فناوری ساخت با چاپ سه بعدی
ترجمه از: بیتا توفیقیان
از آنجایی که چاپ سه بعدی در عصر جدید چاپ، نقش مهمی را ایفا می‌کند، آگاهی از آینده و سیر تحولات آن هم از اهمیت اساسی برخوردار است. امروزه پیشرفت فناوری‌ها و فرآیندهای مختلف مربوط به چاپ سه بعدی آنقدر پیوسته و چشمگیر است که اهمیت این فرآیند نسبت به دو سال پیش هم بیشتر شده است، زیرا افزونه‌های تکنولوژیک مربوط به چاپ سه بعدی قابل لمس‌تر و کاربردی‌تر از دو سال گذشته است. در واقع چاپ سه بعدی دیگر یک علم تئوریک نیست، بلکه کاملا به واقعیت پیوسته است. حالا چاپ سه بعدی در گذر بخش‌های تولید از مرحله‌ی سنتی به مرحله‌ی کاملا پیشرفته، در صنایع مختلف مثل پزشکی، هوافضا، امنیت و دفاع نیز، تاثیر خارق العاده ای دارد.
مثلا نظرسنجی ای که اخیرا توسط وب سایت Jabil انجام شده، نشان میدهد که در طول یکسال اخیر، تعداد کمپانی‌هایی که از تجهیزات چاپ سه بعدی به شکل وسیع و در زمینه‌های مختلف استفاده میکنند، به شدت افزایش داشته است؛ به این ترتیب که آمار کمپانی‌هایی که از این فناوری استفاده می‌کند از ۲۷ درصد، به ۵۲ درصد رسیده و به همین ترتیب تولیدات این فناوری از ۴ درصد به ۳۸ درصد افزایش داشته است.
اگرچه صنعت چاپ سه بعدی حالا ۹.۳ میلیارد دلار ارزش دارد، گزارش‌های وب سایت اسمیترز پایرا پیش بینی می‌کند که ارزش این صنعت تا سال ۲۰۲۷، به ۵۵.۷ میلیارد دلار خواهد رسید.
مخصوصا در سال‌های اخیر چاپ سه بعدی تاثیر ویژه‌ای بر صنعت بسته‌بندی محصولات گذاشته است. در این مقاله قصد داریم به بخش‌های مختلف صنعت بسته‌بندی، از نمونه سازی تا تولید که تحت تاثیر فناوری‌های چاپ سه بعدی قرار گرفته‌اند بپردازیم.
نمونه سازی سریع
چاپ سه بعدی توانسته از طریق سرعت بخشیدن به نمونه سازی‌ها، به مراحل اولیه‌ی توسعه‌ی یک محصول شتاب دهد. به این ترتیب، چاپ سه بعدی توانسته زمان و هزینه‌ی لازم برای حضور یک محصول در بازار نهایی را کاهش دهد.
استفاده از چاپ سه بعدی برای تولید قطعات محدود، ارزانتر از استفاده از فرآیندهای استاندارد پلاستیک مثل اینجکشن مولدینگ، بلو مولدینگ، شکل دهی حرارتی و … است. از طریق چاپ سه بعدی می‌توان یک طرح اولیه‌ی ساخته شده در اتو کد را در طی چند روز و حتی چند ساعت به نمونه‌ی اولیه‌ی واقعی و قابل لمس تبدیل کرد. در نمونه سازی به روش‌های سنتی، یک طراحی برای تبدیل شدن به یک نمونه‌ی اولیه دقیق، باید از ۵ مرحله عبور کند. در هرکدام از این مراحل ۱۰ تا ۱۰۰ نمونه‌ی ناکامل تولید می‌شود که تولید هرکدام بالغ بر ۱۵۰۰ دلار هزینه دارد.
مزیت چاپ سه بعدی این است که بدون قربانی کردن دقت نمونه‌ها، تمام این مراحل حذف و به یک مرحله‌ی ساده و در عین حال جامع تبدیل می‌کند. مثلا ماشین چاپ Stratasys 750 یکی از این ماشین‌هاست که نسبت به روش‌های سنتی تا ۹۷ درصد در زمان صرفه جویی می‌کند. البته صرفه جویی در زمان تنها مزیت فناوری‌های سه بعدی نیست. تولید نمونه‌های اولیه‌ی واقعی و طبیعی‌تر، یکی دیگر از این مزیت‌هاست. مثلا ماشین چاپ Stratasys 750 ظرفیت پنج ماده‌ی مختلف و قابلیت استفاده از طیف گسترده ای از کامپوزیت‌ها را دارد. امکان بهره گیری از طیف کامل رنگ‌ها و گرادیانت‌ها و شبیه سازی بافت‌های مختلف نیز از دیگر توانایی‌های این ماشین است.
البته برای تولید قطعات به شکل انبوه، فناوری‌های سنتی هنوز از نظر اقتصادی به صرفه‌تر از فناوری‌های سه بعدی هستند.
تحولات ماشین‌های بسته‌بندی
چاپ سه بعدی همچنین بر ماشین‌ها و ابزارآلات بسته‌بندی نیز تاثیر گذاشته است. مثلا از این فناوری می‌توان در بازوهای رباتیک بخش تولید استفاده کرد. این بازوها از بازوهای سنتی سبک‌تر هستند و به خاطر انتخاب‌های بهتر در مورد مواد اولیه و روش‌های چاپ، از فناوری سنتی قدرتمندتر و اثربخش‌تر عمل میکنند.
از چاپ سه بعدی در تولید قطعات محدود یدکی ماشین‌های بسته‌بندی هم استفاده می‌شود. به این ترتیب که کمپانی‌های سازنده‌ی ماشین آلات به جای نقل و انتقال قطعات یدکی به سرتاسر دنیا، در پکیج‌های ماشین آلات عرضه شده در بازار یک نرم افزار چاپ سه بعدی هم تعبیه کنند که کمپانی‌ها در صورت نیاز، از آنها برای چاپ قطعات یدکی شان استفاده کنند.
بسته‌‌های سفارشی
یکی از معدود تکنولوژی‌هایی که می‌تواند همگام با آخرین ترندهای روز که در آن همه‌ی محصولات تا جایی که ممکن است به شکل سفارشی و شخصی سازی شده تولید می‌شوند (مثلا داروهای شخصی سازی شده) قدم بردارد، چاپ سه بعدی ست.
چاپ سه بعدی به کاربران خود اجازه میدهد که تقریبا هر محصولی را به شکل سفارشی و بر حسب تقاضا تولید کنند. مخصوصا بسته‌بندی‌های تکی می‌توانند کاملا مطابق با علاقه و نیاز مشتری، اول به شکل نمونه‌ی اولیه و بعد به صورت نهایی شده طراحی و تولید شوند.
بسته‌بندی‌های سفارشی مخصوصا در زمینه‌ی مواد غذایی و نوشیدنی‌ها، جایی که از آنها به عنوان کادو و یا برای مراسم‌های مختلف استفاده می‌شود، بسیار محبوب هستند.
کاهش دور ریز‌های پلاستیکی
چاپ سه بعدی همچنین در کاهش دورریزهای پلاستیکی صنعت بسته‌بندی نقش اساسی ایفا می‌کند. دفع زباله‌های تجدیدناپذیر یکی از بزرگترین چالش‌های این صنعت محسوب می‌شود که توسط چاپ سه بعدی به شکل قابل توجهی کاهش و حتی حذف می‌شوند. در چاپ سه بعدی زباله‌های پلاستیکی دفع نمی‌شوند، بلکه تصفیه شده، خشک و خرد می‌شوند و به فیلامنت‌های تازه برای خوراک پرنیترها، برای تولید محصول جدید تبدیل می‌شوند. هرچه استفاده از مواد بیوپلاستیک پایدار بیشتر شود، استفاده از فرایندهای چاپ سه بعدی برای محیط زیست هم سالم‌تر خواهد بود. در نهایت اینکه کاهش مواد مصرفی (که از طریق این فرآیند قابل دستیابی‌ست) در مجموع هم به نفع چرخه ی طبیعت است و هم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه‌تر است.
چاپ سه بعدی در بسته‌بندی مواد غذایی
امروزه طراحی و تولید بسته‌بندی مواد غذایی و نوشیدنی‌ها تا حد قابل توجهی تحت تاثیر چاپ سه بعدی قرار گرفته است. بسیاری از کمپانی‌های بزرگ در چین و هند، زیرساخت‌های کسب و کاری خود را از حالت سنتی به حالت مدرن و سازگار با این فناوری پیشرفته تغییر داده‌اند زیرا مزیت‌هایی که این فناوری در صنعت خوراکی‌ها به کاربرانشان پیشنهاد می‌کند قابل چشم پوشی نیست. مهمترین پتانسیل‌های چاپ سه بعدی برای این صنعت، دسترسی به تست A/B، امکان تولید قطعات قابل تعویض و یدکی، مدل سازی و از بین بردن باگ‌ها و اختلالات به شکل ساده و مقرون به صرفه است.
استفاده از چاپ سه بعدی برای تولید نمونه‌های اولیه‌ی یک محصول که در آن محصول و بسته‌بندی باهم ترکیب شده‌اند، از پتانسیل‌های ویژه ایست که این فناری در اختیار صنعت مواد غذایی گذاشته است. در این نمونه‌ها، می‌توان از اشکال با شکل‌های عجیب و تازه، طیف کامل رنگ‌ها و گرافیک استفاده کرد و هر قسمتی از محصول را در صورت دلخواه و تنها در مدت چند ساعت تغییر داد.
یکی از مثال‌های این کاربرد، کمپانی آمریکایی واقع در ایالت کالیفرنیاست که دست به تولید فنجان‌های زیست تجزیه پذیر زده است که در آنها کپسول‌های انرژی‌زا تعبیه شده که مصرف کننده می‌تواند با پر کردن آنها با هر نوع مایعی مثل آب، آن کپسول‌ها را فعال کند و یک نوشیدنی انرژی‌زا مصرف کند. از آنجایی که این فنجان‌ها زیست تجزیه پذیر هستند، خیال مشتریان را از بابت مصرف هرروزی آنها به شکل انبوه راحت میکنند.
تاثیر چاپ سه بعدی در بازار
به گزارش وب سایت اسمیترز پایرا، محبوبیت چاپ سه بعدی ارزش این فناوری را از ۵ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۵ به ۶۰ میلیارد دلار تا سال ۲۰۲۶ افزایش خواهد داد.
همچنین طبق نظرسنجی وب سایت PWC، به زودی ۷۰ درصد از کمپانی‌ها از فرآیندهای چاپ سه بعدی برای چاپ قطعات قابل تعویض خود استفاده میکنند. ۶۶.۷ درصد از کمپانی‌ها حداقل از یکی از روش‌های چاپ سه بعدی در تولیدات خود بهره می‌گیرند و ۲۴.۷ درصد از آنها در حال آماده سازی زیرساخت‌های خود برای استفاده از این فناوری هستند. در این میان تنها ۹ درصد از کمپانی‌ها عنوان کرده‌اند که قرار نیست از فناوری‌های چاپ سه بعدی در کسب و کارشان استفاده کنند.
