یک دهه است که چاپ سه بعدی چوب وجود داشته است. با این حال، راه اندازی Forust™، زیرمجموعه Desktop Metal که به قطعات چوبی با مصرف نهایی اختصاص دارد، نیاز دارد تا آینده این ماده در این صنعت را زیر سوال ببرد. Forust™ ادعا می کند که فناوری بایندر جت آنها می تواند به حجم بالایی از قطعات چوبی نهایی دست یابد. آیا صنعتی شدن چاپ سه بعدی چوب به این شکل خواهد بود؟
ده سال پیش، چاپ سه بعدی چوب با استفاده از رشته های چوب با چاپگر سه بعدی FDM ترکیب شد. به عبارت ساده، چوب جدید یا ضایعات آسیاب شده و به پودر ریز تبدیل می شود و پس از آن با چسب هایی مانند سیلیکات سدیم، سیمان، سلولز، گچ، پلاستیک و چسب مخلوط می شود تا رشته ای ایجاد شود. در طول سالها، محققان علاقهمند به این ماده به راهحلهای مواد جدیدی دست یافتند که میتوان آن را با فناوریهای دیگر مورد استفاده قرار داد - و گاهی اوقات، امکان تولید را به روشی سازگار با محیط زیست، بدون قطع درختان فراهم میکرد.
انوع مصالح چوبی:
همانطور که در بالا گفته شد، جدا از پرینت سه بعدی FDM که فیلامنت چوب را پردازش می کند، چوب را می توان با جت بایندر نیز پردازش کرد. به عنوان مثال، در مورد Forust™، این فرآیند مبتنی بر فناوری تک پاسی بایندر جتینگ AM است که محصولات جانبی ضایعات تولید چوب (گرد و غبار سلولز) و صنعت کاغذ (لیگنین) را چرخه میکند و قطعات چوبی کاربردی را از طریق مواد با کیفیت بالا دوباره مادی میکند. سرعت پرینت سه بعدی از جمله دانه دیجیتال در سراسر قطعه. سپس این ماده توسط چاپگر سه بعدی به شکل پودر پردازش می شود.
چوب علاوه بر پودر می تواند به صورت گلوله نیز موجود باشد. Industry SE، یک سازنده ماشین مستقر در سوئد از این نوع مواد برای چاپگرهای سه بعدی خود استفاده می کند. جوناس کارلسون، مدیر عامل شرکت توضیح میدهد که این فرآیند هم از نظر «هزینههای مواد و هم از نظر کارایی چاپ» جالب است. ما عمدتا با Stora Enso، یکی از بزرگترین شرکت های جنگل و چوب در سوئد کار می کنیم. آنها ماده ای به نام Durasens 50 و 30 ساخته اند. Durasense 50 حاوی 50٪ گرد و غبار کارخانه چوب بری است و Durasense 30 حاوی 30٪ است. Stora Enso یک چاپگر سه بعدی MAGNUM در تاسیسات خود در Hyltebruk، سوئد نصب کرده است. آنها از دستگاه ما برای توسعه مواد استفاده کرده اند و همچنین تولید را در مفهوم OneLoop خود انجام می دهند. [مثلاً یک صندلی بار را می توان در کمتر از 2.5 ساعت چاپ کرد]. امکان استفاده مجدد از این ماده تا 20 بار وجود دارد. پس از اینکه محصول پرینت سه بعدی به پایان عمر خود رسید، به سادگی آن را دوباره به صورت گلوله خرد کرده و دوباره در MAGNUM چاپ می کنید.
علاوه بر این، در اسرائیل، تیم دیگری از دانشمندان در حال توسعه چوب به شکل مایع آن برای چاپ سه بعدی هستند. Shany Barath، Disrupt.Design Lab (D.DLab) به 3D ADEPT گفت که «مواد خاصی در Disrupt توسعه یافته اند. آزمایشگاه طراحی (D.DLab) در موسسه فناوری Technion اسرائیل. این فرآیند توسعه شامل کاوش تکراری طراحی شده با هدف ایجاد خمیر چوب قابل چاپ است. علاوه بر این، تلاشهای مشترک به شرکای صنعتی مانند دایکا وود گسترش مییابد که شامل آزمایش با مواد مبتنی بر زباله آنها میشود. مواد به صورت پودر به دست میآیند و با آزمایشهایی با نسبتهای فرمولبندی مختلف، خمیر مناسب برای نیازهای چاپ خود را تعریف میکنیم. با استفاده از چسب های طبیعی، خاک اره حاصل از ضایعات صنعتی را می توان به طور موثر برای کاربردهای چاپ سه بعدی تغییر کاربری داد. تکنیک چاپ به کار گرفته شده بر اساس اصول مواد رسوب مایع (LDM) است، انتخابی که با ویژگیهای ذاتی مواد، مشابه روشهای مورد استفاده در چاپ مواد مبتنی بر خاک رس است.
یکی دیگر از رویکردهای چاپ سه بعدی چوب که شایان ذکر است، رویکرد اشلی بکویث، دانشجوی سابق MIT است که علم زیستی FORAY را برای توسعه بیشتر روشهای جدید برای رشد چوب بدون بریدن درختان تأسیس کرد. تکنیک آنها نیاز به استفاده از مهندسی بافت برای تولید مواد گیاهی در آزمایشگاه دارد. دانشمندان تاکنون فقط از این روش برای کشت سلول های حیوانی استفاده کرده اند.
«مفاهیم مشابهی به فضای کشت گیاهان، به ویژه در مورد تولید مواد، ترجمه نشده است. بنابراین، این کار اولین نگاهی به رویکرد کشاورزی سلولی برای تولید مواد گیاهی نشان میدهد.» محققان در مطالعه خود خاطرنشان کردند. با هدف کاهش شدید جنگلزدایی، قدم بعدی این تیم پرینت سه بعدی چوب در آزمایشگاه از سلولهای درختانی مانند کاج است.
کاربردها: آیا صنعتی شدن امکان پذیر است؟
در حالی که اکثر این راه حل های چاپ سه بعدی چوب قبلاً نمونه های اولیه قابل اجرا را تولید کرده اند، باید توجه داشت که آنها همیشه همان صنعت عمودی را هدف قرار نمی دهند.
با پرینت سه بعدی FDM و جت بایندر، برخی از برنامه های کاربردی جالبی که قبلا به صورت عمومی به اشتراک گذاشته شده اند، برای صنعت کالاهای مصرفی ساخته شده اند.
پرینت سه بعدی FDM
به عنوان مثال، فیلامنتوم، تولیدکننده مواد، Timberfill را پیشنهاد می کند، ماده ای که از الیاف چوب، به ویژه الیاف صنوبر تشکیل شده است. ماده کامپوزیت Timberfill به طور خاص برای نیازهای چاپ سه بعدی طراحی شده است، به طور خاص برای فناوری FDM/FFF، بنابراین طول الیاف باید در نظر گرفته شود. Timberfill با مخلوط کردن پلی استرهای زیستی تحت سلطه PLA و الیاف چوبی به دست آمده از درختان صنوبر توسعه یافت. فرآیند توسعه شامل مخلوط کردن پلی استرهای زیستی و الیاف چوب در نسبت دلخواه است، معمولاً 15٪ الیاف چوب و 85٪ PLA. اشیاء چاپ شده ظاهری اصیل و بوی موقت چوب دارند. ما در حال حاضر 8 سایه رنگ ارائه می دهیم و در حال آماده سازی بیشتر هستیم. باربورا جورچووا، رئیس بخش تحقیق و توسعه توضیح می دهد که به لطف منشاء زیستی این ماده، 100٪ با کمپوست صنعتی قابل تجزیه زیستی است.
در سطح تولید، استفاده از Timberfill در فرآیند چاپ سه بعدی نیازمند ملاحظات خاصی برای دستیابی به نتایج بهینه است. به گفته Jurčová، از آنجایی که این ماده حاوی الیاف چوب است، می تواند بر قابلیت چاپ تأثیر بگذارد و باعث افزایش سایش نازل شود. برای کاهش این امر، به کاربران توصیه می شود که از یک نازل سخت شده مخصوص طراحی شده مناسب برای الیاف کامپوزیت استفاده کنند. علاوه بر این، استفاده از نازل با حداقل قطر 0.5 میلی متر توصیه می شود. خشک کردن مناسب مواد قبل از چاپ برای جلوگیری از تخریب مواد، رشته شدن و چسبندگی ضعیف لایه ضروری است. درست مانند هر رشته دیگری، تنظیم دقیق تنظیمات چاپ، از جمله دما، ارتفاع لایه، و سرعت چاپ، نقش مهمی در به دست آوردن چاپ با کیفیت بالا دارد.
سایر کاربردها شامل انواع اشیاء تزئینی، مجسمه های هنری، مدل های مبلمان، هدایای شخصی و حتی قطعات کاربردی با ظاهر چوب است. تطبیق پذیری پرینت سه بعدی فیلامنت فیبر چوب فرصت هایی را در صنایع مختلف، به ویژه طراحی، هنر و نمونه سازی باز می کند.
تا آنجا که به صنعتی شدن مربوط می شود، باید توجه داشت که عوامل متعددی می توانند توسعه رشته ها با الیاف چوب را محدود کنند. خواص مکانیکی محدودی (عمدتاً شکنندگی) در مقایسه با مواد سنتی مانند فلزات یا پلاستیکها وجود دارد. علاوه بر این، مقاومت مواد در دمای پایین است که به دلیل پلیمر مورد استفاده است. برای برخی از کاربران، نیاز به خشک کردن فیلامنت قبل از استفاده و همچنین استفاده از نازل با قطر بیشتر، می تواند محدود کننده باشد. و آخرین اما نه کماهمیت، قیمت بالاتری نسبت به رشتههای استاندارد PLA یا ABS است.Timberfill امروزه در 8 رنگ موجود است که می تواند "سطح چوبی با ظاهری معتبر" را ارائه دهد. به گفته این شرکت، پتانسیل پرینت سه بعدی روباتیک فرصت هایی را برای ساخت اشیاء در مقیاس بزرگ باز می کند و موارد پذیرش صنعتی را تقویت می کند.
پرینت سه بعدی پلت
در حالی که بخش مصرف کننده پتانسیل بالایی دارد، ترکیب گلوله های چوب و چاپ سه بعدی قبلاً کاربردهای جالبی در معماری ارائه کرده است.
استفاده کنونی از این فناوری برای کاربردهای یکبار مصرف مانند اشیاء تزئینی یا مجسمه های هنری، تصور یک پروژه صنعتی را دشوار می کند.
چاپ سه بعدی چوب با مواد رسوب مایع
پروژه WoodenWood D.DLab تنها پروژه ای است که تاکنون دیده ایم، که استفاده از چوب را به عنوان خمیر بررسی می کند. با هدف توسعه راهحلهای دایرهای برای محصولات و فرآیندهای چوبی، Barath توضیح میدهد که آنها عبارات چوبکاری مدولار سنتی را با چاپ رباتیک خمیر چوب برای نمونهسازی اولیه عناصر صندلی ترکیب میکنند.
مسیر ابزار چاپ در حالی که از یک ماده ضعیف، خاک اره استفاده می کند، یک "چوب- منسوجات" جدید شبیه به بافت حصیری ایجاد می کند. ساختار چوب خام به عنوان قالب برای فرآیند چاپ عمل می کند و از ضایعات اضافی از طریق محصولات جانبی جلوگیری می کند. طرحهای سنتی و دیجیتالی با هم، بیانی دایرهای برای ضایعات چوبی به سوی پایانی جدید از زندگی ارائه میدهند. هدف اصلی ما ایجاد نمونه اولیه یک مطالعه موردی بود که میتوان آن را به طیف گستردهای از کاربردها با استفاده از زبالههای طبیعی و مواد تجزیهپذیر در فرآیند ساخت گسترش داد. بارات اضافه می کند که پروژه WoodenWood به عنوان نمایشگر این پلتفرم با کاربردهای بالقوه از ساخت و ساز و معماری گرفته تا مد و طرح های مختلف محصول عمل می کند.
در سطح تولید، فرمول مواد برای چاپگرهای LDM (مانند چاپگرهای خاک رس) که بر اساس فشار هوا هستند، مناسب است. با این حال، طراحی توسعهیافته برای گردش کار تولید نیازمند دانش در طراحی محاسباتی و تکنیکهای مسیریابی ابزار رباتیک است. حقیقت این است که استفاده از مواد طبیعی در چاپ LDM مستلزم ایجاد پروتکلهای خاصی برای مدیریت موثر فرآیندهای انقباض ذاتی و خشک کردن بعدی است.
چیزی که ممکن است پذیرش این فناوری را کند کند، اختلال در فرآیندهای ساخت است. ملاحظاتی مانند برآمدگی، پل زدن، ضربه زدن، خشک کردن و غیره با افزایش مقیاس چاپ اغراق آمیزتر می شوند. بنابراین، تنظیمات فرمول و مسیر ابزار چاپ مورد نیاز است و این نیاز به تحقیق و آزمایش بیشتری دارد. علاوه بر این، جدا از ماهیت طراحی محور، آزمایش مکانیکی برای ارزیابی عملکرد فرآیند در مقیاس های مختلف ضروری است.
در حالی که صحبت در مورد صنعتی شدن خیلی زود است، باید توجه داشت که در بلندمدت، آنها به دنبال دستیابی به کاربردهای متناسب با صنعت ساخت و ساز هستند.
تاریخ انتشار: 1403/03/20
پر فروش ترین محصولات پوشال آیدین
