صنعت پرینتر

 

چاپگرهای سه‌بعدی صرفاً نوآوری فناورانه تازه‌وارد نیستند. آنها به‌سرعت در حال تبدیل‌ شدن به یکی از پایه‌های اصلی اقتصاد آینده‌اند. این فناوری که امکان ساخت لایه‌به‌لایه اشیای پیچیده را فراهم می‌کند، مرزهای تولید را از نو تعریف کرده و افق‌های تازه‌ای پیش‌روی بشر گشوده است. در صنایع، چاپ‌های سه‌بعدی با کاهش هزینه‌ها و زمان، ساخت قطعات سبک و مقاوم را ممکن ساخته‌اند. در پزشکی، زمینه خلق پروتزها، ایمپلنت‌ها و حتی بافت‌های زیستی فراهم آمده است. در معماری، امکان ساخت سازه‌های بزرگ با سرعت و هزینه کمتر به واقعیت بدل شده است. سایر صنایع نیز راه را برای خلاقیت و خودکفایی هموار کرده‌اند. هرچند چالش‌هایی همانند هزینه مواد، سرعت چاپ و مسائل حقوقی همچنان وجود دارد، اما روند پیشرفت نشان می‌دهد در آینده‌ای نه‌چندان دور، چاپ‌های سه‌بعدی به یکی از ابزارهای جدایی‌ناپذیر خانه‌ها، صنایع و حتی نظام‌های درمانی بدل می‌شود. هدف این گزارش، ترسیم چشم‌انداز این صنعت در دهه‌های آینده و بررسی فرصت‌ها و چالش‌های آن است.

دیدگاه کلی

چاپ سه‌بعدی (3D Printing) یا تولید افزایشی  (Additive Manufacturing) که نخستین‌بار در داستان‌های علمی-تخیلی دهه 1950 توصیف شد، در دهه 1980 به شکل ابتدایی به واقعیت پیوست. اصول اصلی آن تا امروز هم تغییر نکرده است. یک شیء به‌صورت لایه‌به‌لایه ساخته می‌شود، به همین دلیل به آن «افزایشی» می‌گویند، چرا که از پایین (کم) به بالا (بیشتر) صورت می‌گیرد. تصور کنید سنگ‌های رسوبی با سرعت بسیار بیشتر شکل می‌گیرند. در واقع در این روش، شیء به‌صورت لایه‌به‌لایه ساخته می‌شود. برعکس تولید کاهشی که در آن محصول نهایی با تراشیدن یا بریدن از یک بلوک جامد شکل می‌گیرد. ابتدا، معماران، هنرمندان و طراحان محصول از این فناوری برای ساخت نمونه‌های اولیه و ماکت‌های طراحی بهره گرفتند. کاربردی که هنوز هم بخش بزرگی از استفاده‌های امروز را شامل می‌شود. این فناوری در زمینه نمونه‌سازی مزایای چشمگیری همچون سهولت در تکثیر محصول‌ها، کاهش هزینه‌ها و حفظ امنیت و محرمانگی طراحی‌ها دارد. بااین‌حال، نوآوری‌ها در صنعت چاپ سه‌بعدی، چشم‌انداز تولید و ساخت محصولات را دگرگون کرده‌اند. شرکت‌های پیشرو در این حوزه، فناوری‌های پیشرفته‌ای توسعه داده‌اند که امکان تولید طرح‌های پیچیده با رنگ‌های زنده و کیفیت بالا را فراهم می‌کنند. این پیشرفت‌ها فرصت‌های تازه‌ای در صنایع مختلف ازجمله سلامت، ساخت‌وساز و نمونه‌سازی ایجاد کرده‌اند. صنایعی که پیشتر محدودیت‌های فراوان داشتند. از اوایل دهه 2000، این فناوری به تولید محصول‌های کاربردی و واقعی رسید. نمونه‌های ملموس این تحول را می‌توان در پزشکی و دندانپزشکی، پوشاک و کفش، خودروسازی و هوافضا و حتی ساختمان‌سازی مشاهده کرد. برای مثال، سمعک‌های سفارشی با چاپ سه‌بعدی ساخته می‌شود و برندهای مشهور همانند آدیداس و نایکی از این فناوری برای تولید کفش‌ها و محصول‌های دیگر بهره می‌برند. بسیاری از هواپیماهای جدید و برخی خودروها دارای قطعات چاپ‌شده سه‌بعدی هستند. امروزه شرکت‌های بزرگ همانند بوئینگ و جنرال‌الکتریک آن را بخش جدایی‌ناپذیر از فرآیندهای تولید قرار داده‌اند. حتی در انگلستان پروژه‌ای در حال اجراست که شامل ساخت ۴۶ خانه با انتشار صفر کربن است. این خانه‌ها با بتن چاپ‌شده سه‌بعدی ساخته می‌شوند و پس از تکمیل، بزرگ‌ترین مجموعه ساختمانی چاپ‌شده در اروپا می‌شوند.

نوآوری‌ها نشان می‌دهند چاپ سه‌بعدی و فناوری‌های مرتبط، نه‌تنها فرآیند تولید را سریع، دقیق و کم‌هزینه کرده‌اند، بلکه امکان خلق محصول‌هایی را فراهم آورده‌اند که پیشتر حتی تصورشان نیز دشوار بود. همین ویژگی‌هاست که آن را به یکی از تحول‌های مهم صنعت در عصر حاضر تبدیل کرده است. جاستین کینسلا (Justin Kinsella)، معمار و بنیان‌گذار شرکت معماری هارکورت  (Harcourt) که 20 سال پیش پایه‌گذاری شده و حالا نخستین تجربه‌اش در زمینه ساخت‌وساز با چاپ سه‌بعدی را پشت سر می‌گذارد، می‌گوید: «برای یک فناوری نوظهور، اینکه از همان ابتدا بتواند از نظر هزینه با روش‌های سنتی رقابت کند، اتفاقی نادر و کم‌سابقه است. آنچه ما را هیجان‌زده می‌کند این است که مردم وقتی وارد ساختمان شوند، در را محکم ببندند و ببینند دیوار حتی ذره‌ای تکان نمی‌خورد. سقف سر جایش است و با فشار دادن کلید برق، چراغ‌ها روشن شوند. همین تجربه ساده کافی است مردم باور کنند و به نظرم واقعاً شگفت‌زده می‌شوند.»

چگونه کار کردن

برخلاف چاپ سنتی (دوبعدی: طول و عرض روی کاغذ)، چاپ سه‌بعدی، بُعد سوم یعنی ارتفاع /عمق را هم به فرآیند اضافه می‌کند. شما دیگر روی سطح صاف چاپ نمی‌کنید، بلکه جسم واقعی با طول، عرض و ارتفاع ساخته می‌شود. البته چاپ چهاربعدی هم وجود دارد. فرق این نوع چاپ آن است که بُعد چهارم؛ «زمان» در نظر گرفته می‌شود. یعنی قطعه‌ای که با فناوری چاپ سه‌بعدی ساخته می‌شود، به‌گونه‌ای طراحی و تولید می‌شود که در گذر زمان یا در شرایط خاص (مثل دما، رطوبت، نور، میدان مغناطیسی) تغییر شکل می‌دهد یا خودش را با محیط سازگار می‌کند. به‌طور مثال، موادی چاپ می‌شود که وقتی در آب قرار می‌گیرد، انعطاف‌پذیر است یا سازه‌ای است که در دمای خاصی جمع می‌شود و شکل جدیدی به خودش می‌گیرد. به همین دلیل، دانشمندان این نوع چاپ را چاپ چهاربعدی می‌نامند، چون بعدِ زمان و تغییرات وابسته به محیط هم به آن اضافه می‌شود.

چاپ سه‌بعدی مانند پرینتر معمولی عمل می‌کند، ولی به جای جوهر، از مواد (پلاستیک، فلز، سرامیک، رزین و حتی بافت زنده) استفاده می‌کند و آنها را لایه‌به‌لایه روی هم می‌گذارد و درنهایت جسم واقعی سه‌بعدی ساخته می‌شود. به‌طور مثال، فرض کنید می‌خواهید یک لیوان بسازید، در تولید سنتی باید قالب فلزی بسازید و مواد مذاب را داخل آن بریزید و بعد صبر کنید خنک شود. در چاپ سه‌بعدی، فایل دیجیتال لیوان را به پرینتر می‌دهید و پرینتر همان لیوان را بدون نیاز به قالب لایه‌به‌لایه می‌سازد.

برای ساخت یک شیء با استفاده از تولید افزایشی، ابتدا باید طراحی انجام شود. این طراحی معمولاً با کمک نرم‌افزارهای طراحی به کمک رایانه (CAD) صورت می‌گیرد یا از طریق اسکن سه‌بعدی شیئی که قرار است چاپ شود. سپس نرم‌افزار، این طرح را به چهارچوب لایه‌به‌لایه تبدیل می‌کند که دستگاه تولید افزایشی بتواند آن را دنبال کند. این دستور به چاپگر سه‌بعدی ارسال می‌شود و دستگاه بلافاصله شروع به ساخت شیء می‌کند. به تعبیر توماس رومر، استاد ارشد مدرسه مدیریت اسلون دانشگاه MIT «شما مستقیماً از فضای دیجیتال به دنیای فیزیکی وارد می‌شوید و این تغییر بزرگی است».

تولید افزایشی می‌تواند با مواد متنوعی از پلیمرها، فلزات و سرامیک‌ها گرفته تا فوم‌ها، ژل‌ها و حتی مواد زیستی ساخته شود. به گفته آرویند کالیدندی (Arvind Kalidindi)، دانشجوی دکترای مهندسی مواد در دانشگاه MIT، تقریباً می‌توان از هر چیزی استفاده کرد. کافی است راهی برای اتصال بخش‌های مختلف پیدا کنید، آن وقت می‌توانید آن را به‌صورت سه‌بعدی چاپ کنید.

فرآیند واقعی تولید افزایشی می‌تواند به روش‌های مختلف انجام شود که بسته به اندازه شیء، تکمیل آن از چند ساعت تا چند روز زمان می‌برد. یکی از روش‌های رایج استفاده از نازل برای قرار دادن لایه‌های متوالی ماده روی هم است که محصول نهایی شکل بگیرد. روش دیگر استفاده از پودرهای فلزی است که لایه‌به‌لایه ذوب و پودرهای اضافی از قطعه جدا می‌شود. یا با استفاده از یک پلیمر برای چسباندن لایه‌ها و سپس حرارت دادن در کوره که مواد به هم جوش بخورند و قطعه نهایی شکل بگیرد.

مزایای سه‌بعدی

تولید افزایشی مزایای چشمگیر دارد. در تولید سنتی، زنجیره تامین ممکن است ماه‌ها طول بکشد و سرمایه‌گذاری‌های عظیم نیاز داشته باشد که تنها با تولید در حجم بالا بازمی‌گردد. اما تولید افزایشی بسیاری از مراحل میانی زنجیره تامین را حذف می‌کند و سرعت رسیدن به قطعه منفرد را افزایش می‌دهد.

یکی دیگر از مزایا، امکان استفاده از مواد دارای درجه‌بندی عملکردی است. یعنی می‌توان داخل و بیرون قطعه را با مواد متفاوت ساخت. به‌عنوان مثال، می‌توان قطعه‌ای داشت که داخل آن رسانای برق باشد و بیرون آن مقاوم در برابر سایش. ساخت چنین قطعه‌ای با روش سنتی دشوار و پیچیده است.

تولید افزایشی همچنین امکان ایجاد هندسه‌های پیچیده و تولید در حجم‌های کوچک را فراهم می‌کند. با تولید سنتی، برخی قطعه‌های کوچک یا دارای زاویه‌های خاص، دشوار یا غیرممکن هستند، اما تولید افزایشی این محدودیت‌ها را از بین می‌برد و حتی می‌تواند وزن قطعه‌ها را کاهش دهد. امری حیاتی که در صنایع هوافضا و خودرو شکل می‌گیرد.

همچنین، کاهش هزینه‌های آماده‌سازی، امکان تولید مقادیر کم و شخصی‌سازی محصول‌هایی همانند پروتزها، ایمپلنت‌ها و سمعک‌ها را آسان می‌کند که نتیجه بهتری برای کاربران و بیماران فراهم می‌آورد. یکی از بزرگ‌ترین و فوری‌ترین مزیت‌های تولید افزایشی این است که فقط همان چیزی را چاپ می‌کنید که نیاز دارید. این در تضاد با روش‌های تولید سنتی است که به‌طور مثال یک تکه فلز بزرگ را می‌تراشند و بخش زیادی از آن یا به هدر می‌رود یا بازیافت می‌شود. آینده این فناوری بر تولید محصول‌های سفارشی و خاص استوار است. محصول‌هایی همچون ابزارهای پزشکی و دندانی یا قطعات جایگزین کم‌مصرف که در مقادیر اندک و با پیکربندی‌های منحصربه‌فرد سفارش داده می‌شود. از مهم‌ترین مزیت‌های دیگر چاپ سه‌بعدی آن است که شرکت‌ها می‌توانند بدون نیاز به نگهداری موجودی انبار، به‌سرعت و با هزینه مناسب قطعه‌های کمیاب را پرداخت کنند. ازآنجاکه کالاها تنها پس از ثبت سفارش و پرداخت هزینه تولید می‌شوند، این فناوری به طراحان امکان می‌دهد ایده‌های خلاقانه را به شکل کارآمد و اقتصادی وارد مرحله اجرا کنند.

مشکلات تولید

تولید افزایشی نیز با چالش‌های خاص همراه است. دستگاه‌های تولید افزایشی گران‌قیمت هستند و قیمت آنها گاه به صدها هزار دلار می‌رسد. تولید حجم‌های بزرگ با این روش زمان بیشتری نسبت به تولید سنتی دارد. بسیاری از قطعه‌های تولیدشده نیاز به پردازش پسینی دارد که لبه‌های زبر صاف شوند و کیفیت نهایی افزایش یابد. یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها، اطمینان از مطلوب بودن قطعه نهایی است. نوع فلز، خواص آن و فرآیند ساخت قطعه همه می‌توانند تاثیرگذار باشند. به‌عنوان مثال اگر پودرها به‌طور کامل به هم جوش نخورند، نقص‌هایی ایجاد می‌شود که باعث شکست قطعه می‌شود. بااین‌حال پذیرفتنی است که این فناوری نوظهور است و محققان و متخصصان از جنبه‌های مختلف به‌منظور کاهش احتمال نقص در قطعات نهایی روی آن در حال مطالعه‌اند. با اینکه تولید افزایشی، امکان ساخت هر نوع شکل و قطعه سه‌بعدی را فراهم کرده است، بااین‌حال، هر صنعتی نمی‌تواند این فناوری را به‌صورت مقرون‌به‌صرفه در فرآیندهای تجاری ادغام کند. یکی از موانع اصلی، همان‌طور که گفته شد، هزینه بالای تجهیزها و کمبود متخصصان در این حوزه است. البته هزینه نهایی به جنس ماده انتخابی بستگی دارد. پلاستیک به‌عنوان اقتصادی‌ترین گزینه بین مواد موجود در نظر گرفته می‌شود. همچنین زمان موردنیاز برای چاپ زیاد است. به‌عنوان مثال، چاپ یک قطعه 40 سانتی‌متری بیش از یک ساعت طول می‌کشد.

تولید سنتی

با وجود تمام مزایای تولید افزایشی، تولید سنتی همچنان جایگاهش را حفظ کرده است. در بسیاری موارد، به‌جز کاربردهای خاص، تولید سنتی به‌ویژه هنگام تولید محصول‌های دانه‌ریز سریع‌تر و کم‌هزینه‌تر است. هرچه اندازه لایه‌ها کوچک‌تر باشد، فرآیند تولید افزایشی کندتر می‌شود. اگرچه ساخت واحدهای اولیه با تولید افزایشی ارزان‌تر و سریع‌تر است، اما تولید همه واحدها به روش چاپ سه‌بعدی در طولانی‌مدت زمان بیشتری می‌برد. بااین‌حال، در شرایطی که حجم تولید کوچک و نیاز به عملکرد خاص بالا باشد، تولید افزایشی ارزشمند است. برای این منظور، استفاده از مدل ترکیبی تولید می‌تواند راهکار مناسبی باشد: محصول‌های اولیه با تولید افزایشی ساخته می‌شوند و پس از افزایش حجم تولید، تولید سنتی وارد عمل می‌شود. این روند می‌تواند تا زمان تقاضای بالا ادامه یابد و سپس برای جلوگیری از تولید بیش از حد و انبارداری اضافی، دوباره به تولید افزایشی بازگردد که تقاضا برآورده شود.

این کاربرد تولید افزایشی در انتهای عمر محصول حتی برای شرکت‌هایی که تاکنون از این فناوری استفاده نکرده‌اند، مفید است. برای مثال، شرکت‌های بزرگ می‌توانند چاپگرهای سه‌بعدی را در موقعیت‌های استراتژیک مستقر کنند که قطعه‌های جایگزین را بدون نیاز به نگهداری موجودی در آن مکان‌ها چاپ و تحویل دهد. همچنین تولید قطعه‌های کلاسیک خودروها با چاپ سه‌بعدی، هزینه‌ای به مراتب کمتر از تولید سنتی دارد درحالی‌که همچنان کیفیت و عملکرد قطعه حفظ می‌شود.

در مجموع فرق چاپ سه‌بعدی با تولید سنتی در چهار مورد «روش ساخت»، «سرعت و هزینه»، «پیچیدگی طراحی» و «مقیاس تولید» خلاصه می‌شود. در تولید سنتی، روش ساخت معمولاً با برداشتن (تراشیدن) یا ریختن در قالب انجام می‌شود. در چاپ سه‌بعدی، لایه‌ها روی هم اضافه می‌شود. تولید سنتی برای تولید انبوه به‌صرفه است، ولی برای نمونه‌سازی هزینه زیاد دارد چون باید فرآیند قالب‌سازی شکل گیرد. تولید سنتی محدودیت دارد. به‌طور مثال، ساختن قطعه‌ها خیلی پیچیده است. در چاپ سه‌بعدی اشکال بسیار پیچیده را می‌توان به‌راحتی طراحی کرد. تولید سنتی در مقیاس تولید انبوه به‌صرفه است اما چاپ سه‌بعدی برای نمونه‌سازی، سفارش‌های خاص یا قطعه‌های منحصربه‌فرد مناسب است. وقتی جسمی ساخته می‌شود، از نظر ظاهر و کاربرد می‌تواند مشابه محصول سنتی باشد (به‌طور مثال یک لیوان، یک قطعه هواپیما یا یک ایمپلنت پزشکی). فرق اصلی در مسیر تولید و انعطاف‌پذیری طراحی است.

افزایش تقاضا

چند صنعت وجود دارد که تولید افزایشی در آنها منطقی‌تر از تولید سنتی است که می‌توان به صنعت هوافضا، خودروهای مسابقه‌ای و پزشکی اشاره کرد. در این صنایع، عملکرد اهمیت بیشتری نسبت به قیمت دارد یا حجم‌های کوچک و شخصی‌سازی باعث می‌شود تولید افزایشی اقتصادی باشد. کارآفرینان نیز می‌توانند بدون هزینه‌های آماده‌سازی، قطعات و محصول‌هایشان را به‌سرعت تولید و آزمایش کنند و در صورت نیاز، اصلاحات را انجام دهند. حتی می‌توان از چاپگرهای سه‌بعدی شرکت‌های خدماتی همانند UPS  برای چاپ و آزمایش استفاده کرد. صنایع هوافضا و خودروسازی به‌دنبال تحقق اهداف فنی و اقتصادی متعدد ازجمله بهبود عملکرد عملیاتی، کاهش زمان تولید، سبک بودن قطعات، مدیریت هزینه‌ها و تامین تجهیزات حفاظتی ضروری هستند. برای پاسخ به این نیازها و جبران هزینه سوخت و کنترل مخارج، ساخت قطعه‌های سبک با استفاده از فناوری‌های پیشرفته مستقیماً به بهبود عملکرد فنی و اقتصادی کمک می‌کند و به شرکت‌های هواپیمایی امکان حمل بار بیشتر و افزایش درآمد را می‌دهد.

ماشین‌آلات تولید افزایشی، برخلاف روش‌های سنتی، قطعه‌ها را به‌صورت لایه‌به‌لایه تولید می‌کند و از مواد سبک همانند پلیمرهای پلاستیکی، پودر یا سیم استفاده می‌کند. صنایع هوافضا ازجمله بازارهایی است که قطعه‌هایش را با فناوری تولید افزایشی می‌سازد. قطعه‌ها سبک و قادر به تحمل شرایط جوی سخت هستند. با این فناوری کمتر به مواد و تولید لایه‌به‌لایه نیاز است و همین مسئله باعث کاهش وزن و ضایعه‌ها می‌شود که برای قطعه‌ها در صنعت هوافضا اهمیت بسیار دارد.

شرکت‌های مستقر نیز می‌توانند بررسی کنند آیا تولید افزایشی می‌تواند بخشی از مدل کسب‌وکارشان باشد یا خیر؟ شرکت‌هایی که محصول‌های تخصصی یا با هندسه پیچیده تولید می‌کنند، ممکن است با تولید افزایشی بتوانند کیفیت و عملکرد محصولاتشان را بهبود بخشند. برای مثال، شرکت آدیداس از تولید افزایشی برای ساخت کفی کفش‌ها استفاده می‌کند و این روش سرعتی را فراهم می‌کند که امکان شخصی‌سازی انبوه را نیز می‌دهد. البته کاربردهای دیگر تولید افزایشی به‌تدریج ظاهر شده‌اند. با کاهش هزینه‌ها و افزایش سرعت تولید، تولید افزایشی برای ساخت خانه‌ها و حتی غذا نیز آزمایش شده است.

چاپ غذا

حدود یک دهه پیش، ایده‌ای جالب و نوظهور توجه زیادی را به خودش جلب کرد: «چاپ سه‌بعدی غذا». در این تصور، صبح‌ها سر میز صبحانه با کروسان تازه چاپ‌شده روبه‌رو می‌شدیم یا کمی خمیر داخل دستگاه می‌گذاشتیم، چند دکمه را فشار می‌دادیم و پس از چند لحظه «پاستای خانگی» آماده سرو بود. این نوآوری نه‌تنها تجربه‌ای تازه و هیجان‌انگیز از آشپزی ارائه می‌داد، بلکه می‌توانست بخشی از راه‌حل یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های عصر ما باشد: هدر رفتن حدود یک‌سوم از کل مواد غذایی تولیدشده در جهان (چیزی در حدود 3 /1 میلیارد تن).

همین آمار الهام‌بخش، فن دولویر، طراح صنعتی 26ساله و فارغ‌التحصیل دانشگاه فناوری آیندهوون در هلند را به فکر فروبرد. او با نان، میوه و سبزی (پرکاربردترین مواد غذایی که در شمال اروپا سریع فاسد می‌شوند) آزمایش کرد تا ببیند آیا می‌توان با خشک‌ کردن و شکل‌دهی خلاقانه، جان دوباره‌ای به آنها بخشید یا خیر؟ تلاش‌های او در سال 2021 او را به دوره شش‌ماهه در آشپزخانه آزمایشی رستوران آلچمیست (Alchemist) در کپنهاگ رساند. رستورانی که اکنون در رتبه هجدهم فهرست 50 رستوران برتر جهان قرار دارد. در پایان دوره حضورش در رستوران آلچمیست، فن دولویر موفق شد غذای خلاقانه‌ای از چغندر و هویج تهیه کند. خوراکی‌ای که روی گلبرگ‌های چاپ‌شده سه‌بعدی از کیتوزان (قندی طبیعی که از پوسته سخت‌پوستان استخراج می‌شود) سرو می‌شد و با گل‌های خوراکی جلوه‌ای چشم‌نواز پیدا می‌کرد. این ترکیب ظاهری فوق‌العاده خیره‌کننده داشت و به گفته فن دولویر «انرژی و حس فوق‌العاده‌ای» منتقل می‌کرد. بااین‌حال به‌دلیل دشواری آماده‌سازی مداوم چنین ظرفی در هر سرویس، هنوز به منوی اصلی رستوران راه نیافته است. برای فن دولویر، که اکنون در آزمایشگاه غذایی یکی از بهترین رستوران‌های گیاهی جهان در هلند فعالیت می‌کند، تصور اینکه غذای چاپ‌شده سه‌بعدی به این زودی وارد جریان اصلی زندگی شود، چندان آسان نیست. او می‌گوید: «فکر می‌کنم این فناوری هنوز خیلی تخصصی است. تازه‌ترین روندی که در حوزه غذا و آشپزی خانگی می‌بینیم این است که مردم نمی‌خواهند وقت زیادی صرف کنند یا انرژی زیادی بگذارند. شاید روزی برسد که بتوانیم به‌سادگی با دستگاه چاپگر حرف بزنیم. به‌طور مثال همان لحظه که از خواب بیدار می‌شویم بگوییم: لطفاً صبحانه من را آماده کن! باید صبر کنیم و ببینیم، اما راستش من هنوز به آن باور ندارم.»

بااین‌حال به گفته ریچارد هیگ، چاپ سه‌بعدی در زمینه‌هایی مثل سفارشی‌سازی و طراحی سبک و پیچیده واقعاً موفق عمل می‌کند. او توضیح می‌دهد: «با این فناوری می‌توان هندسه‌هایی فوق‌العاده پیچیده ساخت که هیچ روش دیگری قادر به تولید آنها نیست.» نمونه بارز این پیشرفت را می‌توان در شرکت خودروسازی Czinger در لس‌آنجلس دید. این شرکت فعلاً تنها یک مدل عرضه کرده است. ابرخودرویی با سرعت نهایی 253 مایل بر ساعت، شتاب صفر تا 60 در کمتر از دو ثانیه و با قیمت دو میلیون دلار. هر چند استفاده از چاپ سه‌بعدی برای تولید برخی قطعه‌های خودرو (به‌ویژه نمونه‌های اولیه) موضوع جدیدی نیست، اما مدل این خودرو پا را فراتر گذاشته است. جک ریس، سردبیر مجله Top Gear درباره این خودرو نوشت: «این در واقع خودرو نیست، بلکه نمایش خیره‌کننده از توانایی‌های طراحی دیجیتال و چاپ سه‌بعدی است.» لوکاس زینگر، مدیرعامل این شرکت خودروسازی، توضیح می‌دهد قطعه‌های چاپ‌شده سه‌بعدی می‌توانند سبک‌تر، روان‌تر و حتی از نظر ساختاری مقاوم‌تر باشند. همین ویژگی‌ها باعث می‌شود خودروها کارایی بهتری در مصرف سوخت داشته باشند و آثار محیط زیستی کمتری برجای بگذارند. او پیش‌بینی می‌کند: «در پنج سال آینده این فناوری را روی اکثر خودروها خواهید دید و در 10 سال آینده، عملاً می‌بینید که بیشتر روش‌های سنتی همانند ریخته‌گری، اکستروژن و پرس فلز جای خودش را به چاپ سه‌بعدی داده‌اند. بنابراین، من کاملاً باور دارم که این آینده صنعت خودروسازی است.»

حتی اگر تاکنون تاثیری از آن احساس نکرده باشیم، چاپ سه‌بعدی به‌زودی همه جنبه‌های زندگی ما را تحت‌تاثیر قرار می‌دهد و شاید حتی زندگی ما را بهبود بخشد. شرکت آمریکایی stryker از این فناوری برای تولید ایمپلنت‌های پیچیده ارتوپدی استفاده می‌کند که بدون چاپ سه‌بعدی امکان‌پذیر نیست. در سال گذشته در آمریکا، گوش یک زن با ایمپلنتی از بافت زنده چاپ‌شده سه‌بعدی بازسازی شد و تابستان گذشته، در کنفرانسی در سن‌دیگو، داربست ریه انسانی ارائه شد. شاید پیچیده‌ترین جسمی که تاکنون با استفاده از چاپ سه‌بعدی یا همان تولید افزایشی ساخته شده است.

درآمد و روندها

بازار چاپ سه‌بعدی به‌سرعت در حال رشد است. بازار جهانی تولید افزایشی در سال 2023 میلادی، 99 /17 میلیارد دلار ارزش‌گذاری شده بود و پیش‌بینی می‌شود این رقم از 58 /21 میلیارد دلار در سال 2024 به حدود 16 /31 میلیارد دلار تا سال 2026 برسد و تقریباً سه برابر شود. همچنین پیش‌بینی می‌شود ارزش آن به 13 /110 میلیارد دلار تا سال 2033 افزایش یابد. نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) این بازار در دوره پیش‌بینی 2024 تا 2033 میلادی 85 /19 درصد است. بازار تولید افزایشی عمدتاً بر طراحی، توزیع و تولید پارچه، نخ، لباس و پوشاک متمرکز است. مواد اولیه مورد استفاده در این صنعت می‌تواند سرامیک، آلیاژها، فلز و پلاستیک باشد. شرکت‌های فعال در حوزه تولید افزایشی نقش قابل‌توجهی در اقتصاد کشورهای مختلف ایفا می‌کند.

بازار تولید افزایشی را می‌توان براساس نوع مواد، حوزه صنعتی و فناوری تقسیم‌بندی کرد. دسته‌بندی مواد شامل پلاستیک، سرامیک، فلزات و سایر موارد است که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خودش را دارد. فناوری‌هایی همانند مدل‌سازی با رسوب ذوب (FDM)، استریو لیتوگرافی (SLA) و سینتر لیزری انتخابی (SLS) نیازهای تولید متنوع را فراهم می‌کند. بخش‌های صنعتی شامل خودرو، هوافضا، محصولات مصرفی، سلامت، دفاع، دولت و دیگر حوزه‌ها هستند که نشان‌دهنده گسترده تولید افزایشی در بازار است.

دیدگاه منطقه‌ای

در سال ۲۰۲۳، آمریکای شمالی بر بازار جهانی تولید افزایشی (چاپ سه‌بعدی) تسلط داشت. ایالات‌متحده در این منطقه پیشتاز است، زیرا رشد فناوری‌های نوآورانه در آن با سرعت بالایی در حال گسترش است. بازارهای منطقه‌ای دیگر نیز سهم قابل‌توجهی دارند. اروپا پس از آمریکا در جایگاه مهمی قرار دارد و پس از آن، آسیا-اقیانوسیه، خاورمیانه و آفریقا و در نهایت آمریکای جنوبی در رده‌های بعدی قرار می‌گیرند.

بازار اروپا

بازار تولید افزایشی در اروپا شاهد رشد چشمگیر است. این رشد عمدتاً به دلیل پیشرفت‌های فناورانه و افزایش استفاده از این فناوری در صنایع مختلف از جمله هوافضا، خودروسازی، بهداشت و درمان و کالاهای مصرفی است. این منطقه از وجود پایگاه صنعتی قوی، نیروی کار ماهر و سرمایه‌گذاری‌های گسترده در حوزه تحقیق و توسعه بهره‌مند است. بازیگران اصلی این بازار به‌طور مستمر در حال نوآوری هستند که کارایی و قابلیت‌های فناوری‌های تولید افزایشی به‌ویژه چاپ سه‌بعدی را ارتقا دهند. همچنین سیاست‌های حمایتی دولت‌ها و طرح‌های تامین مالی برای ترویج تولید دیجیتال و صنعت، نقش مهمی در تقویت این بازار ایفا می‌کنند. علاوه بر این، حضور دانشگاه‌ها و موسسه‌های پژوهشی برجسته در اروپا موجب شکل‌گیری نوآوری و همکاری‌های علمی-صنعتی شده و به رشد بازار سرعت می‌بخشد. با این حال، چالش‌هایی همانند هزینه‌های اولیه بالا و نیاز به استانداردسازی در فرآیندها و مواد می‌تواند تا حدی مانع رشد این بازار شود. در مجموع، بازار تولید افزایشی اروپا با تکیه بر پیشرفت‌های فناورانه و سرمایه‌گذاری‌های استراتژیک، در مسیر گسترش پرقدرت قرار دارد.

آسیا-اقیانوسیه

پیش‌بینی می‌شود که منطقه آسیا-اقیانوسیه سریع‌ترین نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) را در دوره پیش‌بینی تجربه کند. دلیل این امر، رشد اقتصادهای نوظهور و جمعیت گسترده کشورهایی همانند هند و چین است که نیاز روزافزونی به خدمات پزشکی پیشرفته دارد. همچنین افزایش تقاضا برای چاپ سه‌بعدی دندانپزشکی، ناشی از رشد عمل‌های جایگزینی دندان، به توسعه بازار کمک می‌کند. علاوه بر آن، افزایش موارد ابتلا به آرتریت (التهاب مفصل‌ها) و رشد سریع مراکز درمانی و خدمات بهداشتی در این منطقه، محرک مهمی برای گسترش بازار تولید افزایشی در حوزه سلامت است.

فرصت‌های رشد

تولید افزایشی (چاپ سه‌بعدی) ظرفیت عظیمی برای متحول کردن چشم‌انداز تولید و نوآوری صنعتی دارد. این تحول از طریق فرآیندهای دیجیتال، تصویربرداری و ارتباطات ممکن می‌شود. تولید افزایشی به‌عنوان صنعتی نوظهور، با تقاضای بالا از سوی بخش‌های مختلف همانند خودروسازی، پزشکی، هوافضا، مد، الکترونیک و... روبه‌رو است. با توجه به تاثیر بالقوه این بخش بر اقتصاد کشورها، دولت‌های مختلف با برنامه‌ها و سیاست‌های متنوعی در حال حمایت و ترویج این صنعت هستند. یکی از حوزه‌های مهم، دیجیتالی شدن تصویربرداری پزشکی است که امکان بازآفرینی مدل‌های سه‌بعدی از آناتومی بیماران را فراهم می‌کند. مسیر تولید تجهیزات پزشکی سفارشی معمولاً با تصویربرداری یا ثبت ساختار بدن بیمار از طریق روش‌های اسکن سه‌بعدی آغاز می‌شود. داده‌های حاصل می‌تواند برای چاپ مدل‌های سه‌بعدی از اندام‌های بیمار یا برای ساخت تجهیزات و ایمپلنت‌های اختصاصی مورد استفاده قرار گیرد.