پرینت سه بعدی و فتوگرامتری برد کوتاه چه رابطه ای با هم دارند؟

مقدمه

با پیشرفت مداوم تکنولوژی در همه زمینه های آن، هر روزه شاهد ظهور فناوری های جدیدی هستیم که با قابلیت های خارق العاده خود هر انسانی را متحیر می سازند. این سرعت پیشرفت به قدری زیاد است که گاهی دنبال کردن این فناوری ها برای ما انسان ها غیر ممکن می شود.

دو مورد از این فناوری های جدید پرینت سه بعدی و فتوگرامتری برد کوتاه نام دارند که قصد داریم در این مطلب آن ها را معرفی کنیم.

شاید بپرسید فتوگرامتری برد کوتاه و پرینت سه بعدی چه ارتباطی به هم دارند؟! اما این دو فناوری ارتباط خیلی تنگاتنگی با هم دارند که پیشنهاد می کنیم جهت یافتن پاسخ سوالاتتان با ما همراه باشید.

• اما برای شروع، در نظر داشته باشید که برای تولید یک شیء به وسیله پرینتر سه بعدی نیاز به یک مدل سه بعدی کامپیوتری داریم که یکی از راه های تهیه آن، فتوگرامتی برد کوتاه است.

پرینت سه بعدی – یکی از بزرگترین اختراعات بشر در عصر حاضر ابداع پرینت سه بعدی و اختراع پرینترهای سه بعدی می باشد که تحولات بزرگی را در حوزه های مختلف ایجاد کرده است. احتمالا نام این دستگاه های اعجاب انگیز که هر چیزی که دوست دارید را، در شکل و اندازه های مختلف درست می کنند، شنیده باشید. پرینترهای سه بعدی!

خالق اشیاء ، ماشین خلق الساعه ، پلی بین جهان مجازی و واقعیت ! عناوینی هستند که می توان به این جادوگر عصر جدید داد.

پرینت سه بعدی تکنولوژی جدیدی است که می توان اشیاء مخلف را به وسیله پرینترهای سه بعدی در اندازه، رنگ و جنس های مختلف تولید کرد و در خیلی از بخش های مختلف صنعتی، علمی، تجاری، باستان شناسی، مجسمه سازی، مهندسی معکس و غیره کاربردهای فراوانی دارد. این فناوری جدید توانسته است خیلی از محدودیت های این حوزه ها را به طور کامل از میان بردارد و همچنین در خیلی از موارد کاهش شدید زمان و هزینه را برای آن ها به ثمر برساند.

و اما

فتوگرامتری برد کوتاه !

به طور خیلی خلاصه می توان گفت که؛ فتوگرامتری برد کوتاه شاخه ای از علم فتوگرامتری است که در آن با کمک یک دوربین عکاسی، می توان مدل سه بعدی اشیاء کوچکتر از چند ده متر تا زیر سانتی متر را با روش های هندسی و پردازش های کامپیوتری تهیه کرد.

فتوگرامتری برد کوتاه خیلی فراتر از تعریف بالاست، اما معرفی کامل آن از اهداف این مطلب نمی باشد. البته در ادامه توضیحات بیشتری راجع به آن ارائه خواهد شد. برای آشنایی کامل با این علم می توانید در دوره آشنایی با فتوگرامتری برد کوتاه بصورت رایگان شرکت کنید.

چکیده

در این مطلب سعی شده است که پرینت سه بعدی و دستگاه های پرینتر سه بعدی به طور خلاصه معرفی شده و ارتباط آن ها با فتوگرامتری برد کوتاه بیان شود. همچنین از توانایی های جدیدی که از ترکیب این دو به دست می آیند، رو نمایی خواهد شد.

ساخت قطعات مهندسی، ساخت ابزار، صنعت مد، پزشکی، آموزش، مجسمه سازی، میراث فرهنگی، ساخت ماکت، جواهرسازی، دندانپزشکی، انیمیشن، فروش اینترنتی، اسباب بازی، آشپزی، قالب سازی، ساخت قطعات الکترونیکی، خودروسازی و ده ها مورد دیگر، زمینه هایی هستند که پرینت سه بعدی در آن ها کاربردهای فراوانی دارد.

اصولا سیستم کار پرینترهای سه بعدی به گونه ای است که این دستگاه ها از یک یا چند نوع ماده خام اولیه در جنس های مختلف، به علاوه یک یا چند مدل سه بعدی به عنوان ورودی برای پرینت کردن یک شیء استفاده می کنند.

پس برای چاپ یک شیء به صورت سه بعدی، باید یک مدل سه بعدی به چاپگر معرفی شود. اما این مدل سه بعدی چگونه باید تهیه گردد؟

چند روش مختلف برای تهیه مدل سه بعدی وجود دارد مثل: تولید یک مدل سه بعدی با نرم افزارهای طراحی پیشرفته، با در دست داشتن اطلاعات هندسی و یا زائیده ذهن طراح.

یا استفاده از اسکنرهای لیزری برای اسکن اشیاء موجود در اطراف ما؛

همچنین یکی از این روش ها با کاربرد فراوان، تولید مدل سه بعدی اشیاء با استفاده از فتوگرامتری برد کوتاه است.

برای خواندن مطالبی در زمینه ی فتوگرامتری برد کوتاه در علم پزشکی به مقاله زیر مراجعه کنید:

کاربردهای فتوگرامتری برد کوتاه در پزشکی

پرینت سه بعدی و پرینتر سه بعدی

پرینت سه بعدی یا چاپ سه بعدی عبارت است از ساخت یک شیء سه بعدی، به صورت هم شکل با یک مدل سه بعدی. به طوری که دستگاه های پرینتر، مواد اولیه را ذوب کرده و دوباره مولکول های آن را به گونه ای به هم چسبانده و منجمد می کنند که شیء نهایی کاملا با مدل سه بعدی هم شکل باشد.این حالت چسباندن معمولا به گونه ای است که شیء مورد نظر از پایین به بالا به صورت لایه به لایه تشکیل می شود.

موادی که در این پرینترها استفاده می شود و معمولا به صورت رشته (فلامنت) یا پودر آماده می شوند، از نظر جنس تنوع زیادی دارند از جمله: پلاستیک، رزین، نایلون، فیبر کربن، سرامیک، پلی کربن، ترموپلاستیک، آلومینیوم، طلا، استیل، چوب و غیره

بعضی از این پرینترهای نسل جدید قابلیت استفاده همزمان از دو یا چند ماده یا متریال را دارند که این قابلیت را به آن ها می دهد تا اشیاء پیچیده تر و کاربردی تری را بساد.

مدل های سه بعدی که برای چاپ شدن به پرینترهای سه بعدی معرفی می شوند می توانند در فرمت های مختلفی ذخیره شوند. از پرکاربردترین این فرمت ها می توان به STL، OBJ، FBX، VRML، PLY، X3D و . . . هستند.

انواع پرینتر سه بعدی

پرینترهای سه بعدی  FDM

این پرینتر ها یکی از متداول‌ ترین پرینترهایی بازار به شمار می روند و دلیل آن قیمت ارزان نسبت به سایر مدل ها، مواد اولیه ارزان و در دسترس، سرعت بالا و آموزش خیلی ساده می باشد.

نحوه عملکرد پرینتر سه بعدی  FDM  به این صورت است که با ذوب کردن پلاستیک و برون ریزی آن، مدل به صورت لایه‌های برش خورده افقی ایجاد شده و رزولوشنی بین ۵۰ تا ۴۰۰ میکرومتر دارد.

ابتدا یک رول از فیلامنت را روی پرینتر قرار می‌دهند و زمانی که دمای پرینتر به حد موردنظر رسید، فیلامنت وارد نازل شده و در اثر گرما ذوب می‌شود. این دستگاه ها این قابلیت را دارند که در سه جهت محورهای X، Y  و  Z حرکت کرده  و لایه لایه مواد را روی سطح مورد نظر بچسبانند. و درنهایت این مواد توسط فن پرینتر خشک می شوند.

هرچه رزولوشن پرینت کمتر باشد، مدل نهایی دارای صافی بیشتری خواهد بود.

پرینترهای سه بعدی SLA

پرینترهای سه بعدی SLA  یا همان Stereo Lithography ، نیز مانند پرینترهای FDM به صورت لایه‌ای اشیاء را چاپ می‌کنند، اما تفاوت آن ها با FDM در این است که مدل را از بالا به پایین می‌سازد.

پرینترهای  SLA، از رزین مایع برای سخت کردن مدل ساخته شده استفاده می‌کند و با تاباندن نور فرابنفش این عمل انجام می‌شود. از این پرینترها بیشتر برای ساخت محصولات مهندسی و نمونه سازی صنعتی استفاده می‌شود.

پرینترهای  SLAاز رزین برای ساخت قطعات استفاده می کنند که مقاوت زیادی نداشته و برای کارهای سخت توصیه نمی‌شوند.

پرینترهای DLP

رینترهای سه بعدی DLP هم مانند پرینترهای سه بعدی SLA از نور فرابنفش برای سخت کردن مدل ساخته شده استفاده می کنند، با این تفاوت که نور UV در پرینترهای  DLP، توسط ویدئو پروژکتور تابیده می‌شود و در پرینترهای  SLA، این نور توسط لیزر به مدل تابیده می‌‎شود.

مواد اولیه برای ساخت مدل در این پرینترها رزین سرامیکی و رزین قابل ریخته‌گری است و فناوری چاپ این پرینترها نیز به صورت لایه‌ای می‌ باشد.

از پرینترهای  DLP بیشتر در صنعت پزشکی، دندانپزشکی، ساخت جواهرات، ساخت ارتودنسی‌های شفاف و غیره استفاده می‌شود.

در جواهرسازی ابتدا مدل سه بعدی ساخته می شود و سپس ریخته‌گری شده و نهایتا قطعه فلزی ساخته می‌شود.

قیمت پرینترهای سه بعدی DLP نسبت به مدل های قبلی کمی بیشتر است.

پرینترهای سه بعدی DMLS

پرینترهای سه بعدی  DMLS، از ذوب آلیاژ با استفاده از لیزر کمک گرفته و فرایند ساخت مدل را به صورت لایه‌ای پیش می برند؛ به صورتی که در یک محیط بسته و خالی از اکسیژن که از گاز نجیب پر شده ‌است، پودر آلیاژ فلز پخته شده و به یکدیگر می چسبند.

این پودر از جنس آلیاژهای نیکل تیتانیوم ۶۵ بوده و قابل بازیافت است.

این پرینترها قادر به تولید قطعات بزرگ با دقت بالایی می باشند.

پرینترهای سه بعدی  SLS

فناوری ساخت مدل با استفاده از پرینترهای سه بعدی  SLS، به واسطه ذوب ذرات پودر پلیمر و چسباندن آنها به یکدیگر انجام می‌شود. ساخت مدل با این نوع پرینترها نیز به صورت لایه‌ای است.

دقت ساخت این پرینترها نسبت به FDM  پرینترهای  SLA  بیشتر است و نمونه‌های دقیق‌تری را تولید می‌کنند. اما تعداد قطعاتی که با آن ساخته می‌شود دارای تیراژ کم است.

مدل‌هایی که با این پرینترها ساخته می‌شوند، دارای پیچیدگی هندسی بالایی بوده و کاربر آزاد است که هر طرحی را با آن ایجاد کند.

پودر خام باقی مانده از پرینت  در این نوع پرینترها، قابل استفاده مجدد است.

سه نوع دیگر از انواع پرینترهای سه بعدی SLM، LOM و EBM هستند که امروزه کاربرد زیادی ندارند و لذا از معرفی آن ها صرف نظر می کنیم.

کاربردهای پرینتر سه بعدی

پرینت سه بعدی و پرینترهای سه بعدی امروزه در بخش های زیادی از زندگی ما کاربرد دارند که در خیلی از موارد به آسان تر شدن کارها، کاهش هزینه ها و زمان، ارتقاء کیفیت انجام کارها و حتی برداشتن محدودیت های امکان انجام امور می انجامند.

از مهمترین این کاربردها می توان به حوزه های زیر اشاره کرد:

ساخت و ساز و معماری: برای ساخت سریع ماکتی از ایده یا طرح تهیه شده و یا برای تولید ماکتی مطابق سازه ها یا آثار از پیش ساخته شده جهت نمایش به مشتریان

صنایع دریایی: ساخت نمونه های اولیه، قطعات کوچک و یکپارچه و قطعات پیچیده با هزینه کمتر و …

پزشکی و سلامت: ساخت ابزار پزشکی، ساخت پروتز، ارتز، آتل و سایر محصولات پزشکی، طراحی شده ویژه ی اندام یک فرد خاص، قالب های دندانپزشکی و . . .

صنایع شیمیایی: ساختارهای مولکولی چاپ سه بعدی، ابزارهای آزمایش های شیمیایی و . . .

علم مکانیک: ساخت قطعات آموزشی، نمونه های طراحی شده، مهندسی معکوس قطعات، تراشکاری، ساخت ابزار، ساخت قطعات پیچیده و یکپارچه و . . .

صنایع غذایی: ساخت مدل های سه بعدی از غذاهای مختلف جهت نمایش در رستوران ها و منو ها، ساخت ظروف مخصوص پخت و سرو غذا، پرینترهای جدید تولید غذاها به ویژه گوشت و . . .

آموزش: ساخت مدل های آموزشی اعضای بدن، ویروس ها، ساختارهای مولکولی، ماکت هر گونه تجهیزات، ابزار و یا هر وسیله آموزشی که امکان نمایش آن ها در محیط دانشگاهی وجود ندارد مانند موشک، ماهواره، سیاره ها، بناهای تاریخی، تندیس افراد و . . .

صنایع هوایی و فضایی: قطعات هواپیما یا ماهواره، انواع ماکت، نمونه های مفهومی و . . .

فناوری پیشرفته مدرن: لوازم جانبی تجهیزات الکترنیکی، موبایل، لپتاپ و . . .

هواپیماهای بدون سرنشین: بدنه سبک و یک تکه برای پهپادها، گیمبال و سایر قطعات پرنده های بدون سرنشین

خرده فروشی: تولید نمونه محصولات طراحی شده مثل کیف، کفش، مبل، لباس، اسباب بازی و غیره برای نمایش و بازاریابی

انرژی: پرینت سه بعدی تاسیسات گاز، آب، برق، تولید ماکت پالایشگاه ها، سکو های نفتی، برج های تقطیر و غیره

خودروسازی: ساخت قطعات یکپارچه، ارزان و پیچیده در قسمت های مختلف خودرو – ساخت نمونه های مفهومی خودروها

فناوری های رباتیک: ساخت قطعات مختلف ربات ها به صورت یکپارچه، سریع و سبک

تجهیزات نوری – اپتیک: پرینت سه بعدی عینک در جنس های مختلف

کالاهای صنعتی: ساخت قطعات صنعتی در جنس های مختلف و ساخت نمونه های مفهومی

سرگرمی و پخش: ساخت اسباب بازی، نگهدارنده های ابزار سرگرمی، طراحی و پرینت ابزار ابتکاری و غیره

الکترونیک: ساخت قطعات الکترونیکی، بورد و غیره

مجسمه سازی

جواهرسازی

صنعت پارچه و مد: طراحی و ساخت لباس های پیچیده با مواد مقرون به صرفه

به طور کل استفاده از پرینترهای سه بعدی هیچ محدودیتی برای هیچ حوزه کاری یا علمی مشخصی ندارد. هر کسی که بخواهد یک مدل سه بعدی که از طریق روش های مختلف تهیه کرده است را پرینت کند یا ماکتی از آن داشته باشد، با هر هدفی که دارد، می تواند از این دستگاه ها استفاده کند.

• نکته: همانطور که گفتیم پرینترهای سه بعدی دستگاه هایی هستند که با ذوب کردن یک ماده اولیه با یک جنس به خصوص و منجمد کردن دوباره آن تحت یک الگوی مکانی خاص که از روی مدل سه بعدی تعیین می شود، یک مدل سه بعدی واقعی از آن را تولید می کنند. اما دستگاه های دیگری نیز وجود دارند که می توانند یک مدل سه بعدی را از فضای کامپیوتر به فضای واقعی منتقل کنند که از روش های دیگری برای این کار استفاده می کنند و کاربردها، ویژگی ها و محدودیت های خاص خود را دارند. یکی از پرکاربرد ترین این دستگاه ها، دستگاه های موسوم به CNC (مخفف عبارت Computer Numerical Control) هستند که با توجه به ارتباط آن با موضوح مطلب ما، بد نیست به طور خیلی مختصر تعریفی از آن ها داشته باشیم:

دستگاه های CNC

ماشین های CNC دستگاه هایی هستند که در آن با کنده کاری و یا تراشکاری بر روی یک جسم، یک مدل سه بعدی از آن جنس درست می کنند. کار کنده کاری را در این دستگاه ها یک مته چرخان انجام می دهد که می تواند در جهات مختلف مثل محور X ، Y ، Z و یا به صورت چرخشی یا کمانی حرکت کند. بنابراین این مته می تواند از هر سمت کار کنده کاری یا تراشکاری را بر روی آن جسم انجام دهد.

با توجه به توانایی آن دستگاه در حرکت دادن مته در تعداد جهات مختلف به آن ها یک، دو، سه یا چند محوره گفته می شود.

این دستگاه ها می توانند اجسام نرم تر مثل چوب و پلاستیک یا اجسام سخت مثل انواع فلزات را کنده کاری کنند.

این دستگاه ها در صنعت، تولید، مبلمان، مجسمه سازی، تراشکاری و غیره کاربردهای خیلی زیادی دارند.

منظور از ساخت افزایشی و ساخت کاهشی چیست؟

پرینترهای سه بعدی و دستگاه های CNC یک شباهت عمده ای دارند و آن این است که هر دو می توانند یک مدل سه بعدی را برای ما تولید کنند. اما پرینترهای سه بعدی با ذوب کردن یک ماده اولیه در مخزن خود و منجمد کردن آن در روی صفحه ی پرینت، به صورت لایه لایه از پایین به بالا یک شیء را تولید می کند. به این نوع روش تولید مدل روش افزایشی گفته می شود.

ولی در دستگاه های CNC ابتدا یک جسم مکعب، استوانه، کره ای یا تخت در داخل یا مقابل دستگاه قرار داده می شود و این دستگاه با کنده کاری آن یا به اصطلاح کم کردن از آن جسم، نهایتا به مدل سه بعدی در نظر گرفته می رسیم. به این روش تولید مدل، روش ساخت کاهشی می گویند.

فتوگرامتری برد کوتاه

همانطور که قبلا هم اشاره کردیم، برای اینکه یک دستگاه پرینتر سه بعدی یا دستگاه CNC بتوانند مدلی را برای ما تولید کنند، نیاز است که ما ابتدا فایل طرح آن مدل را در فرمت های قابل شناسایی برای دستگاه، به عنوان ورودی به دستگاه وارد کنیم.

بیان کردیم که روش های مختلفی برای ساخت مدل سه بعدی در کامپیوتر وجود دارد. در برخی از آن ها آن مدل سه بعدی زائیده ذهن خلاق کاربر یا متخصص مدل سازی می باشد. در طراحی خودرو، معماری ساختمان، طراحی مدل های مفهومی و غیره از این روش استفاده می شود.

اما گاهی اوقات نیز نیازمند آن هستیم که مدلی سه بعدی از چیزی که وجود خارجی دارد داشته باشیم. مانند بناهای تاریخی، ساختمان ها، شهرها، کوه ها، آثار باستانی و عتیقه، چهره افران و یا هر چیز کوچک و بزرگ دیگر.

یکی از اصلی ترین روش های تولید مدل سه بعدی این اجسام، فتوگرامتری یا به صورت دقیق تر فتوگرامتری برد کوتاه است.

فتوگرامتری برد کوتاه یکی از شاخه های فتوگرامتری است که در آن با کمک یک دوربین عکاسی و همچنین روابط ریاضی و پردازش های کامپیوتری می توان مدل سه بعدی دقیق از اجسام مورد نظر تهیه کرد.

قابلیت های فتوگرامتری برد کوتاه

با استفاده از علم، هنر و تکنیک فتوگرامتری برد کوتاه می توان با کمترین هزینه و بالاترین دقت، از اجسام مختلف در اندازه های سانتی متر تا چند ده متر مدل سه بعدی تهیه کرد. به طوری که بتوان تمامی اندازه گیری های مورد نیاز و گاها غیر ممکن را بر روی این مدل انجام داد.

با استفاده از این تکنیک می توان تمامی آثار باستانی و بناهای تاریخی را مدل کرده و به صورت مستند نگهداری کرد یا به صورت مجازی به نمایش گذاشت. لذا در صورت آسیب دیدن آن سازه در گذر زمان، به راحتی می توان آن را با کمک مدل سه بعدی تهیه شده بازسازی کرد. این کار را در اصطلاح مستندنگاری می نامند.

از بزرگترین کاربردهای فتوگرامتری برد کوتاه می توان به مهندسی معکوس اشاره کرد. به طوری که با استفاده از این روش می توان مدل سه بعدی قطعات یک وسیله یا دستگاه تولید شده را ساخته و اندازه گیری های دقیقی روی آن انجام داد و یا کپی آن را با دستگاه های CNC تولید کرد.

کاربردهای فتوگرامتری برد کوتاه

می توان صدها مورد از کاربردهای فتوگرامتری برد کوتاه را نام برد اما معرفی همه آن ها با جزئیات کامل هف این مطلب نمی باشد. لذا برخی از موارد پرکاربرد فتوگرامتری برد کوتاه را در زیر عنوان می کنیم:

اندازه گیری های دقیق

تولید نقشه های معماری ازبیلت بناها و سازه ها

مستندنگاری بناهای تاریخی

بررسی میزان تابش خورشید در بازه زمانی

مجسمه سازی، واقعیت افزوده، مهندسی معکوس، فروشگاه های مجازی، پرینت سه بعدی، صنعت بازی های کامپیوتری، تور مجازی، گردشکری، جی آی اس، آموزش، پزشکی، دندانپزشکی، میراث فرهنگی، تست تصادفات، جرم شناسی، تعیین احجام، نقشه برداری، ماکت سازی و ده ها مورد کاربردی و مفید دیگر که بازگو کردن همه آن ها در این مطلب شاید خسته کننده باشد.

قابلیت های جدید حاصل از ترکیب پرینت سه بعدی و فتوگرامتری برد کوتاه

همانطور که گفته شد با کمک پرینترهای سه بعدی می توان مدل های تهیه شده به وسیله فتوگرامتری برد کوتاه را چاپ کرده و ماکت یا تندیسی کاملا مشابه نمونه واقعی تولید کرد. اگر آدم خلاقی بوده باشید و کسب و کار مخصوص خودتان را دارید، به احتمال زیاد با اندکی فکر کردن به ایده های جالب و جدیدی پی خواهید برد تا بتوانید از این تکنولوژی جدید در راستای تبلیغ، رونق بخشی به تجارتتان و یا رفع برخی از محدودیت های کاری تان استفاده کنید. در زیر چند مثال ساده ای از این ترکیب کاربردی فتوگرامتری و پرینترهای سه بعدی می زنیم:

• ممکن است وسیله یا محصولی را تولید کنید که قیمت بالایی داشته باشد یا اندازه بزرگی داشته باشد که حمل آن توجیح پذیر نباشد و یا حتی از مواد شیمیایی مضر درست شده باشد که نمی توان در معرض دید عموم قرار داد. بهترین کار نمایش ماکت دقیق آن با اندازه دلخواه است.
• یا ممکن است قطعه ای از یک دستگاه یا محصول یک کارخانه خارجی دارید که می خواهید مانند آن را کپی کنید، با استفاده از فتوگرامتری برد کوتاه می توانید مدل سه بعی آن را تولید کرده و با پرینتر سه بعدی ماکت یا قالب آن را درست کنید.

• یا اینکه می خواهید مدل یا تندیس سه بعدی از چهره خود یا یکی از اقوام خود یا حتی از یک شیء که ارزش معنوی برای شما دارد، در خانه خود داشته باشید.

اگر شما هم کمی فکر کنید ممکن است بتوانید از این تکنولوژی در تجارت خود استفاده کنید.

لینک اصلی مقاله: پرینت سه بعدی و فتوگرامتری برد کوتاه چه رابطه ای با هم دارند؟