مدل سازی یکی از مراحل کلیدی در تولید افزودنی است، به خصوص زمانی که صحبت از ساخت قطعات پیچیده می شود. در حوزه‌ی پرینت سه بعدی، تعدادی برنامه CAD وجود دارد. با رشد و توسعه‌ی بازار این تکنولوژی، فعالین این حوزه نیازمند کاهش زمان تولید و در عین حال افزایش کاربری، کیفیت و صرفه جویی در مواد هستند. اما چگونه می توان محصولات پرینت سه بعدی را سریعتر تولید کرد؟ پاسخ ساده است: افزایش تعداد قطعات تولید شده در یک مرتبه چاپ. اینجاست که نرم افزارهای لانه‌سازی (Nesting) برای بهینه سازی این مرحله از فرآیند چاپ سه بعدی وارد کار می شود.
نرم افزار لانه‌سازی نقش نسبتاً ساده ای دارد. برای دستیابی به صرفه جویی حداکثری در مواد و زمان تولید یک قطعه استفاده می شود. در واقع، این نرم افزار به خودی خود یک نرم افزار CAD در نظر گرفته نمی شود، زیرا که امکان طراحی مدل در آن وجود ندارد. در عوض، نقش آن بهینه سازی چیدمان قطعات روی بستر چاپ برای دستیابی به حداکثر تعداد قطعه‌ی چاپ شده در یک نوبت است. چه به صورت خودکار و چه دستی، لانه‌سازی سه بعدی فایل‌های سه بعدی را مرتب می‌کند و آنها را به شیوه‌ای سازماندهی می‌کند تا از فضای داخل یک چاپگر سه‌بعدی به بهترین نحو و بدون تداخل استفاده کند.
نگاره ۲) چیدمان قطعات به گونه‌ایست که باعث استفاده‌ی بهینه از فضا شده است.
با این حال، استفاده ناکارآمد از این نرم‌افزار می تواند منجر به خطاهای چاپی و هدر رفتن مواد شود. بنابراین، نرم افزار لانه‌سازی در چاپ سه بعدی مانند بازی ویدیویی Tetris است، که هدف آن، قرار دادن هر بلوک در یک مربع به خصوص است تا فضای روی صفحه بازی بهینه شود. اکنون به طور فزاینده ای در راه حل های CAD به عنوان یک گزینه طراحی اضافی در دسترس است. برخی از راه حل های موجود در بازار عبارتند از Sculpteo’s Fabpilot، CoreTechnologie’s 4D_Additive و Autodesk’s Fusion 360 و Inventor Nesting. اکثر راه حل های لانه‌سازی، اکستنشن هایی برای نرم افزار CAD هستند.
این روش تقریباً با تمام فناوری های چاپ سه بعدی کار می کند. با این حال، توجه به این نکته مهم است که لانه‌سازی سه بعدی برای فرآیندهایی که از پودر استفاده می کنند و به ساختارهای پشتیبانی نیاز ندارند مفیدتر است. بنابراین، پرینترهای سه بعدی که از راه حل های PBF مانند DMLS، SLS یا Multi Jet Fusion بهره می برند، برای استفاده از این برنامه مناسب تر خواهند بود. Sintratec، سازنده پرینترهای سه بعدی SLS، مزایای این نرم افزار را با چاپگر سه بعدی خود تایید کرده است. در واقع، طبق گفته Sintratec، لانه سازی باعث صرفه جویی 800 ساعت در تولید قطعه، 47 کیلوگرم پودر و 50 ساعت کار دستی در 100 قطعه چاپی این شرکت شد. هدف این تکنیک افزایش بهره وری شرکت ها در بازار پرینت سه بعدی و در عین حال صرفه جویی در مصرف مواد است. بایندر جتینگ فناوری دیگری است که برای لانه سازی استفاده می شود. با این حال، فرآیند PBF ترجیح داده می شود.
نگاره ۳) لانه‌سازی با تکنیک های پودری بهترین نتیجه را به دست می‌دهد
تمام مواد مورد استفاده در این تکنیک های چاپ سه بعدی را می توان با نرم افزار تودرتو مورد استفاده قرار داد. بنابراین می توان از روش تودرتو سه بعدی با فلز، نایلون، PEEK، پلی پروپیلن یا رزین استفاده کرد. برای فناوری هایی مانند DLP و MSLA نیز می توان از تودرتو سه بعدی استفاده کرد. با این حال، تودرتو باعث صرفه جویی در مواد نمی شود، بلکه صرفه جویی قابل توجهی در زمان ایجاد قطعات می کند. به طور منطقی، تودرتو در پرینت سه بعدی با انواع پرینترهای سه بعدی سازگار است. با این حال، اکثریت قریب به اتفاق نرم افزارها به دلیل حجم تولید بیشتر، روی ماشین های حرفه ای و صنعتی استفاده خواهند شد. تودرتو برای چاپ سه بعدی می تواند در صنایع خودروسازی، پزشکی و هوافضا نیز استفاده شود. در واقع، تودرتو می‌تواند به تمام بخش‌هایی که فناوری‌های چاپ سه بعدی قادر به لمس آنها هستند، رسیدگی کند. علاوه بر این، بسته به نیاز مشتری، قطعات تودرتو لزوماً همه یکسان نیستند. آنها می توانند از اشکال و اندازه های مختلف باشند.
اشتباهاتی که باید با نرم افزار لانه‌سازی پرینت سه بعدی از آنها اجتناب کنید
هنگام استفاده از این نرم افزار، باید به نکات مهمی توجه کرد تا از خطاهای چاپ جلوگیری شود. اول از همه، در تودرتوی خودکار یا دستی، مهم است که حداقل یک شکاف 1.5 میلی متری بین تمام اجزای فایل سه بعدی خود با تکنیک های SLS و یک شکاف 5 میلی متری با فرآیندهای MJF در نظر بگیرید. گرمای تولید شده توسط پرینترهای سه بعدی از یکی شدن قطعات در طول فرآیند چاپ جلوگیری می کند. از سوی دیگر، مشکلی است که آن را تحت عنوان حلقه های به هم پیوسته می‌شناسیم. این مشکل زمانی ایجاد می‌شود که نرم‌افزار به ساختار دو بخش حلقه‌شکل مستقل احترام نمی‌گذارد و عناصر به هم متقاطع یا متصل می‌شوند و دو قطعه عملا بی فایده می شوند. خطای سوم، چاپ یک قطعه‌ی کوچک در فضای باز یک قطعه‌ی بزرگتر است که خارج کردن آن را غیرممکن می کند. بنابراین کاربر باید یک دهانه کوچک برای تسهیل خروج دو قطعه ایجاد کند. با این حال، حتی اگر از این خطاها اجتناب شود، فرآیند لانه‌سازی نباید دستخوش تغییرات اساسی شود تا از خطر پیچ خوردگی جلوگیری شود. این پدیده پرینت سه بعدی زمانی رخ می دهد که لایه های چاپی به درستی به هم نچسبند و در نتیجه لبه های منحنی یا لایه های نامرتب ایجاد شود.