چاپ سه بعدی مینیاتور

• مقدمه

مینیاتورها کپی یک شیء واقعی در مقیاس کوچک یا مدل‌های دیگری هستند. گاهی اوقات اسباب بازی، وسایل، قطعات نمایشی یا کلکسیونی هستند. به دلیل اندازه کوچک و جزئیات دقیق، مینی‌ها ممکن است برای کار دستی پیچیده باشند، به خصوص در تعداد زیاد. از طرف دیگر پرینت سه بعدی راهی برای ساخت مینیاتورهایی با کیفیت و زمان تولید مناسب فراهم‌ می‌کند. اما برای اینکه آن را برای نیازهایتان مناسب‌سازی کنید، باید چند نکته را در مورد پرینت سه بعدی مجسمه‌ها و مینی‌های کوچک در نظر بگیرید که در ادامه به آن‌ها پرداخته خواهد شد.

• انواع مینیاتور

موارد مختلفی وجود دارد که در آن از کپی و مدل در مقیاس کوچک استفاده‌ می‌شود، که در اینجا خلاصه از آنها اشاره‌ می‌شود:

مهره‌های بازی‌های جنگی رومیزی (tabletop wargaming minis)

مدل‌های شخصیت‌های فیلم/داستان/بازی (action figures)

مدل‌های مقیاس شده (scale model)

مدل صحنه‌ای (diorama)

مدل‌های منظره (landscape)

مدل‌های حمل و نقل ریلی

وسایل خانه عروسکی (dollhouse props)

مدل‌های آموزشی

اگرچه همه مینیاتورها اشتراکات زیادی دارند، اما نه تنها در اندازه، بلکه در عملکرد قطعات و همچنین دقت و سختی الزامات متفاوتی دارند. در نتیجه، روش‌های تولید آن‌ها متفاوت و مواد پرینت سه‌بعدی برای هر نوع قطعه خاص است.

یکی از مقرون به صرفه ترین روش‌ها ذوب فیلامنت یا همان FDM است. نقطه ضعف بزرگ این فناوری این است که برخی از خطوط لایه و همچنین آثار زیر قسمت‌های معلق باقی‌ می‌ماند. برای چاپ مینی‌ها با FDM، معمولاً باید یک نازل جداگانه، نازک‌تر (مثلاً 2/0 میلی‌متر و زمان چاپ کندتر برای اطمینان از جزئیات بهتر داشته باشید. با این حال، این روش می‌تواند برای مدل‌های مقیاس بزرگ‌تر، برخی مدل‌های آموزشی و مدل‌های حمل‌ونقل ریلی با اندازه بزرگ‌تر به خوبی مفید باشد.

چاپگر سه بعدی رزینی خانواده‌ای از فناوری چاپ است که لایه به لایه رزین مایع را توسط لیزر، ال ای دی یا پروژکتور پخت‌ می‌کند. این روش‌ها به خوبی با دقت مورد نیاز مینیاتورها مطابقت دارند، زیرا اجازه می‌دهند تا جزئیات پیچیده را ایجاد کنند و در عین حال صافی سطح را حفظ نمایند. با این حال، باید در نظر داشت که برخی از رزین‌ها یا فناوری‌ها  مناسب تر هستند. به عنوان مثال، دستگاه‌های مبتنی بر لیزر معمولاً به جلوگیری از پیکسلی شدن یک قطعه کمک‌ می‌کنند. و برای مینی‌های با جزئیات بالا، رزین‌های HD ویژه توصیه‌ می‌شود. به طور کلی، مینیاتورهای SLA برای بازی‌های رومیزی که نیازی به قطعات کاربردی ندارند پیشنهاد‌ می‌شوند. روش پاشش با رزین‌های فعال شده با اشعه ماوراء بنفش کار‌ می‌کند. اما برخلاف روش‌های پلیمریزاسیون نوری، با قطرات رزین کار می‌کند که با مخلوط کردن آنها رنگ‌ها و خواص متفاوتی ایجاد می‌شود. این مزایا MJ را به روشی مناسب برای مدل‌های آموزشی و نمایشی تبدیل می‌کند.

 روش تف جوشی پودری یا SLS معمولاً یک روش ساخت حرفه‌ای است که مبتنی بر ذوب پودر نایلون است. این روش مینی‌های محکم و دقیق را بدون خطوط لایه‌ می‌سازد. جدای از تولید پرهزینه، SLS محدودیت هایی در دقت دارد، اما به طور کلی کیفیت عالی مجسمه‌ها را ممکن‌ می‌سازد. بهتر است یک دسته کوچک را به جای یک قطعه سفارش دهید تا مقداری در هزینه صرفه جویی شود زیرا چاپ یک دسته معمولاً مقرون به صرفه تر است. این روش برای مجسمه‌های اکشن، پایه‌ها و مدل‌های منظره مناسب باشد.

چاپ پاششی رنگی یا CJP از پودر ماسه سنگ و یک چسب استفاده‌ می‌کند که ذرات را لایه به لایه با هم ذوب‌ می‌کند. در این فرآیند، جوهر را به قسمتی رنگ می‌افزایند. از طریق ترکیب چندین رنگ اصلی، این ماشین‌ها معمولا طیف وسیعی از رنگ‌ها را ارائه‌ می‌دهند. نتایج نهایی کاملاً رنگی هستند و جزئیات با کیفیت متوسطی دارند. در مقایسه با سایر روش ها، CJP مینی‌های ترد بیشتری را ارائه‌ می‌دهد. انتخاب چاپ جت رنگی برای مدل‌های منظره رنگی، مجسمه‌های مدلی که به طور فعال استفاده نمی‌شوند یا قطعات یادگاری صورت می‌گیرد.

• مواد مناسب چاپ سه بعدی مینیاتور

برای هر فناوری چاپ سه بعدی، همیشه چندین گزینه مواد وجود دارد. انتخاب ماده برای ساخت مینیاتور می‌تواند باعث موفقیت یا شکست کار شود.

در FDM، PLA یکی از رایج‌ترین و کاربرپسندترین گزینه‌های موجود است. از نظر جزئیات یکی از بهترین رشته و از نظر سفتی و مقاومت در برابر دما، انتخابی متوسط ​​است. با عملیات تکمیلی و پوشش مناسب، PLA نتیجه خوبی به شما‌ می‌دهد. سایر گزینه‌های FDM عبارتند از ABS، PETG، پلاستیک‌های دارای ذرات چوب و بسیاری موارد دیگر. با این حال، اینها معمولاً انواع پلاستیک‌هایی هستند که با دمای بالاتر چاپ می‌شوند، که احتمال خرابی‌ها و پدیده‌هایی مانند تاب برداشتن را افزایش می‌دهد.

برای DLP، یک رزین همه منظوره فعال نوری استاندارد وجود دارد. یافتن آن آسان است و از نظر جزئیات نتایج خوبی را به همراه دارد. در نواحی نازک تر کمی شکننده است و در برآمدگی‌های کوچک بدون تکیه گاه مستعد تاب خوردن است. رزین‌های با جزئیات بالا با فرمولاسیون کمی متفاوت، این اجازه‌ می‌دهند تا جزئیات بیشتری به دست بیاید. باید توجه داشت، حتی زمانی که وضوح دستگاه تا دقت 25-50 میکرون برود، رزین‌های دیگر ممکن است از این امکان پشتیبانی نکنند.

در فرآیند SLS، PA 12 یک ماده بسیار استاندارد است که تامین جزئیات و پارامترهای فنی خوبی را به همراه می‌آورد. سایر گریدهای نایلون مانند PA 6 و PA 6/66 نیز برای مینی‌ها مناسب هستند. برای چاپ مینیاتوری، کامپوزیت‌ها یا مواد انعطاف پذیر انتخاب بدی هستند، بنابراین چسبیدن به پلی آمید معمولی بهترین کاری است که‌ می‌توانید انجام دهید.

ماسه سنگ یکی از مواد اولیه مورد استفاده در CJP به همراه پودرهایی مانند گچ یا نایلون است.

پلیمرهای پلی جت یا MJ از پلیمرهای فعال شده با اشعه ماوراء بنفش نزدیک به رزین‌های چاپگرهای SLA و DLP استفاده‌ می‌کنند. با این حال، این ماشین‌ها قادر به ترکیب و تلفیق پلیمرهای خود هستند تا نتایج پیچیده‌ای را به دست آورند. برخی از مواد رایج عبارتند از رزین‌های مات سخت و رزین‌های شفاف، Vero، Agilus، Tango و غیره که‌ می‌توانند سطحی صاف و براق و یا بافتی مات ارائه دهند.

• عملیات تکمیلی پس از چاپ

همه مینیاتورهای چاپ سه بعدی نیاز به کارهای تکمیلی پس از ساخت دارند، اگرچه ممکن است برخی از آنها نسبت به بقیه به کار کمتری نیاز داشته باشند. با این حال، مراحل کلیدی برای تمام مجسمه‌های چاپی احتمالاً شامل موارد زیر است:

• حذف مواد حامی
• سنباده زدن
• صاف کردن یا پرداخت
• آب بندی

برای فرآیندهای چاپ سه بعدی به جز فرآیندهای مبتنی بر پودر (SLS و CJP)، یک مینیاتور احتمالاً نیاز به تمیز کردن سطح از ساختارهای حامی دارد. این فرآیند معمولاً آسان است اما در مورد قطعات کوچک به دقت و صبر نیاز دارد. هدف اصلی این است که اطمینان حاصل شود که جزئیات پیچیده آسیب‌ نمی‌بینند. بسیاری از خدمات چاپ سه بعدی حذف پشتیبانی را ارائه‌ می‌دهند، اما‌ می‌توانند هزینه اضافی را برای مدل‌های کوچکتر یا مقادیر زیاد دریافت کنند زیرا این کار وقت گیر است. سازه‌های حامی را‌ می‌توان در خانه نیز بدون نیاز به مهارت یا ابزار خاصی برداشت.

در نمونه‌های FDM، سنباده کاری و بتونه کاری کمک‌ می‌کند تا هر گونه نقص را بپوشانید و پس از رنگ آمیزی، قطعه شبیه یک مینی تجاری به نظر‌ می‌رسد. البته حذف بیش از حد مواد از طریق سنباده‌ می‌تواند باعث از بین رفتن جزئیات در مدل نهایی شود، بنابراین حتما به آن توجه کنید.

برای نمونه‌های رزینی، ابتدا باید رزین اضافی را با حلال مناسب (ایزوپرپیل الکل و گاهی آب) بشویید و خشک کنید. پس از آن پخت تکمیلی را زیر نور UV انجام دهید. این پخت استحکام بیشتری به آن‌ می‌بخشد، سطح صافی به آن‌ می‌بخشد و رزین را از واکنش بیشتر به چیزهای دیگر باز‌ می‌دارد. ساختار حامی را باید قبل از فرآیند پخت بردارید. پس از پخت، ساپورت‌ها به سختی برداشته‌ می‌شوند و ممکن است به خوبی از مدل جدا نشوند. برای پخت کامل مدل رزین، باید آن را در معرض نور UV قرار دهید. برای انجام این کار،‌ می‌توانید آن را مستقیماً زیر نور خورشید نگه دارید یا از یک جعبه پخت UV برای سرعت و ایمنی کار استفاده کنید. پس از اتمام شستشو و پخت، مینی شما برای رنگ آمیزی آماده است. از آنجایی که سطح مینی‌های چاپ شده با رزین در حال حاضر بسیار صاف است، اغلب نیازی به سنباده نیست. شما فقط باید یک پوشش پرایمر بزنید و سپس‌ می‌توانید مینیاتور پرینت سه بعدی خود را مطابق میل خود رنگ کنید.

برای رنگ کردن دقیق با دست، رنگ اکریلیک یک گزینه همه کاره است. رنگ اکریلیک معمولاً به خوبی به پلاستیک می‌چسبد، اما همیشه بررسی کنید که رنگی که انتخاب کرده اید عملکرد ترکنندگی خوبی روی سطح مینیاتور داشته باشد و همیشه قبل از رنگ آمیزی، از آستر استفاده کنید. اسپری رنگ نیز هنگامی که به درستی اعمال شود،‌ می‌تواند به مینیاتور سفارشی شما یک ظاهر صاف، براق و یکدست بدهد. اگر یک آستر خوب و یک لایه زیرین ضخیم برای قوام رنگ استفاده کنید، رنگ اسپری شما‌ می‌تواند به کیفیت حرفه‌ای نزدیک شود. و در انتها نیز همیشه با یک روکش ضد لک کار کنید.

• نکات مربوط به طرح

گام دیگر برای به دست آوردن یک مینیاتور زیبا، اطمینان از داشتن یک طراحی سه بعدی مناسب است. معیارها و ترخیص معینی باید در یک مدل با در نظر گرفتن روش چاپ گنجانده شود. بنابراین، ایده خوبی است که قبل از ساخت یا بهینه سازی یک فایل، به روش چاپ بسنده کنید. در اینجا برخی از دستورالعمل‌های کلی برای فناوری‌های ذکر شده آورده شده است.

در FDM، سعی کنید تعداد برآمدگی‌ها و زوایای کمتر از 45 درجه را کاهش دهید. جزئیات طراحی مدل بزرگتر از 1.15 میلی متر یا حداقل 0.5 میلی متر باشد. از ضخامت دیواره مدل حداقل 1.2 میلی متر اطمینان حاصل کنید. برای متن، فونت‌های ضخیم تر را ترجیح دهید و عمق/ارتفاع 1 میلی متر را برای آن انتخاب کنید.

در DLP، اگر‌ می‌خواهید هزینه را کاهش دهید، مجسمه‌های توخالی را مدل کنید. سوراخ‌های فرار رزین در طرح قرار دهید تا از تجمع رزین خشک نشده در داخل قطعه خود جلوگیری کنید. در صورت امکان، اندازه جزئیات را بیشتر از 50 میکرون نگه دارید.

در SLS و CJP قطعات محصور توخالی امکان پذیر نیست، بنابراین باید شامل سوراخ‌ها یا قطعات متحرک شود. اندازه جزئیات توصیه شده بزرگتر از 0.8 میلی متر است. ضخامت دیوار پیشنهادی حدود 0.7 تا 2.0 میلی متر است. برای جزئیات متن، از عمق/ارتفاع حدود 2 میلی متر اطمینان حاصل کنید.

برای مبتدیان، استفاده از طرح‌های شخصی که قبلا برای چاپ سه بعدی آزمایش شده بودند،‌ می‌تواند ایده خوبی باشد. یا، به عنوان یک گزینه، می‌توانید یک طراح را استخدام کنید تا یک مدل سفارشی ایجاد کند یا مدلی را که در دست دارید، برای مطابقت با این فرآیند دوباره کار کنید.

• چاپگر مناسب ساخت مینیاتور

در این مورد که کدام پرینترها بهترین انتخاب هستند، اتفاق نظر قطعی وجود ندارد. اگرچه واضح است که چاپگرهای سه بعدی رزینی بهترین نوع چاپگرهای سه بعدی برای مینیاتور هستند، با این حال از چاپگرهای FDM نیز میتوان برای مدل‌های نسبتا بزرگ بدون جزئیات آزار دهنده استفاده کرد.

اگر صرفا بخواهید یک فهرست خلاصه از چاپگرهای رزینی مناسب برای ساخت مینیاتور را مقایسه کنید، این امکان را با شاخص‌های قیمت-کیفیت برایتان فراهم کرده‌ایم:

* تخمین تقریبی بر اساس اندازه صفحه نمایش / وضوح

Anycubic Photon Mono بهترین چاپگر سه بعدی ارزان برای مینیاتور است. Phrozen Mini 4k مینیاتور با بالاترین کیفیت و جزئیات را با قیمت مناسب به شما ارائه‌ می‌دهد و سریعترین است. اگر خواهان مینیاتورهای با کیفیت بالاتر هستید Phrozen Sonic Mini 8k می‌خواهید که نتیجه آن با مینیاتورهای پلاستیکی فروشگاه‌های تجاری برابر است. با این حال، جمع‌بندی نهایی Anycubic Photon Ultra است که ثابت‌ می‌کند DLP آینده فناوری‌های چاپ سه بعدی است. علیرغم وضوح چاپ بسیار پایین تر، وضوح DLP (ارائه نتایجی همتراز با Mini 8k) همراه با رزین نرم تر Anycubic Craftsman و قیمت ارزان تر، این انتخاب را بسیار متعادل تر کرده است. این پروژکتور بسیار بی صدا و کم انرژی است و پروژکتور آن به دلیل استفاده مستقیم و بدون ماسک LCD، 10 برابر بیشتر از یک سیستم دارای LCD دوام‌ می‌آورد. همچنین بسیار سریع است و بخارات بسیار کم و برخلاف Mini 8k، اشتباه بسیار کمتری دارد. اما اندازه صفحه ساخت آن محدودتر است و برای مدل‌های بزرگ باید آن‌ها را به اجزای کوچک‌تر تقسیم کنید.

حتما شما هم برخورد داشته‌اید که می‌گویند این یک چاپگر رزینی8k  است، بنابراین جزئیات دو برابر واضح تر از یک چاپگر 4k است، درست است؟ خب، شاید، مطمئنا، بله، اممم…. با عرض پوزش بابت این موضوع، اما این مباحث بیشتر جنبه بازاریابی دارد. درست مانند دنیای تلویزیون، 4k به معنای کمی بیشتر از استاندارد 3840×2160 پیکسل است. اما این پیکسل‌ها بسته به اندازه صفحه نمایش‌ می‌توانند از چند اینچ تا بیش از یک فوت پخش شوند. بنابراین شما باید اندازه صفحه نمایش را نیز بررسی کنید. زیرا هر صفحه نمایش 8k که از نظر فیزیکی دو برابر یک صفحه نمایش معادل 4k باشد، وضوح دقیق یکسانی را برای مدلی که در اندازه یکسان چاپ شده است، دارد. به این معنی که کیفیت چاپ به طور کلی یکسان خواهد بود. چاپگر بزرگتر در این مثال فقط در صورتی واقعا بهتر است که بخواهید چیزهای بزرگتری چاپ کنید. آنچه شما واقعاً باید در رابطه با وضوح صفحه نمایش به دنبال آن باشید، یعنی پیکسل در هر اینچ (PPI) نه وضوح در عرض و ارتفاع که معمولا سازندگان ارایه می‌کنند.

• انتخاب بهترین رزین برای ساخت مینیاتور

خوب، هنگامی که به دنبال بهترین رزین برای مینیاتورهای پرینت سه بعدی هستید، این موضوع به خودی خود یک موضوع است و هر هفته به‌روزرسانی می‌شود، زیرا افراد تنظیمات مختلف را در چاپگرهای خود آزمایش می‌کنند و بهینه‌سازی می‌کنند. اما منظور از بهترین چیست؟ برای شما‌ می‌تواند به معنای واضح ترین کیفیت برای چاپ سه بعدی چیزی نزدیک به نتیجه کار یک استادکار باشد. یا می‌خواهید با چاپ ارزان قیمت یک ارتش جنگی بهترین ارزش‌افزوده را داشته باشید. یا اگر اهل چاپ سه بعدی ارتش Warhammer  هستید، ممکن است چیزی کمی محکم تر بخواهید. بنابراین بهترین ممکن است به معنای کمترین شکننده باشد، حتی اگر ممکن است مقداری کیفیت را از دست بدهید. یا موقعیت‌های منحصر به فرد دیگری که‌ می‌خواهید قطعات Space Marines را با رزین رنگی شفاف یا نیمه مات پرینت سه بعدی کنید تا بتوانید LED‌ها را وارد کنید و جلوه‌های درخشان ایجاد کنید. حتی گاهی بهترین‌ می‌تواند به معنای تمیز کردن ساده‌تر یا دوستدار محیط زیست باشد. بسیاری با رزینی که با چاپگرها عرضه‌ می‌شود شروع‌ می‌کنند. امروزه رزین‌های زیادی با موارد استفاده خاص برای چاپگر خاص ساخته‌ می‌شوند. Anycubic Photon Ultra از رزین DLP ویژه با جزئیات بسیار واضح و انعطاف پذیری خوب استفاده‌ می‌کند. در حالی که Phrozen Mini 8k دارای رزین Aqua 8k است که به وضوح جزئیات بهتری را نسبت به رزین 4k ارائه‌ می‌دهد. که چند سالی است که محبوب ترین انتخاب همه جانبه بوده است. اما بسته به زمان و تلاشی که صرف می‌کنید، می‌توانید ببینید که ترکیبی از رزین‌های مختلف بهترین نتایج را به همراه دارد. در اینجا خلاصه‌ای سریع از برخی از بهترین رزین‌ها آورده شده است.

• انتخاب مدل مینیاتور

سایت‌های زیادی وجود دارند که فایل‌های STL قابل چاپ سه بعدی را ارائه‌ می‌دهند. بسیاری از سایت‌ها این فایل‌ها را به صورت رایگان ارائه‌ می‌کنند، در حالی که برخی از آنها مدل‌های سه بعدی پولی را نیز ارائه‌ می‌دهند. در این میان می‌توان به MyMiniFactory، Thingiverse (که البته با تغییر آی پی قابل دسترس است)، Cults3D و Thangs اشاره نمود. سایت پرداخت اشتراک patreon نیز گزینه خوبی برای فایل‌های مینیاتور است.

مرجع: نشریه پانزدهم iPrint3D، 

http://www.iprint3d.ir/persian/images/magazine/iPrint-15-Final.pdf