تجهیزات نمونه سازی سریع

در توسعه محصولات صنعتی، بزرگ‌ترین ریسک قبل از تولید انبوه، تصمیم‌گیری بر اساس فرضیات طراحی است. خطا در این مرحله می‌تواند منجر به افزایش هزینه، تأخیر در پروژه یا حتی شکست محصول شود. نمونه‌سازی سریع (Rapid Prototyping) به شرکت‌ها این امکان را می‌دهد که طراحی را قبل از ورود به فاز تولید واقعی، به‌صورت فیزیکی بررسی، تست و اصلاح کنند و ریسک‌های فنی و اقتصادی را به حداقل برسانند.

در این مطلب بررسی می‌کنیم:

• نمونه‌سازی سریع چیست و چه مشکلی را در توسعه محصول حل می‌کند
• مراحل اجرایی Rapid Prototyping در پروژه‌های صنعتی
• مزایا و محدودیت‌ها از دیدگاه تولید و هزینه
• کاربردهای کلیدی در صنایع مختلف
• تفاوت نمونه‌سازی سریع با تولید نهایی و چاپ سه‌بعدی صرف

نمایش تمام سازندگان تجهیزات نمونه سازی سریع

تجهیزات نمونه سازی سریع اغلب بخشی از یک فرآیند توسعه به نام تولید به کمک رایانه (CAM) است که در آن مدل های سه بعدی از نقشه های طراحی به کمک رایانه (CAD) ایجاد می شوند. تجهیزات نمونه سازی سریع داده های CAD را می خوانند و بر اساس این اطلاعات یک شی مجسمه ای ایجاد می کنند.

انواع تجهیزات نمونه سازی سریع

تجهیزات نمونه سازی سریع می توانند از انواع فناوری های چاپ سه بعدی برای شکل دادن به اشیاء، مانند موارد ذکر شده در زیر، استفاده کنند.

  تکنیک‌های اکستروژن شامل مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM) و Robocasting یا نوشتن جوهر مستقیم (DIW) است.

 مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM) شامل گرم کردن رشته‌های ماده‌ای مانند ترموپلاستیک و توزیع آن از یک نازل برای تشکیل لایه‌هایی از جسم نهایی است. این ماده بلافاصله پس از اکستروژن سخت می شود. تکنیک‌های FDM می‌توانند بی‌صدا و قابل اعتماد باشند، اگرچه این فرآیند اغلب برای برخی از هندسه‌های شیء بسیار کند است.

Robocasting یا نوشتن مستقیم جوهر (DIW) شبیه FDM است، زیرا یک ماده از یک نازل برای تشکیل لایه‌ها توزیع می‌شود، اما متمایز از این است که "جوهر" اغلب یک دوغاب سرامیکی است که برای رسیدن به آن نیاز به انجام فرآیند تف جوشی دارد. استحکام مکانیکی   

تکنیک های پلیمریزاسیون نور شامل استریولیتوگرافی (SLA) و پردازش نور دیجیتال (DLP) است.

استریولیتوگرافی (SLA) شامل ساخت لایه‌های جسم با متمرکز کردن لیزر فرابنفش بر روی حجمی از رزین فوتوپلیمر در الگوی مورد نظر است و به دلیل حساسیت به نور رزین را جامد می‌کند. SLA دقت بالا و پرداخت سطح عالی را در محصول نهایی فراهم می کند.

پردازش نور دیجیتال (DLP) با SLA متفاوت است زیرا منبع نور یک لامپ معمولی تر از لیزر است. نور از یک دستگاه آینه قابل تغییر شکل (DMD) یا از طریق یک پانل کریستال مایع منعکس می شود تا فتوپلیمر از زیر نمایان شود. DLP به حجم کمتری از فتوپلیمر نسبت به SLA نیاز دارد و پتانسیل تولید سریعتر را دارد زیرا کل لایه به یکباره در معرض دید قرار می گیرد.   

تکنیک های بستر پودری شامل پرینت سه بعدی بستر پودری و سر جوهر افشان (3DP)، ذوب با پرتو الکترونی (EBM)، ذوب لیزری انتخابی (SLM)، تف جوشی انتخابی با حرارت (SHS)، تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) و تف جوشی لیزری مستقیم فلزات. DMLS).

تکنیک های تف جوشی لیزری از نظر مفهومی مشابه روش های استریولیتوگرافی است. لیزر بر روی بستری از مواد پودری متمرکز شده و پودر را در الگوی مورد نظر یک لایه در یک زمان ذوب می کند. تف جوشی لیزری خواص مواد مفید برای کاربردهای مهندسی واقعی را فراهم می کند، اگرچه تجهیزات مورد نیاز معمولاً پیچیده و پرهزینه است.

تکنیک های لمینیت شامل ساخت اشیای چند لایه (LOM) و لایه گذاری رسوب انتخابی (SDL) است.

ساخت اشیای چند لایه (LOM) شامل بریدن مقاطع عرضی شی مورد نظر از یک ماده شبکه مانند کاغذ و لایه‌بندی هر بخش با پوشش پلاستیکی در بین آن است که به عنوان یک عامل اتصال عمل می‌کند.

لایه‌گذاری انتخابی رسوب‌گذاری (SDL) شبیه به روش LOM است، اما شامل رسوب دقیق چسب در تراکم‌های بالاتر در مناطقی است که تبدیل به قطعه می‌شود، و چگالی‌های بسیار کمتر در مناطقی که فقط به عنوان تکیه‌گاه عمل می‌کنند. این امکان حذف سریع مواد نگهدارنده را پس از تکمیل قطعه فراهم می کند.   

ساخت آزاد پرتو الکترونی (EBF) از یک پرتو الکترونی برای ذوب یک سیم فلزی و رسوب مواد روی یک بستر فلزی استفاده می‌کند که بلافاصله جامد می‌شود. این تکنیک با ایجاد اشیایی که بسیار نزدیک به شکل نهایی مطلوب هستند، نیاز به پرداخت سطح را کاهش می دهد.

محدودیت‌های نمونه‌سازی سریع

• عدم تطابق کامل با تولید انبوه: خواص مکانیکی نمونه‌ها همیشه نماینده قطعه نهایی نیستند
• محدودیت مواد: همه مواد تولید انبوه در Rapid Prototyping در دسترس نیستند
• هزینه در تیراژ بالا: برای تولید تعداد زیاد، مقرون‌به‌صرفه نیست
• نیاز به تفسیر مهندسی نتایج تست: نتایج باید توسط تیم فنی تحلیل شود، نه صرفاً مشاهده ظاهری

سوال بیشتر و تخصصی‌تری دارید؟ با هوش مصنوعی تکصان گفتگو کنید و سوالتان را مطرح کنید

جمع‌بندی

نمونه‌سازی سریع یک ابزار تولیدی نیست، بلکه ابزار تصمیم‌گیری مهندسی است. این روش برای شرکت‌هایی که در مرحله طراحی، توسعه محصول یا اعتبارسنجی فنی قرار دارند، امکان کاهش ریسک، صرفه‌جویی در زمان و بهبود کیفیت نهایی را فراهم می‌کند. Rapid Prototyping زمانی بیشترین ارزش را ایجاد می‌کند که به‌درستی در جای خود استفاده شود؛ پیش از تولید انبوه، نه به‌عنوان جایگزین آن.

منبع: globalspec