تلاش انسان‌ها براي انتقال دانسته‌هاي خود به نسل‌هاي بعد، از جمله اقداماتي بود که ذهن آدمي را براي خلق صنعت چاپ کنجکاو کرد. اين کنجکاوي باعث شد تا انسان بتواند به اين علم دست يابد. با گذشت زمان، نسل‌هاي مختلفي از چاپگرها توليد و مورد استفاده قرار گرفتند. در سال‌هاي نه‌چندان دور چاپگرها يا همان پرينترها تنها در ادارات و شرکت‌ها به چشم مي‌خورد. البته علاوه بر زمينه کاربرد، توانايي چاپگرها نيز دليل ديگري بود که استفاده از آن‌ها را به ادارات محدود مي‌کرد. اما با گذشت زمان و معرفي نسل‌هاي جديد چاپگرها، شرايط استفاده از آن‌ها تغيير کرد، به‌طوري که امروزه بسياري از کابران خانگي نيز در کنار سيستم‌خود، از يک چاپگر شخصي استفاده مي‌کنند. در اين مطلب قصد داريم تا همراه با شما خوانندگان عزيز نگاهي به نسل‌هاي گذشته و حال چاپگرها بيندازيم.

در نمايشگاهCES2012، که هفته پيش گزارش جامعي را درباره آن منتشر کرديم نيز يکي از نمونه‌هاي جديد چاپگرهاي 3بعدي موفق به دريافت جايزه برترين محصول شد. اين چاپگر که توسط شرکت MakerBotتوليد و در نمايشگاه امسال به نمايش درآمد، موفق شد توجه بسياري از کارشناسان و صاحب‌نظران جشنواره را به خود جلب کند. در اين چاپگر يک نمايشگر کوچک تعبيه شده است که ضرورت استفاده از رايانه براي ارسال دستورات را از بين مي‌برد. کاربران مي‌توانند علاوه بر مدل‌هاي پيش‌فرض موجود در اين چاپگر، از طرح خود که روي حافظه‌هاي جانبي ذخيره کرده‌اند استفاده کنند. کارشناسان پيش‌بيني مي‌کنند صنعت چاپ 3بعدي در سال 2012 رشد چشم‌گيري داشته باشد.

گوتنبرگ که امروزه ما را به ياد شهري در سوئد مي‌اندازد، نام شخصي است که صنعت چاپ را در جهان پايه‌گذاري کرده است. هرچند در سال‌هاي پيش از آن، گام‌هاي اوليه دست‌يابي به اين فناوري در کشورهاي ديگر و توسط ساير افراد برداشته شده بود، اما نام گوتنبرگ به عنوان مخترع صنعت چاپ در جهان مطرح گرديد. جالب است بدانيد که بر اساس برخي شواهد موجود، ايرانيان سال‌ها پيش از گوتنبرگ دست‌آوردهايي در صنعت چاپ داشته‌اند که يک قرن بعد توسط گوتنبرگ مطرح شده است. گفته مي‌شود قبل از او، چيني‌ها نيز توانستند با استفاده از گل رس، کاراکترها را طراحي و براي چاپ استفاده کنند اما مستحکم نبودن آن‌ سبب شد تا اين شيوه به فراموشي سپرده شود. پس از آن استفاده از چوب براي طراحي کاراکترها مدنظر قرار گرفت که نسبت به شيوه قبلي موثرتر بود. در نهايت گوتنبرگ با ترکيب دو فلز سرب و آنتي‌موآن موفق به تهيه آلياژ جديدي شد که از نظر سختي و نرمي، در حد قابل قبولي براي استفاده در ساخت کاراکترها بود. همين امر سبب شد تا روش گوتنبرگ به عنوان کارآمدترين روش در صنعت چاپ معرفي و مورد استفاده قرار بگيرد. گوتنبرگ براي هر کاراکتر يک قطعه فلزي طراحي و کلمات مختلف را با قرار دادن کاراکترهاي فلزي آن در کنار يکديگر تشکيل مي‌داد. سپس جوهر را روي آن‌ها اضافه و در نهايت روي کاغذ چاپ مي‌کرد. اين شيوه چاپ به سرعت در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفت و چاپخانه‌هايي بر اساس اين شيوه کاري راه‌اندازي گرديد. اين شيوه چاپ داراي هزينه بالايي بود و همين امر سبب شد تا يک هنرمند آلماني شيوه جديدي را براي استفاده در صنعت چاپ کشف کند. شيوه جديد که با عنوان چاپ سنگي مطرح شد، بسيار کم‌هزينه بود و مورد استقبال قرار گرفت. ايرانيان نيز سال‌ها از دستگاه‌هاي چاپ سنگي استفاده مي‌کردند. تا اين‌که کم‌کم چاپگرهاي جديد امروزي اختراع شدند و به بهره‌برداري رسيدند.

در حالت‌ کلي مي‌توان نسل گذشته چاپگرها را به دو دسته ضربه‌اي و غيرضربه‌اي تقسيم کرد. در نوع ضربه‌اي چاپگرها، اصل کلي، وارد کردن ضربه روي نوار رنگي است. چاپگرهاي سوزني که همچنان در بسياري از ادارات و شرکت‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد از اين دسته است. در چاپگرهاي سوزني همان‌طور که از نامش مشخص است، از سوزن‌هايي براي چاپ کاراکترها استفاده مي‌شود. روش کار به اين صورت است که از طريق سيستم به سيم‌پيچ‌هاي متصل به اين سوزن‌ها سينگالي ارسال مي‌شود که باعث برخورد آن با نوار آغشته به جوهر و در نهايت اثرگذاري روي کاغذ مي‌شود. پس از پايان اين عمليات، سوزن به جاي ابتدايي خود باز مي‌گردد تا در صورت نياز مجددا مورد استفاده قرار بگيرد. مهم‌ترين ويژگي اين چاپگرها قابليت استفاده از صفحات پيوسته است که همچنان آن را در برخي موارد مصرفي پابرجا نگاه داشته است. نمونه بارز استفاده از چاپگرهاي سوزني که مطمئنا شما نيز ديده‌ايد، در دفاتر خدمات مسافرتي است که براي چاپ بليت قطاربکارگيري مي‌شود. کيفيت پايين چاپ، صداي زياد، طول عمر بالا و سرعت کم از جمله معايب و مزايايي است که درباره چاپگرهاي سوزني مطرح مي‌شود.

اما در نسل ديگري از چاپگرها، اصل ضربه زدن به کاغذ برداشته شده و از فناوري ديگري براي ايجاد خروجي استفاده مي‌شود. چاپگرهاي جوهرافشان و ليزري در اين گروه جاي مي‌گيرند. در چاپگرهاي جوهرافشان از مخازني که محل نگهداري جوهر است استفاده مي‌گردد. منافذ متعددي در اين چاپگرها تعبيه شده است که بر حسب نياز، جوهر موجود در مخزن از اين منافذ خارج و روي کاغذ نقش مي‌بندد. طول عمر کم و هزينه بالاي نگهداري از جمله معايب و صداي کم و کيفيت بالاي چاپ از جمله مزاياي اين نوع چاپگرها است.

در نوع ديگري از چاپگرها که به چاپگرهاي ليزري شهرت دارند،‌ از ليزر براي درج نقاط روي کاغذ استفاده مي‌شود. قيمت مناسب در کنار کيفيت خوب، از جمله دلايلي است که اين چاپگرها را به يکي از پرفروش‌ترين محصولات بازار تبديل کرده است. حدود 37 سال پيش بود که شرکت IBM به فناوري استفاده از ليزر در چاپگرها دست يافت و با معرفي آن، تحولي بزرگي را در اين صنعت ايجاد کرد.

در نوعي از اين چاپگرها شيوه استفاده کاملا مشابه چاپگرهاي معمولي است. يعني کاربر تصوير مورد نظر خود را به چاپگر ارسال مي‌کند و پس از دقايقي نمونه 3بعدي آن را تحويل مي‌گيرد اما در يکي ديگر از انواع چاپگرهاي 3بعدي، قابليت پردازش تصوير نيز گنجانده شده است. يعني کاربر مي‌تواند از يک شيء حقيقي، ماکت تهيه کند. در اين روش کاربر شيء مورد نظر خود را روي صفحه مخصوصي که براي پردازش تصوير اشياء تعبيه شده است قرار مي‌دهد. سپس قسمت‌هاي مختلف آن شيء پردازش شده و در نهايت نمونه مشابه آن به‌صورت 3بعدي ايجاد مي‌گردد. در داخل اين چاپگرها نيز کار به‌صورت لايه‌به‌لايه پيش مي‌رود. يعني ابتدا لايه‌هاي زيرين تشکيل و سپس لايه‌هاي بيروني ساخته مي‌شوند. در برخي از اين نوع چاپگرها، پودر مصرفي به کمک مواد چسبنده براي ايجاد اوليه طرح استفاده و در مرحله آخر ماده‌اي براي محکم شدن به آن پاشيده مي‌شود.

تکنيک‌هاي مورد استفاده در اين چاپگرها نيز متنوع است. رايج‌ترين روش کاربردي اين چاپگرها فناوري FDM است. اين شيوه که در سال 1989 و به عنوان يکي از اولين روش‌هاي مدل‌سازي معرفي شد، در بسياري از دستگاه‌هاي قطعه‌سازي امروزي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين روش ابتدا طرح 3بعدي مورد نظر درنرم‌افزارهايي مانند اتوکد و کتيا ايجاد و سپس به دستگاه ارسال مي‌شود.

فناوري ديگري که در چاپگرهاي 3بعدي مورد استفاده قرار مي‌گيرد، فناوري جوهرافشان است که امکان بکارگيري ترکيب‌هاي رنگي مختلف را فراهم مي‌سازد. در برخي از انواع چاپگرهاي 3بعدي، استفاده از فناوري SLS به عنوان روش اصلي مورد توجه قرار گرفته است. در اين روش از پودرهايي که مي‌تواند از جنس فلز، سراميک، پلاستيک و يا شيشه باشد استفاده مي‌شود. بکارگيري ليزرهاي قوي به تشکيل اجسام 3بعدي با استفاده از فناوري SLS کمک مي‌کند. پردازش نوري ديجتال يا DLP نيز از ديگر روش‌هايي است که در چاپگرهاي 3بعدي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. فناوري DLP که امروزه در توليد پروژکتورهاي جديد نيز کاربرد دارد، از توانايي بالايي در نمايش تصاوير گرافيکي برخوردار است. توليدکنندگان به‌تازگي توانسته‌اند به کمک اين فناوري، ويديو پروژکتورهاي 3بعدي را نيز طراحي و وارد بازار کنند.

اما نسل جديد چاپگرها که چندسالي است خبرساز شده است، چاپگرهاي 3بعدي است. در ادامه اين مطلب مي‌خواهيم درباره اين نسل از چاپگرها صحبت کنيم. اين چاپگرها که به چاپگرهاي 3بعدي شهرت يافته‌اند، همان‌طور که از نامشان مشخص است، خروجي 3بعدي توليد مي‌کنند.

اولين گام‌هاي طراحي و توليد چاپگرهاي 3بعدي حدود يک سال پيش و توسط اساتيد دانشگاه MIT برداشته شد. به گفته مايکل سيما، که به عنوان يکي از تاثيرگذارترين محققان در اين زمينه شناخته مي‌شود، مهم‌ترين هدف از طراحي اين چاپگرها ساده کردن ايجاد طرح‌هاي اوليه براي محصولات توليدي توليدکنندگان بوده است. اين رويکرد با استقبال مناسبي از سوي طراحان و معماران صنعتي روبه‌رو شد و استمرار توليد اين چاپگرها را به‌همراه داشت. يکي ديگر از زمينه‌هاي کاربرد اين چاپگرها که امروزه مورد توجه ويژه‌اي قرار گرفته است، در علم پزشکي است. گروهي از پزشکان به اين نتيجه رسيده‌اند که استفاده از مدل‌هاي توليدي توسط اين چاپگرها، مي‌تواند آن‌ها را در انجام تشخيص‌هاي بهتر و به دنبال آن عمل‌هاي جراحي درست‌تر ياري کند. با استفاده از مدلي که از روي تصاوير قسمت‌هاي آسيب‌ديده بيمار ايجاد مي‌شود، راه‌کار مناسبي براي شيوه درمان آن اتخاذ و مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

شايد بتوان اين چاپگرها را نوعي ماشين صنعتي توليدي دانست که از اندازه‌هاي بزرگ مورد استفاده در کارخانجات به اندازه کوچک براي مصرف شخصي و خانگي تبديل شده است. بيشترين زمينه مصرف اين نسل جديد چاپگرها، تهيه ماکت از طرح‌ها و مدل‌هايي است که براي نمايش به متقاضيان مورد نياز است. همچنين از اين چاپگرها مي‌توان براي تحقق يافتن آرزوهاي دست‌نيافتني استفاده کرد. اگر به وسيله و يا شيء خاصي علاقه‌منديد و مي‌دانيد که به‌دست آوردن آن براي شما ميسر نيست، مي‌توانيد طرح دو بعدي آن را با چاپگرهاي 3بعدي چاپ کنيدتا بتوانيد ماکت کوچکي از آن تهيه و روي ميز کار خود قرار دهيد.

در اين چاپگرها از پودرهاي خاصي براي ايجاد شيء خارجي استفاده مي‌شود. برخي از آن‌ها تک‌رنگ‌، برخي دو رنگ و دسته‌اي ديگر چند رنگ طراحي شده‌اند. نکته جالب در اين چاپگرها قابليت استفاده از پودرها با جنس متفاوت است. به‌عنوان مثال مي‌توان براي بالا بردن استحکام اشياء توليدي اين چاپگرها، از نوعي پودر گچ و يا پودر سنگ مرغوب براي چاپ استفاده کرد. با اين روش ماکت‌هاي توليدي طول عمر بيشتري خواهند داشت. از ديگر ايده‌هاي جالبي که در اين زمينه ارائه شده است، مي‌توان به توليد پودرهاي خوراکي اشاره کرد. نوعي از اين چاپگرها مي‌توانند با استفاده از پودرهاي خوراکي شکلاتي، خروجي مورد نظر شما را ايجاد کنند. اين روش در صنعتي مانند قنادي بسيار کاربردي خواهد بود. در ادامه با برخي از مواد مصرفي اين چاپگرها آشنا مي‌شويم.

يکي از انواع موادي که در اين چاپگرها مورد استفاده قرار مي‌گيرد، پلي‌آميد است. اشياء توليد شده توسط اين مواد بسيار مقاوم و البته انعطاف‌پذير خواهد بود. پلي‌آميدها که از انواع مواد پلاستيکي به‌شمار مي‌آيند، به سختي شکسته مي‌شوند و در برابر گرما نيز مقاومت خوبي از خود نشان مي‌دهند. اين ويژگي‌ها سبب شده است تا اين ماده به عنوان يکي از گزينه‌ها در چاپگرهاي 3بعدي مورد استفاده قرار بگيرد. اين ماده در رنگ‌هاي سفيد و سياه قابل استفاده است.

آلوميد که به عنوان يکي از ترکيبات آلومينيوم شناخته مي‌شود، از ديگر موادي است که به عنوان مواد مصرفي چاپگرهاي 3بعدي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. رنگ اين ماده شبيه به رنگ آلومينيوم يعني نقره‌اي است. از اين ماده براي ايجاد مدل‌هايي استفاده مي‌شود که به مقاومت بيشتري احتياح داشته باشد. مهم‌ترين زمينه کاربرد اين ماده نيز ايجاد مدل 3بعدي از طرح‌هايي است که قرار است مدل حقيقي آن نيز با استفاده از آلومينيوم ساخته شود.

رنگ‌هاي ترکيبي يا همان مولتي‌کالرها، که امروزه در صنعت رنگ‌آميزي ساختمان کاربرد گسترده‌اي دارد، يکي ديگر از مواد مصرف چاپگرهاي 3بعدي است. مهم‌ترين ويژگي اين رنگ‌ها چندرنگي بودن آن است که جلوه خاصي به شيء توليد شده مي‌دهد. از اين ماده بيشتر در چاپ طرح‌هايي که رنگ‌بندي آن‌ها بيش تر از هرچيز ديگر اهميت دارد استفاده مي‌شود. ايجاد اشياء 3بعدي تزئيني مهم‌ترين زمينه‌ استفاده از مولتي‌کالر محسوب مي‌شود.

ايجاد اشياء بسيار ريز به کمک چاپگرهاي 3بعدي نيازمند استفاده از ماده‌اي است که دقت و وضوح بالايي را به‌همراه داشته باشد. نوعي مايع پليمري در اين زمينه مورد استفاده قرار مي‌گيرد که مي‌تواند جزئيات مربوط به اشياء بسيار ريز را به‌خوبي نمايش دهد. اين ماده نيز تنها در قالب رنگ سفيد قابل استفاده است. براي رنگ‌بندي اجسام ساخته شده از مايع پليمري مي‌توان روي آن اسپري‌هاي رنگي مخصوصي پاشيد. اين اسپري‌ها در رنگ‌هاي سفيد، سياه، زرد، آبي، سبز، قرمز، نارنجي، خاکستري و قهوه‌اي ارائه مي‌شود.

نوع ديگري از مواد که به عنوان مواد مصرفي اين چاپگرها استفاده مي‌شود، مايع سخت و شفافي است که اجسام را با ضخامتي حدود 2سانتي‌متر مي‌سازد. شفافيت اين مايع سبب مي‌شود تا اشياء توليد شده مشابه اجسام تشکيل شده از يخ ديده شوند.

ترموپلاستيک که از آن با نام گرمانرم نيز ياد مي‌شود، ديگر ماده مصرفي چاپگرهاي 3 بعدي است. شکل ظاهري اجسامي که با استفاده از گرمانرم ساخته مي‌شوند، مشابه پلي‌آميدهاست، با اين تفاوت که مي‌توان از آن در رنگ‌هاي قرمز، خاکستري، سياه و زرد استفاده کرد.

فلز تيتانيوم که نقره‌اي رنگ است، از استحکام بالايي برخوردار بوده و براي توليد اجسامي مانند جواهرات و قطعات يدکي کوچک مورد استفاده قرار مي‌گيرد. به کمک اين ماده مي‌توان اجسامي کوچک و ظريف در ابعاد 0.1 ميلي‌متر ايجاد کرد. از فولاد ضدزنگ نيز براي توليد اجسام 3بعدي استفاده مي‌شود. اين ماده مصرفي براي توليد اشياء نيمه سخت و تزئيني بکار مي‌رود. تهيه جواهرات تزئيني نيز يکي از پرکاربردترين زمينه‌هاي استفاده از اين ماده است اما بايد به اين نکته توجه داشت که عوارض پوستي ناشي از آن، شرايط استفاده از آن را کمي دشوار مي‌کند. نقره و طلا نيز از ديگر مواد مصرفي چاپگرهاي 3 بعدي است.

در شرايط کنوني براي ساخت و ساز بناهاي مختلف، زمان‌بندي خاصي انجام مي‌شود که در بهترين و سريع‌ترين آن‌ها زماني حدود 2 ماه تا 4 ماه نياز است. البته در برخي موارد استثناءمي‌توان اين زمان را کاهش داد. به عنوان مثال حتما در خبرها شنيده‌ايد که مهندسان چيني موفق شدند ساختماني 30 طبقه را در مدت 15 روز بنا کنند که در برابر زلزله 9ريشتري مقاوم بوده و از نظر استقامت 5برابر استانداردهاي روز جهان مقاومت دارد. بدون شک شنيدن اين‌گونه خبرها باعث تعجب تمامي مهندسان و البته مردم عادي مي‌شود. اما اگر در سال‌هاي آينده شنيديد که چنين بنايي تنها در يک روز ساخته شده است نبايد تعجب کنيد. پيش‌بيني‌ها حاکي از آن است که فناوري چاپ 3بعدي در صنعت ساختمان بسيار گسترش خواهد يافت. بنابراين مي‌توان انتظار داشت که در سال‌هاي آينده بسياري از بناها به کمک اين فناوري پياده‌سازي و ساخته شوند. قابليت بکارگيري مواد اوليه مختلف در اين چاپگرها اين امکان را فراهم مي‌سازد که هر نوع سازه‌اي در آن ساخته شود. محققان پيش‌بيني کرده‌اند با کمک اين فناوري، ساخت‌وساز در محله‌هاي قديمي که شرايط لازم براي ساخت‌وساز طبيعي در آن‌ها فراهم نيست بسيار ساده‌تر مي‌شود. همچنين آن‌ها معتقدند با استفاده از چاپ 3بعدي مي‌توان پناهگاه‌هاي متعددي را در شهرهاي جهان داير کرد که در صورت نياز مورد بهره‌برداري قرار گيرد. بدون شک اين کار هزينه‌هايي را نيز به دنبال دارد، اما اين هزينه‌ها در مقايسه با هزينه‌هاي ساخت‌وساز طبيعي بسيار ناچيز خواهد بود. همچنين دقت و ظرافت ساخت‌و‌ساز ديجيتالي به‌طور محسوسي بيشتر از روش‌هاي معمول است و مهم‌ترين نکته قابل توجه در اين زمينه نيز مدت زمان ساخت آن است که در مواقع اضطراري نقش مهمي را ايفا مي‌کند.