartner’s hype cycle معروف است و در زیر آن را می‌بینید.

 

 

به طور خلاصه، ابتدا یک تکنولوژی توجه رسانه‌ها را به خود جلب می‌کند. نمونه کاربردی از آن وجود ندارد یا در دسترس عموم نیست اما تصویری که از آن به وجود می‌آید انتظارات را به شدت بالا می‌برد. کم کم تکنولوژی وارد بازار می‌شود و این تقریبا مساوی است با حداکثر انتظارات از آن. افراد و سازمان‌های کمی به استفاده از آن روی می‌آورند اما خیلی‌ها با احتیاط با آن برخورد می‌کنند. به مرور زمان افراد می‌فهمند که این تکنولوژی محدودیت‌هایی هم دارد و همه چیز آنطور که فکر می‌کردند نبود و سطح انتظارات و سر و صدای رسانه‌ها با شیب زیادی کاهش پیدا می‌کند. پس از آن گروه‌هایی که دید بلند مدت دارند و به رسانه‌ها توجهی ندارند به توسعه این تکنولوژی ادامه می‌دهند و با شیب ملایمی آن را گسترش می‌دهند که مصادف می‌شود با استفاده دیگر افراد که اکثرا در برخورد با تکنولوژی‌های جدید محافظه‌کار هستند.

به احتمال زیاد تکنولوژی پرینت سه بعدی جایی روی سراشیبی نمودار قرار دارد. ما اوج این تکنولوژی را تجربه کرده‌ایم و حالا داریم با محدودیت‌ها و واقعیت‌های این تکنولوژی آشنا می‌شویم. اما این تکنولوژی جایی نمی‌رود. در واقع تازه داستان شروع شده و گروه‌های جدی‌تر بر روی آن کار خواهند کرد و با شیبی ملایم آن را توسعه خواهند داد. تکنولوژی که امروز به افراد زیادی فرصت خلق چیزهایی را داده که تا چند سال پیش تصورش هم مشکل بود.

منبع: http://dimanseh.com/

پرینت سه بعدی چیست و پرینترهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟

در این مطلب می خواهم درباره ی اینکه پرینت سه بعدی چیست و پرینترهای سه بعدی چگونه کار می کنند توضیحی کامل بدهم.

پرینت سه بعدی چیست؟

پرینت سه بعدی به فرآیند تولید قطعات سه بعدی از فایل دیجیتالی آن گفته می شود. فرایند پرینت سه بعدی با ایجاد یک فایل دیجیتالی توسط نرم افزارهای طراحی کامپیوتری مانند autocad، solidworks و … یا اسکن سه بعدی یک قطعه آغاز می شود. پس از تکمیل طراحی، فایل ایجاد شده را به منظور قابلیت خوانا بودن برای نرم افزارهای اسلایسر به فرمت STL تبدیل می کنند. پس از آن فایل STL باید توسط نرم افزارهای اسلایسر به صدها و یا هزاران لایه های دو بعدی تقسیم شود. برخی از این نرم افزارها برای اسلایس کردن عبارتند  از: cura، mankati، Slic3r و … یک پرینتر سه بعدی با تشکیل این لایه های دو بعدی بر روی یکدیگر قطعه سه بعدی را تولید می کند. تمامی فایل های طراحی شده بدون در نظر گرفتن نوع تکنولوژی پرینت ۳ بعدی باید قبل از پرینت به لایه های دوبعدی تقسیم شوند. ضخامت این لایه ها توسط کاربر و براساس نوع تکنولوژی پرینت سه بعدی، مواد مورد استفاده و زمان بندی پروژه تعیین می شود.  پرینت سه بعدی به فرآیند تولید قطعات سه بعدی از فایل دیجیتالی آن گفته می شود. فرایند پرینت سه بعدی با ایجاد یک فایل دیجیتالی توسط نرم افزارهای طراحی کامپیوتری مانند autocad، solidworks و … یا اسکن سه بعدی یک قطعه آغاز می شود. پس از تکمیل طراحی، فایل ایجاد شده را به منظور قابلیت خوانا بودن برای نرم افزارهای اسلایسر به فرمت STL تبدیل می کنند. پس از آن فایل STL باید توسط نرم افزارهای اسلایسر به صدها و یا هزاران لایه های دو بعدی تقسیم شود. برخی از این نرم افزارها برای اسلایس کردن عبارتند  از: cura، mankati، Slic3r و … یک پرینتر سه بعدی با تشکیل این لایه های دو بعدی بر روی یکدیگر قطعه سه بعدی را تولید می کند. تمامی فایل های طراحی شده بدون در نظر گرفتن نوع تکنولوژی پرینت ۳ بعدی باید قبل از پرینت به لایه های دوبعدی تقسیم شوند. ضخامت این لایه ها توسط کاربر و براساس نوع تکنولوژی پرینت سه بعدی، مواد مورد استفاده و زمان بندی پروژه تعیین می شود.

  پرینترهای سه بعدی چگونه کار می کنند؟

در تکنولوژی پرینت سه بعدی  طراحی از طریق کامپیوتر و پرینتر سه بعدی به طور مستقیم منجر به تولید قطعه فیزیکی می شود. فرآیند تولید افزایشی یک شی توسط پرینترهای سه بعدی، با قرار دادن لایه های متوالی از مواد اولیه ایجاد می شود و این روند تا تکمیل قطعه ادامه می یابد. هر یک از این لایه ها را می توان به عنوان یک مقطع افقی نازک برش از قطعه نهایی مشاهده کرد. ساخت افزایشی مخالف ساخت کاهشی که در آن با برداشتن یا ایجاد حفره قطعه نهایی شکل می گیرد، می باشد. در نتیجه ساخت افزایشی به شما این امکان را می دهد تا اشکال پیچیده تر و با استفاده از مواد کمتر و زمان ساخت کمتر نسبت به روش های تولید سنتی ایجاد کنید. همانطور که می دانیم در تولید سنتی فرآیند تولید قطعه نیاز به طی کردن مراحل مختلفی دارد. یکی از دیگر مزایای پرینت سه بعدی تک مرحله ای بودن فرآیند تولید می باشد.

 انواع پرینتر سه بعدی

پرینترهای سه بعدی براساس نوع تکنولوژی به کار رفته در آن ها برای تولید قطعه به انواع مختلفی تقسیم می شوند. با توجه به پیشرفت روزافزون و سریع این تکنولوژی، فرآیندهای تولیدی جدیدی در حال اضافه شدن می باشند. در زیر نام برخی از انواع این تکنولوژی به اختصار بیان شده است. توضیح هر کدام را از این روش ها را در مطلبی جداگانه خواهم گذاشت.

۱-    Setereo Lithography Aparatus (SLA)

۲-   Digital Light Processing (DLP)

۳-    Fused deposition modeling (FDM)

۴-   Selective Laser Sintering (SLS)

۵-   Selective laser melting (SLM)

۶-   Electronic Beam Melting (EBM)

۷-   Laminated object manufacturing (LOM)

3.            جدول دسته بندی روش های مختلف پرینت سه بعدی مطابق با استاندارد ISO/ASTM 52900 را در مقاله دسته بندی انواع روش های پرینت سه بعدی  حتما مشاهده کنید. در این جدول توضیح کامل روش های مختلف پرینت سه بعدی با اختصارات علمی آمده است. حتما در مطالب دیگر این وبلاگ اشاره ای به این جدول خواهم کرد.

* سایت های مختلفی درباره پرینت سه بعدی توضیح داده بودند. همچنین ویکی پدیا ولی من همشون رو مطالعه کردم و مطلب ویکی پدیا خیلی سنگین بود و اصلا قابل فهم نبود. سعی کردم بهترین تعریف رو براتون بزرام. اگر لینک سایت با توضیحات بهتری از پرینت سه بعدی سراغ دارید. خوشحال میشم در قسمت نظرات بنویسید. ممنون:)

خوش آمدگویی

با سلام 

به وبلاگ پرینت سه بعدی خوش آمدید.

هدف از ایجاد این وبلاگ آشنایی با تکنولوژی پرینت سه بعدی و انتشار اخبار به روز دنیا درباره ی پرینت سه بعدی است. 
من به شخصه خیلی به تکنولوژی پرینت سه بعدی علاقه مند شدم و وبلاگی که تنها درباره  ی پرینت سه بعدی باشه و مقالات آموزشی و اخبار پرینت سه بعدی داشته باشه به طور جامع و کامل پیدا نکردم و خیلی علاقه مند بودم که همچین وبلاگی ایجاد کنم. من سعی میکنم مطالب مفید سایت ها رو در بیارم و بهترین مطالب و مقالات مربوط به پرینت سه بعدی رو دراین وبلاگ در اختیارتون بزرام(و حتما به منبع لینک میدم که در صورت لزوم مطالعه بیشتری داشته باشید). اگر به دنبال موضوع خاصی از پرینت سه بعدی هستید میتونید درخواست بدید براتون از اون موضوع مطلب بزارم. 

امیدوارم این وبلاگ برای علاقه مندان به این حوزه مفید باشه.
لطفا اگر نظری یا پیشنهادی دارید در قسمت نظرات بفرمایید. 

با تشکر :)