3D پرنٹنگ کیسے کام کرتی ہے؟

ایک اضافی مینوفیکچرنگ طریقہ 3D پرنٹنگ ہے۔ یہ "اضافی" ہے کہ یہ مواد کے بلاک یا مولڈ کی ضرورت کے بجائے حقیقی اشیاء بنانے کے لیے مواد کی تہوں کو محض اسٹیک اور فیوز کرتا ہے۔ یہ "روایتی" ٹیکنالوجیز سے زیادہ پیچیدہ جیومیٹریاں بنا سکتا ہے، اکثر تیز ہوتا ہے، سستے مقررہ سیٹ اپ کے اخراجات ہوتے ہیں، اور مواد کی مسلسل بڑھتی ہوئی رینج کے ساتھ کام کرتا ہے۔ انجینئرنگ کا شعبہ اس کا خاطر خواہ استعمال کرتا ہے، خاص طور پر جب ہلکے وزن کے جیومیٹریوں کو پروٹو ٹائپنگ اور تیار کرتے ہیں۔

اضافی مینوفیکچرنگ اور 3D پرنٹنگ

اصطلاح "3D پرنٹنگ" اکثر بنانے والے کی ثقافت، شوقیہ اور شوقین، ڈیسک ٹاپ پرنٹرز، قابل رسائی پرنٹنگ تکنیک جیسے FDM، اور ABS اور PLA جیسے سستے مواد سے منسلک ہوتی ہے۔ یہ جزوی طور پر سستی ڈیسک ٹاپ پرنٹرز کی وجہ سے ہے جو RepRap تحریک سے ابھرے ہیں، جیسے کہ اصلی MakerBot اور Ultimaker، جس نے 3D پرنٹنگ کو جمہوری بنانے اور 2009 کے 3D پرنٹنگ میں تیزی لانے میں اہم کردار ادا کیا۔

3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی: جدید مینوفیکچرنگ کا مستقبل

3Dپرنٹنگتاریخ

3D پرنٹنگ تصوراتی مصنوعات 1970 کی دہائی میں شروع ہوئیں۔ 1981 میں، جاپانی سائنسدان ڈاکٹر کوڈاما، جنہوں نے تہہ در تہہ پرنٹنگ مینوفیکچرنگ کا طریقہ بیان کرنے والے پہلے شخص تھے، 3D پرنٹنگ کی کوشش کی، اور ذاتی طور پر SLA (سٹیریو لیتھوگرافی) 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی- فوٹو حساس رال کو الٹراوائلٹ لائٹ سے پولیمرائز کیا گیا۔

چند سال بعد، امریکی سائنسدان چارلس ہل نے بھی SLA کی ٹیکنالوجی پر گہرائی سے تحقیق کی، اور SLA کا پہلا پیٹنٹ 1986 میں جمع کرایا۔ 3D سسٹمز کی بنیاد رکھی اور 1988 میں اپنی پہلی تجارتی مصنوعات SLA-1 جاری کی۔ (ذیل میں تصویر)

ایس ایل اے کو ابتدائی ترقی یافتہ تھری ڈی پرنٹنگ ٹیکنالوجی کہا جا سکتا ہے، اس لیے ایس ایل ایس (سلیکٹیو لیزر سنٹرنگ) اور ایف ڈی ایم (فیوزڈ ڈیپوزیشن ماڈلنگ) بعد میں کب ہوا؟

1988 میں، امریکی کارل ڈیکارڈ نے یونیورسٹی آف ٹیکساس میں SLS ٹیکنالوجی کو پیٹنٹ کیا، جو کہ ایک اور 3D پرنٹنگ تکنیک ہے جس میں ایک لیزر مقامی طور پر پاؤڈر کے ذرات کو پرنٹ کرنے کے لیے ایک ساتھ فیوز کرتا ہے۔ اسی سال، Stratasys کے بانیوں میں سے ایک Scott Crump نے فیوزڈ ڈیپوزیشن ماڈلنگ (FDM) کے لیے پیٹنٹ کے لیے درخواست دی۔ 1980 سے 1990 تک، 3D پرنٹنگ کی تین اہم ٹیکنالوجیز کو پیٹنٹ کیا گیا تھا، جو اس صنعت میں تیز رفتار ترقی کے دور کا آغاز ہے۔ .

یورپ میں، EOS GmbH نے 3D پرنٹنگ کے لیے ایک ڈیزائن سسٹم بنایا: Stereos" سسٹم۔ آج صنعتی شعبے میں اس کے 3D پرنٹ شدہ ماڈلز کو دنیا بھر میں SLS 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی (سلیکٹیو لیزر سنٹرنگ) کے لیے پلاسٹک اور دھاتوں کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

1992 میں، FDM (Fused Deposition Modeling) 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی پیٹنٹ کو Stratasys نے اختیار کیا، جس نے بہت سے پیشہ ور افراد اور افراد کی مختلف ضروریات کو پورا کرنے کے لیے 3D پرنٹرز تیار کیے تھے۔

1993 سے 1999 تک، 3D پرنٹنگ انڈسٹری میں مختلف ٹیکنالوجیز ابھریں۔ ایک ہی وقت میں، زیادہ سے زیادہ نئے CAD سافٹ ویئر، اور 3D ماڈلنگ سافٹ ویئر تیار کیے گئے، مثال کے طور پر، Sanders Prototype (جسے اب Solidscape کہا جاتا ہے) جو پہلے شرکاء میں سے ایک تھا۔

3D پرنٹنگ ملٹی فیلڈ ایپلی کیشنز

2008 میں، پہلا 3D پرنٹ شدہ مصنوعی سامان سامنے آیا، جس نے میڈیا میں 3D پرنٹنگ کا حصہ مزید بڑھا دیا۔ لوگوں نے پایا کہ تھری ڈی پرنٹنگ نہ صرف روایتی پرزوں کو پرنٹ کرسکتی ہے بلکہ انسانی جسم کی مرمت پر بھی لاگو کی جاسکتی ہے۔ یہ حیرت انگیز طبی 3D پرنٹنگ پروجیکٹ حیاتیاتی اعضاء کے تمام حصوں کو یکجا کرتا ہے اور اسے بغیر کسی اسمبلی کے "جیسا ہے" پرنٹ کیا جا سکتا ہے۔ آج، 3D سکیننگ، 3D پرنٹ شدہ طبی مصنوعی اعضاء، اور آرتھوٹکس کے ساتھ مل کر مریضوں کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے سستی اور تیز تر ہو رہی ہیں۔ مزید یہ کہ یہ مصنوعی اعضاء تیزی سے بہتر اور مریض کی شکل کے مطابق ڈھال رہے ہیں۔ 3D پرنٹنگ بڑے پیمانے پر ذاتی نوعیت کے نئے مواقع لاتی ہے۔ (تصویر شامل کریں)

2009 وہ سال تھا جب FDM پیٹنٹس نے بڑے پیمانے پر کھپت کے میدان میں قدم رکھا، جس نے FDM 3D پرنٹرز کی وسیع جدت کے لیے ایک نئی راہ کھولی۔ جیسے جیسے ڈیسک ٹاپ تھری ڈی پرنٹرز کی قیمت کم ہوئی، زیادہ سے زیادہ لوگ تھری ڈی پرنٹنگ انڈسٹری کی ترقی پر توجہ دینے کے قابل ہوئے۔

2013 میں، امریکی صدر براک اوباما نے اپنے اسٹیٹ آف دی یونین خطاب میں 3D پرنٹنگ کا تذکرہ مستقبل کی پیداوار کے اہم موڈ کے طور پر کیا، جس سے "3D پرنٹنگ" کو ایک مطلق بزبان بنا دیا گیا۔ اب عوام کے ذہنوں میں اس کا مقام بہت نمایاں ہے۔ زیادہ سے زیادہ چھوٹی اور درمیانے درجے کی کمپنیاں 3D پرنٹنگ کے ذریعے فراہم کردہ کم لاگت والی پروٹو ٹائپنگ کا فائدہ اٹھا رہی ہیں، اسے اپنے تکرار، اختراع اور پیداوار کے عمل میں مکمل طور پر ضم کر رہی ہیں۔

3D پرنٹنگ تصور کار

جہاں تک تعمیراتی ایپلی کیشنز کا تعلق ہے، 3D پرنٹ شدہ مکانات اب ایک حقیقت ہیں۔ لوگ 2018 میں پہلی بار 3D پرنٹ شدہ گھروں میں منتقل ہوئے۔ گھر کا رقبہ 1022 مربع فٹ ہے، جو کہ بہت رہنے کے قابل ہے۔ اسے چھاپنے میں کل دو دن لگے۔

مینوفیکچرنگ اور 3D پرنٹنگ کے درمیان مماثلت اور فرق پر 3D پرنٹنگ کا درجہ بندی کا نظام

مثال کے طور پر کھوکھلی ہوئی گیند کو لیں۔ سطح پر ایک درجن سے زیادہ پھول ہیں۔ اگر اس پر روایتی مشینی عمل کیا جاتا ہے، تو یہ بہت پریشان کن ہوگا، اور پیٹرن کو ایک ایک کرکے تبدیل کرنا ہوگا۔ اور اگر آپ تھری ڈی پرنٹنگ کا انتخاب کرتے ہیں تو اس میں مواد کا کوئی ضیاع نہیں ہوتا، اس لیے اس کا ایک نام بھی ہے جو کہ additive manufacturing ہے، جس کا مطلب ہے کہ جسمانی پرزوں کی تیاری کے لیے آہستہ آہستہ مواد کو جمع کرنے کا طریقہ استعمال کیا جاتا ہے۔ روایتی طریقہ یہ ہے کہ پہلے ایمبریو بنایا جائے، پھر اضافی مواد کو ہٹا دیا جائے، اور باقی مواد کو مطلوبہ شکل دی جائے۔ اگر کسی مسئلے کا پتہ چل جاتا ہے، تو اسے کھولنا اور اس میں ترمیم کرنا ضروری ہے۔ جبکہ تھری ڈی پرنٹنگ میں تھوڑا تھوڑا سا مواد جمع ہوتا ہے، آپ تیار شدہ مصنوعات کو تیزی سے دیکھ سکتے ہیں۔

3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کی وصولی

صنعتی پیداوار پر تھری ڈی پرنٹنگ ٹیکنالوجی کا اطلاق ہوتا ہے۔ جس چیز کو 3D پرنٹنگ استعمال کرنے کی ضرورت ہے وہ فزیکل آبجیکٹ نہیں بلکہ ڈیجیٹل ماڈل ہے۔ اگر آپ اپنے سامنے موجود اصلی چیز کو 3D پرنٹ کرنا چاہتے ہیں، تو آپ کو اس کا ماڈل بنانے کے لیے کمپیوٹر کا استعمال کرنا چاہیے، یا اصلی چیز کو ڈیجیٹائز کرنے کے لیے 3D سکینر کا استعمال کرنا چاہیے، یعنی ایک 3D ماڈل، اور آپ پندرہ منٹ سے بھی کم وقت میں چیزوں کو پرنٹ کر سکتے ہیں۔ فی الحال، 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کو چار بڑے زمروں میں تقسیم کیا گیا ہے: FDM، DLP/SLA، اور SLS

SLS - لیزر sintering مولڈنگ عمل

SLS نسبتاً ہائی ٹیک پاؤڈر ہے جو لیزر شعاع ریزی کے اعلی درجہ حرارت کے حالات میں پگھلتا ہے۔ ورک بینچ پر پتلی پاؤڈر کی ایک تہہ پھیلائیں، اور لیزر بیم کے ساتھ پرت کے کراس سیکشن کو اسکین کریں تاکہ درجہ حرارت کو پگھلنے کے مقام تک بڑھایا جا سکے، تاکہ سنٹرنگ اور بانڈنگ کا احساس ہو سکے، ماڈل بننے تک پاؤڈر پھیلانے، سنٹرنگ، پیسنے اور خشک کرنے کو دہرائیں۔ درحقیقت، 3D پرنٹنگ بار بار 2D پرنٹنگ ہے۔ اگر آپ کسی چیز کو بہت باریک کاٹتے ہیں، تو آپ دیکھیں گے کہ ہر ٹکڑے کی ایک شکل ہوتی ہے۔ اگر آپ تمام شکلیں ایک ساتھ رکھتے ہیں، تو آپ کو تین جہتی ساخت کا آبجیکٹ ملتا ہے۔ لہذا ہم گرافکس بنانے کے لیے لیزر استعمال کرتے ہیں۔ ماحول کے خلاف SLS مولڈ پرزوں کی مزاحمت (درجہ حرارت، نمی، اور کیمیائی سنکنرن) تھرمو پلاسٹک مواد کی طرح ہے۔ جب کہ SLA مولڈ پرزوں کی مزاحمت نسبتاً کم ہے، مثال کے طور پر، epoxy رال کے ساتھ ڈھالے گئے SLA ورک پیس نمی اور کیمیکلز کے لیے حساس ہوتے ہیں۔ سنکنرن، یہ 38 ° C سے اوپر کے ماحول میں نرم اور تپ جائے گا، لیکن تشکیل کی درستگی زیادہ ہے۔

SLA - سٹیریو لیتھوگرافی مولڈنگ کا عمل

SLA ایک لائٹ کیورنگ ٹیکنالوجی ہے، جو اس وقت چین میں نسبتاً تیار ہے۔ "سٹیریو لیتھوگرافی" اس وقت ہوتی ہے جب لیزر بیم مائع رال کی سطح پر آبجیکٹ کی پہلی پرت کی شکل کا خاکہ پیش کرتا ہے، اور پھر پروڈکشن پلیٹ فارم کو ایک خاص فاصلہ (0.05-0.025 ملی میٹر کے درمیان) سے کم کیا جاتا ہے، اور پھر ٹھوس پرت کو مائع رال میں ڈبو دیا جاتا ہے، وغیرہ۔ استعمال ہونے والی رال ایک فوٹو سینسیٹو رال ہے، جو لیزر بیم کے ذریعے شعاع ریزی کرنے کے بعد ایک ٹھوس حالت بنائے گی، اور تشکیل دینے والا ماڈل تیز اور عین مطابق ہے۔

ڈی ایل پی - سٹیریو لیتھوگرافی مولڈنگ کا عمل

ڈی ایل پی ڈیجیٹل لائٹ پروسیسنگ، جسے لیزر شیپنگ ٹیکنالوجی کہا جاتا ہے۔ DLP 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی SLA 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کے ساتھ بہت سی مماثلت رکھتی ہے۔ اگر پیداوار کو پنسل سے دائرہ کھینچنے سے تشبیہ دی جاتی ہے، تو ایس ایل اے ٹیکنالوجی تہہ در تہہ ڈرائنگ کے مترادف ہے، جبکہ ڈی ایل پی براہ راست مہر لگانے کے مترادف ہے۔ ہم جس بڑے پیمانے پر پیداوار کی پیروی کر رہے ہیں اس کے دو بہت اہم نکات ہیں، ایک کارکردگی، اور دوسرا مادی لاگت۔ ایک ایسا تھری ڈی پرنٹر ہے جو روایتی مینوفیکچرنگ سے سینکڑوں گنا زیادہ تیزی سے پرنٹ کر سکتا ہے، یعنی چہرے سے ملنے والی ٹیکنالوجی، جسے شینزین کی ایک کمپنی لائٹ پرزم ٹیکنالوجی نے تیار کیا ہے۔ روایتی FDM 3D پرنٹنگ کے ساتھ ایک کھوکھلی گیند کو پرنٹ کرنے میں 2-5 گھنٹے لگتے ہیں، اور اس میں سب سے تیزی سے ایک گھنٹہ لگتا ہے، لیکن جدید ترین آمنے سامنے ٹیکنالوجی کے ساتھ پرنٹ کرنے میں صرف 10 منٹ لگتے ہیں۔ پرنٹنگ کی رفتار حیرت انگیز ہے۔ ایک بار جب یہ 3D پرنٹنگ مارکیٹ میں آجاتی ہے، روایتی دستکاری پر اثر اب بھی بہت اچھا ہے۔

ایف ڈی ایم - فیوزڈ ڈیپوزیشن مولڈنگ کا عمل

DLP اور SLS ٹیکنالوجیز کے مقابلے میں، FDM ٹیکنالوجی نسبتاً آسان ہے، اس لیے اس کے سامعین کی بڑی تعداد ہے اور خاندان میں داخل ہونا آسان ہے۔ پروٹوٹائپ براہ راست تھرمو پلاسٹک مواد کا استعمال کرتے ہوئے 3D CAD ڈیٹا سے بنایا گیا ہے تاکہ اسے نیم پگھلے ہوئے تنت میں نکالا جا سکے، جسے تہہ در تہہ بنیادوں پر جمع کیا جاتا ہے۔ FDM ٹیکنالوجی کے فوائد میں سادہ مکینیکل ڈھانچہ، آسان ڈیزائن، کم مینوفیکچرنگ لاگت، دیکھ بھال کی لاگت اور مادی لاگت، اور ماحول کو کوئی آلودگی نہیں ہے۔ لہذا، FDM گھریلو ڈیسک ٹاپ 3D پرنٹرز میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والی ٹیکنالوجی بھی ہے۔ یہ نسبتاً روایتی پرنٹنگ طریقہ ہے، جس میں لیزر استعمال نہیں ہوتا اور اس کی قیمت کم ہے، لیکن درستگی زیادہ نہیں ہے اور پرنٹنگ کی رفتار بہت سست ہے۔ یہ سب کے لیے سب سے زیادہ قابل رسائی طریقہ ہے، اور یہ عام طور پر تعلیمی مارکیٹ میں استعمال ہوتا ہے۔

مینوفیکچرنگ اور روایتی دستکاری پر 3D پرنٹنگ کا اثر

تھری ڈی پرنٹنگ کے فوائد

(1) حسب ضرورت

دندان سازی کو ایک مثال کے طور پر لیتے ہوئے، ہر ایک کے دانت مختلف ہوتے ہیں، لیکن 3D پرنٹنگ اپنی مرضی کے مطابق پیداوار اور بڑے پیمانے پر پیداوار کے درمیان تضاد کو حل کر سکتی ہے، اور بڑے پیمانے پر حسب ضرورت امپلانٹس، منحنی خطوط وحدانی وغیرہ پیدا کرتا ہے۔

(2) نمونہ ریئل ٹائم

3D پرنٹنگ کی تیز رفتار کی وجہ سے، ڈیزائنر صبح کے وقت پروڈکٹ کا ایک ورژن ڈیزائن کرتا ہے، اور لیڈر تیار شدہ مصنوعات کو دوپہر کو دیکھ سکتا ہے، اور پھر شام 6 بجے دوسرا ورژن ڈیزائن کرتا ہے، اور اگلی صبح تیار شدہ مصنوعات کو دیکھ سکتا ہے، جو کہ نئی مصنوعات کی رفتار کی ترقی کو بہت تیز کرتا ہے۔ اگر یہ خاص طور پر پیچیدہ نہیں ہے تو، 3D پرنٹنگ 3 گھنٹے میں تیار مصنوعات تیار کر سکتی ہے، جبکہ روایتی پروفنگ میں ہر بار 4-6 ہفتے لگتے ہیں، لہذا صنعتی ڈیزائن کی مجموعی رفتار بھی بہتر ہوتی ہے۔

(3) کوئی آلودگی نہیں۔

 چونکہ تیار کردہ خام مال تمام ماحول دوست ہیں، اس لیے پیداوار کا پورا عمل آلودگی سے پاک پیداوار ہے۔ فضلہ گیس اور فضلہ پانی کی آلودگی نہیں ہے، اور بچا ہوا مواد کا کوئی فضلہ نہیں ہے.

(4) ڈیٹاائزیشن

جب ڈیجیٹل دندان سازی پختہ ہو جائے گی، ڈاکٹروں کے لیے تکنیکی ضروریات بہت کم ہو جائیں گی۔ مریضوں کو ہسپتال میں صرف دو منٹ تک اسکین کرنے کے لیے آلہ استعمال کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، اور وہ دانتوں کے تمام مسائل کی وجوہات اور حل جان سکتے ہیں۔

اس کے علاوہ، 3D پرنٹنگ کو آرتھوڈانٹکس، پرنٹنگ پرسنلائزڈ اور اپنی مرضی کے مطابق شفاف منحنی خطوط وحدانی کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ پلاسٹک سرجری کے دوران، کیا دانتوں کو بائیں طرف جانا چاہیے یا آگے؟ کتنے ملی میٹر منتقل کرنا ہے؟ ماضی میں، دانتوں کی سرجری مکمل طور پر ڈاکٹر کے ذاتی تجربے پر انحصار کرتی تھی، لیکن ڈیجیٹل دندان سازی نے آپریشن کے استحکام میں اضافہ کیا ہے اور ڈاکٹروں کے لیے تکنیکی حد کو کم کر دیا ہے۔

(5) تیز

 روایتی صنعتی عمل کے مقابلے میں، 3D پرنٹنگ کے لیے افرادی قوت اور نقل و حمل جیسی ابتدائی تیاریوں کی ضرورت نہیں ہے۔ اسے صرف مشینوں اور خام مال کی ضرورت ہے، اور اسے تیزی سے پیداوار میں ڈالا جا سکتا ہے۔

(6) آٹومیشن

 یہ کہا جا سکتا ہے کہ مجازی تخیل اور حقیقی چیز کے درمیان صرف ایک تھری ڈی پرنٹر ہے۔ 3D پرنٹنگ کی ایک اہم پیداوار مزدوری کے بہت سے اخراجات اور انسانی غلطیوں کو بچاتی ہے۔