چاپ سه‌بعدی مومی و ریخته‌گری دقیق در صنایع پیشرفته

تاریخچه کوتاه از موم تا فناوری دیجیتال

آهنگران در هزاران سال پیش با تراشیدن موم زنبورعسل مدل ابزار یا زیورآلات را می‌ساختند. این مدل‌ها پس از قرارگیری در قالب نسوز، با ذوب‌شدن موم به قالب‌های خالی تبدیل می‌شدند. فلز مذاب داخل قالب ریخته شده و قطعه نهایی شکل می‌گرفت. این روش که امروزه هم با عنوان ریخته‌گری دقیق شناخته می‌شود، عملاً تغییر اساسی نکرده است، جز اینکه اکنون با کمک چاپگرهای سه‌بعدی مومی به شکل سریع‌تر، دقیق‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر انجام می‌شود. در گذشته ساخت یک مدل پیچیده نیازمند روزها تراشکاری یا قالب‌گیری دستی بود، اما اکنون تنها با طراحی CAD یا اسکن سه‌بعدی یک قطعه موجود، می‌توان ظرف چند ساعت مدل مومی آماده ریخته‌گری را تولید کرد.

مزایای استفاده از چاپ سه‌بعدی مومی در صنعت

• کاهش زمان تولید: حذف قالب‌گیری تزریقی و تراشکاری باعث می‌شود از طراحی تا تولید قطعه فلزی تنها چند روز طول بکشد.
• صرفه‌جویی در هزینه: الگوهای ریخته‌گری تا ۹۵٪ ارزان‌تر از روش‌های سنتی ساخته می‌شوند.
• امکان تولید قطعات پیچیده: دستگاه چاپ سه‌بعدی مومی قادر است هندسه‌هایی بسازد که با دست یا ماشین‌کاری غیرممکن است.
• انعطاف‌پذیری در طراحی: تغییر سریع مدل‌ها بدون نیاز به ساخت قالب جدید
•  کیفیت سطح بالا: به‌ویژه در جواهرسازی و دندانپزشکی که جزئیات و پرداخت سطحی اهمیت ویژه دارند.

قابلیت نمونه‌سازی سریع (Prototype)

امکان تست ابعادی و ظاهری پیش از ورود به مرحله ریخته‌گری. فناوری‌های ساخت سه‌بعدی برای ساخت الگوهای مومی فناوری‌های متنوعی برای تولید الگوهای دقیق مومی توسعه یافته‌اند که هر کدام بسته به نیاز صنعت و بودجه، انتخاب متفاوتی محسوب می‌شوند. در ادامه، این فناوری‌ها را با جزئیات بررسی می‌کنیم:

پلیمریزاسیون وان  (Vat Polymerization)

برای جواهرات و قطعات کوچک با تیراژ پایین، چاپگررهای رومیزی پلیمریزاسیون وان رایج‌تر هستند زیرا مدل‌های بسیار دقیق می‌سازند. این دسته شامل  SLA، MSLA  و DLP می‌شود. برای مدل‌های بزرگ‌تر صنعتی یا مجسمه‌سازی نیز می‌توان از نسخه‌های صنعتی این فناوری بهره برد. این فرآیند نیازمند چند مرحله پس‌پردازش است و باید به‌طور دقیق دستورالعمل‌های تولیدکننده مواد برای آماده‌سازی مدل جهت ریخته‌گری رعایت شود.

جت‌متریال  (Material Jetting)

این روش با پاشش ماده‌ای شبیه موم و سخت‌سازی فوری با نور UV انجام می‌شود و معمولاً سریع‌تر از پلیمریزاسیون وان است. نوعی از آن به نام Drop-on-Demand (DOD)  دو هد چاپگر دارد: یکی برای ماده اصلی و دیگری برای ساپورت محلول که در مایع حل می‌شود و فقط مدل صاف باقی می‌گذارد. این کار نیاز به جداسازی دستی ساپورت را حذف می‌کند. نمونه: ProJet MJP 2500W Plus از 3D Systems  که مخصوص جواهرسازی است و می‌تواند ده‌ها مدل یا مدل‌های بزرگ بسازد. این دستگاه با حالت ZHD می‌تواند با ضخامت لایه 8 میکرون چاپگر کند و کیفیت سطحی عالی ارائه دهد. چاپگر FDM با شبه‌مومدر چاپگررهای FDM نیز می‌توان ازمتریالهای شبه‌موم برای تولید قالب استفاده کرد. این اقتصادی‌ترین گزینه است، اما مدل‌ها نیاز به پس‌پردازش دارند (مثل سنباده‌کاری برای حذف خطوط لایه‌ها).

چاپ سه‌بعدی با موم

چاپ سه‌بعدی مومی برای تولید الگوهای دقیق در طراحی جواهرات، صنایع دندانسازی و ریخته‌گری صنعتی کاربرد گسترده‌ای دارد. این روش امکان ساخت طرح‌هایی بسیار ظریف و پیچیده را فراهم می‌کند؛ طرح‌هایی که با روش‌های دستی تقریباً غیرممکن هستند. در گذشته، ساخت تنها با موم خالص انجام می‌شد، اما امروزه مواد جایگزینی مانند رزین‌های ریختگی (Castable Resins) توسعه یافته‌اند. این رزین‌ها علاوه بر کیفیت سوختگی تمیزتر، در برابر فشارهای حرارتی حین ریخته‌گری مقاومت بیشتری دارند. به همین دلیل، در بسیاری از پروژه‌های صنعتی و هنری به جای موم سنتی استفاده می‌شوند. یکی دیگر از گزینه‌های پرکاربرد، پلی‌متیل متاکریلات (PMMA) یا همان پلاستیک آکریلیک است. این ماده به دلیل رفتار سوختگی عالی و بدون‌خاکستر، در ریخته‌گری صنعتی بسیار محبوب است. با این حال، باید توجه داشت که همه مواد جایگزین عملکرد مشابهی ندارند؛ برخی از آن‌ها ممکن است با مواد نسوزی مثل گچ فسفاتی یا گچ معمولی واکنش منفی نشان دهند. بنابراین، انتخاب ماده ریختگی باید همواره با ماده نسوز قالب هماهنگ شود.

نکات کلیدی در انتخاب موم و مواد ریختگی

اگر دستگاه چاپگر سه‌بعدی شما تنها با موم اختصاصی تولیدکننده کار می‌کند (مانند ساخترهای Formlabs یا Solidscape)، بهترین گزینه استفاده از همان ماده اصلی است. اما در صورتی که دستگاه قابلیت کار با مواد متفرقه را داشته باشد، هنگام خرید به این موارد دقت کنید:

• زمان ذوب (Melt Time): بررسی کنید که موم یا رزین انتخابی چه مدت زمان نیاز دارد تا به‌طور کامل از قالب خارج شود. برخی مواد تنها در دو ساعت و برخی دیگر تا پنج ساعت زمان نیاز دارند.
• سطح خاکستر (Ash Level): مواد کم‌خاکستر یا بدون‌خاکستر پس از سوختن، اثری در قالب باقی نمی‌گذارند و کیفیت ریخته‌گری را تضمین می‌کنند. در غیر این صورت، باید قالب پیش از ریخته‌گری کاملاً تمیز شود.
• انقباض کم (Low Shrinkage): همه مواد در فرآیند سوختن یا سرد شدن کمی منقبض می‌شوند. ضریب انقباض باید در برگه فنی ماده درج شده باشد و شما نیز باید این موضوع را هنگام طراحی مدل در نرم‌افزار لحاظ کنید.
• جذب رطوبت پایین (Low Water Absorption): بیشتر رزین‌های ریختگی رطوبت‌گیر هستند. انتخاب ماده‌ای با مقاومت نسبی در برابر رطوبت باعث افزایش کیفیت الگو می‌شود. همچنین لازم است این مواد در محیطی خنک و خشک نگهداری شوند.  

  مواد مومی برای مدل های SLA، LCD و DLP

هنگام خرید موم یا رزین ریختگی  (Castable Resin)، بهتر است موادی را انتخاب کنید که سازنده چاپگر شما توصیه کرده یا برای برند دستگاهتان پروفایل چاپ دارد. این کار باعث صرفه‌جویی در زمان و کاهش آزمون و خطا برای دستیابی به جزئیات بالا و تلرانس دقیق در مدل‌ها می‌شود.

   بهترین دستگاه‌های چاپ مومی سه‌بعدی برای هر صنعت

چاپ سه‌بعدی مومی در صنایع مختلفی که به ریخته‌گری فلز یا پلاستیک وابسته هستند کاربرد گسترده‌ای دارد. با این حال، نیازها و مشخصات هر صنعت متفاوت است؛ به‌عنوان مثال، جواهرسازان به جزئیات ظریف و سرعت تولید نسخه‌های متنوع نیاز دارند، در حالی که صنایع هوافضا یا خودروسازی به دقت ابعادی و مقاومت قالب‌ها توجه بیشتری می‌کنند.

 صنعت جواهرات 

• در صنعت جواهرسازی، جزئیات ظریف در مدل مومی اهمیت حیاتی دارد.

• امکان تولید همزمان چندین مدل باعث می‌شود پاسخ‌گویی به سفارش‌های بازار سریع‌تر انجام شود.

• بیشتر کارگاه‌ها از فناوری‌های مبتنی بر رزین مانند SLA، LCD و DLP استفاده می‌کنند، زیرا این روش‌ها دقتی در حد میکرون دارند.

• برای تولید انبوه و سرعت بالاتر، فناوری جت‌متریال (Material Jetting) گزینه‌ای ایده‌آل است. نمونه‌ای از آن ProJet 2500W از 3D Systems است که قابلیت ساخت لایه‌هایی به نازکی ۸ میکرون را دارد.

• در سبد محصولات آذرین نیز می‌توان دستگاه‌های مناسب جواهرسازی را یافت که برای مدل‌سازی مومی دقیق طراحی شده‌اند.

 صنعت دندانپزشکی

• در حوزه دندانپزشکی، نیازها خاص‌تر و حساس‌تر هستند.

• برای مدل‌های آموزشی بیماران، یک چاپگر ساده می‌تواند کافی باشد.

• اما برای تولید واکس‌آپ‌های دقیق (مدل دندان و لثه) یا ساخت قطعات بیوسازگار که در تماس مستقیم با بدن قرار می‌گیرند، باید از دستگاه‌ها و موادی استفاده کرد که تأییدیه‌های پزشکی معتبر دارند.

• نمونه‌هایی از دستگاه‌های مناسب این حوزه عبارتند از: Shining 3D AccuFab-L4D، Desktop Health Einstein، Carima IMD، Rapid Shape DLP و Stratasys J5 DentaJet.

• مجموعه آذرین نیز امکان ارائه دستگاه‌های صنعتی مناسب دندانسازی را دارد که با رزین‌های ریختگی پزشکی سازگار هستند.

صنایع دیگر (هوافضا، خودروسازی، پزشکی و نظامی)

• صنایع بزرگ برای قالب‌گیری قطعات پیچیده و تولید سریع‌تر، به سمت چاپ سه‌بعدی مومی و تکنیک‌های مشابه حرکت کرده‌اند.

• شرکت‌های برجسته در این زمینه شامل 3D Systems، Voxeljet و Eplus3D هستند.

• نمونه‌ها:

  • 3D Systems: ارائه فرآیند QuickCast برای ریخته‌گری دیجیتال دقیق.

  • Voxeljet VX1000: به‌کاررفته در پروژه‌های بزرگ مانند مجسمه «The Embrace» در بوستون.

  • Eplus3D EP-C7250: دستگاه مبتنی بر SLS که با «ماسه رزینی» قالب‌های پیچیده صنعتی مانند پره‌های توربین و موتور تولید می‌کند.

• در سبد محصولات آذرین نیز مدل‌هایی برای صنایع سنگین ارائه می‌شود که امکان قطعه‌سازی در مقیاس بزرگ را فراهم می‌کنند.

مدل‌های مومی از طریق خدمات چاپ سه‌بعدی

برای بهره‌مندی از مزایای چاپ سه‌بعدی مومی، لزوماً نیازی به خرید دستگاه اختصاصی ندارید. شرکت‌هایی مانند آذرین خدمات چاپ صنعتی ارائه می‌دهند و می‌توانند مدل دیجیتال شما را با موم یا رزین ریختگی تولید کنند.

مراحل سفارش ساده است:

1. فایل دیجیتال خود را بارگذاری کنید.

2. ماده موردنظر (موم صنعتی یا رزین ریختگی) را انتخاب کنید.

3. نوع پرداخت سطحی (مانند پولیش یا پرداخت براق) را مشخص کنید.

4. در برخی موارد، حتی می‌توانید فناوری چاپگر مورد استفاده (SLA، DLP یا Material Jetting) را انتخاب نمایید.

مدل‌های تولیدشده معمولاً طی یک روز کاری آماده تحویل هستند. علاوه بر این، آذرین امکان ریخته‌گری مدل یا حتی تحویل قطعه فلزی نهایی را نیز فراهم می‌کند. این خدمات برای شرکت‌هایی که به دنبال سرعت، دقت و صرفه‌جویی در هزینه‌های تولید هستند، یک مزیت رقابتی محسوب می‌شود.

نتیجه‌گیری

چاپ سه‌بعدی مومی به‌عنوان یکی از فناوری‌های پیشرفته در قالب‌سازی و ریخته‌گری، توانسته تحولی اساسی در صنایع مختلف از جواهرسازی و دندانپزشکی گرفته تا هوافضا و خودروسازی ایجاد کند. این فناوری با فراهم‌کردن دقت بالا، کاهش زمان ساخت و انعطاف‌پذیری در طراحی، راهکاری اقتصادی و کارآمد برای تولید الگوهای پیچیده مومی به شمار می‌رود. چه با خرید دستگاه چاپگر مومی و چه از طریق خدمات چاپ سه‌بعدی مومی مانند آنچه در مجموعه آذرین ارائه می‌شود، صنایع می‌توانند فرآیند تولید خود را ارتقا داده و کیفیت خروجی نهایی را تضمین کنند. آینده این فناوری به سمت اتوماسیون بیشتر، استفاده از مواد نوین و کاربردهای گسترده‌تر در صنایع پیشرفته در حرکت است و بدون شک نقش پررنگ‌تری در زنجیره تولید خواهد داشت.