تجسم ایده ها با چاپگر سه بعدی!

امروزه شاخصه های رقابت در دنیای صنعت ، تفاوت چشمگیری با گذشته های نه چندان دور پیدا کرده است و این امر مرهون ظهور فناوری های جدیدی است که هرروزه به صنعت جهانی عرضه می شود.

کد خبر: ۱۵۰۷۱۸

تا چندی پیش رسیدن به فناوری تولید یک محصول و داشتن امکانات کافی برای تولید آن ، فرصتی برای ورود به دنیای صنعت محسوب می شد و اگر این محصول با کیفیت و کمیت مناسب نیز عرضه می شد، تولید آن متضمن سالها حضور موفق در عرصه فروش بود.
اما امروز تنها کسانی شانس ورود و بقا در دنیای صنعت را دارند که اولا همگام با ظهور فناوریهای نو حرکت کنند، ثانیا تولید خود را با استفاده از این فناوریها در کمترین زمان ، با پایین ترین هزینه ، بهترین کیفیت و بالاترین تیراژ به بازار مصرف عرضه کنند.

فناوری نمونه سازی سریع یکی از جدید ترین فناوری هایی است که به جرات می توان گفت : سهم عظیمی در دگرگونی صنعت جهانی داشته و خواهد داشت . این صنعت امروز جای خود را در تمامی صنایع از قبیل پزشکی ، هوافضا، خودروسازی ، جواهر سازی ، آرشیتکت و... باز کرده است و هر روز به موفقیتهای جدید تری نیز دست پیدا می کند. پژوهشگران دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی هم همگام با فناوری روز دنیا موفق به طراحی و ساخت دستگاه صنعتی نمونه سازی سریع شدند که قادراست در مدت زمان بسیار کوتاه و با هزینه پایین ، تصورات ذهنی یک طراح را به مدل فیزیکی قابل لمس تبدیل کند.نمونه سازی سریع (RP) فرآیندی برای ساخت مدل فیزیکی ، به صورت لایه لایه ، از روی مدل سه بعدی طراحی شده در محیطهای نرم افزاری (CAD) ، داده های خروجی از اسکنرهای ام.آر.آی و یا سی.تی اسکن و همچنین داده های حاصل از مهندسی معکوس است . یکی از عوامل استقبال روز افزون صنعت از فناوری نمونه سازی سریع ، این است که داشتن یک مدل سه بعدی قابل لمس از یک طرح آن هم ظرف چند ساعت با هزینه نسبتا پایین ، بسیاری از نگرانی های طراحان و به دنبال آن هزینه های اضافی ناشی از اشتباهات طراحی را از بین می برد. ارزیابی عملکرد، بازبینی ، تجسم ، مونتاژ، ابزارسازی ، ریخته گری و بازاریابی ، بیشترین موارد کاربرد مدلهای ساخته شده به این روش را به خود اختصاص می دهند.فرآیند ساخت به روش 3DP، با دریافت اطلاعات مربوط به مدل سه بعدی آغاز می شود. سپس این طرح سه بعدی ، از سوی نرم افزار دستگاه ، به لایه هایی با ضخامت های مساوی از (150 تا 25) میکرون ، تبدیل می شود.پس از آن برای ساخت هر یک از این لایه ها، ابتدا یک لایه پودر توسط سیستم لایه نشانی به روی صفحه ساخت دستگاه نشانده می شود و با حرکت یک هد حاوی مایع بایندر (سخت کننده پلیمری) ، بر روی لایه های پودر و پاشش بایندر در نقاط مورد نیاز، مقطع مربوط به مدل در آن لایه شکل گرفته و بصورت صلب در می آید. به این ترتیب با تکرار مراحل بالا برای لایه های بعدی ، تمامی لایه ها از پایین به بالا ساخته می شوند. در نهایت می توان قطعه ساخته شده را پس از زدودن پودرهای اضافی ، از مخزن ساخت خارج کرد.این دستگاه به وسیله استفاده از فناوری پیزوالکتریک ، برای اولین بار در دنیا، دارای دقت ابعادی ، صافی سطح و کیفیت رنگ بالاتری در قطعات نهایی نسبت به تنها نمونه مشابه خارجی خود است . همچنین برای افزایش دقت و کیفیت ، توانایی مکانیزم لایه نشانی دستگاه نیز تا حدود سه برابر افزایش یافته است . (حداقل ضخامت لایه ها، 0.025 میلیمتر). این دستگاه به عنوان پروژه کارشناسی ارشد حسام بقایری - فرید شیرازی .از دانشجویان رشته مکانیک ، گرایش ساخت و تولید، ظرف مدت زمان 2سال در دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ، ساخته شده است .به گفته مهندس حسام بقایری ، از مجریان این طرح ، در فرآیند نمونه سازی سریع ، قطعه مستقیما از مدل سه بعدی کد، بصورت لایه لایه ساخته می شود. بقایری می افزاید:روشهای مختلفی برای ساخت در فرایند نمونه سازی سریع وجود دارند مانند SLA SLS، FDM، LOM، 3DP و... که تفاوت آنها در نحوه لایه نشانی و جنس موادی است که در ساخت قطعه به کار می گیرند. از این رو نتیجه هر روش دارای ویژگیهای خاص خود است که کاربردهای آن روش را از دیگر روشها متمایز می سازد.

تجسم بخشیدن به ایده ها

معنی لغوی Rapid Prototyping ، نمونه سازی سریع است ، ولی پیشرفت این فناوری از مرزهای تولید نمونه و مدل فراتر رفته است ، تا جایی که امروز می توان در عرض چند ساعت فقط با داشتن یک مدل سه بعدی کد، قطعه نهایی مورد نظر را مستقیما از ماشین نمونه سازی سریع دریافت کرد (تولید سریع) و یا حتی قالب قطعه مورد نظر را برای ریخته گری و یا تولید در تیراژ نسبتا پایین به شکل مستقیم از ماشین تحویل گرفت (قالبسازی سریع ، روش مستقیم).

همگام با دنیا

به گفته بقایری ، فرآیند نمونه سازی سریع ، روشهای متفاوتی دارد. یکی از این روشها، روش پرینت سه بعدی 3DP است . در این روش ، مواد اولیه بصورت پودر و بایندرهستندو عملیات لایه نشانی در واقع با چسباندن پودر با بایندر انجام می شود.از آنجا که این روش نسبت به سایر روشها دارای سرعت بالاتر و هزینه پایین تری است و همچنین امکان ساخت قطعات رنگی نیز در آن وجود دارد، با وجود جدید بودن بسرعت توانسته خود را به صنعتگران مختلف دنیا معرفی کند و مورد استفاده قرار بگیرد.

نمونه سازی سریع

عمر صنعت نمونه سازی سریع در کشورمان ، ایران ، بسیار کوتاه است و این صنعت هنوز آن چنان که شایسته است جای خود را در صنایع کشور باز نکرده است البته دلایل زیادی برای مقاومت صنایع ما در برابر فناوری نمونه سازی سریع وجود دارند که مهمترین آنها عبارتند از:آشنا نبودن صنایع و صنعتگران ما با نمونه سازی سریع و مزایای آن وهزینه اولیه نسبتا بالای تهیه ماشینهای نمونه سازی سریع . ولی به عقیده بقایری اگر بخواهیم صنعت کشورمان همگام با صنعت جهانی پیش برود، اولا باید از طریق کنفرانسها، کارگاهای آموزشی و... این فناوری را به صنعتگران کشورمان معرفی کنیم ، ثانیا شرایطی فراهم کنیم که تحقیقات ما درخصوص نمونه سازی سریع از مرز کارهای تئوری بگذرد و به سمت پروژه های عملی مانند ابداع روشهای جدید در این زمینه و حتی ساخت این نوع ماشین ها در کشورمان حرکت کند. بقایری می افزاید:اهداف این پروژه نیز بر اساس همین موارد یاد شده ، شکل گرفته است . تیم کاری این پروژه سعی داشت تا با تحقیق در مورد روش 3DP ساخت یک دستگاه ماشین 3DP به صورت نیمه صنعتی و بهبود برخی از پارامترهای ساخت در دستگاههای 3DP موجود، مانند دقت ابعادی ، صافی سطح و کیفیت رنگ قطعات ساخته شده ، شرایطی فراهم کند که افق جدیدی از صنعت نمونه سازی سریع در کشور ایجاد شود و عرصه برای انجام تستها و پروژه های عملی و کاربردی در این زمینه بازتر شود و بیگانگی جامعه دانشگاهی و صنعت ما با این فناوری تا حدودی کاهش یابد. امید است که رسیدن به فناوری ساخت این دستگاه در کشور، شروعی برای تحقیقات و تلاشهای گسترده تر در این راه باشد. درکل بزرگترین هدفی که در انجام این پروژه پیگیری می شد، بومی کردن فناوری ساخت دستگاه های نمونه سازی سریع در کشور بود، که این مهم برای اولین بار در کشور با ساخت دستگاه 3DPدر دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی محقق شد. استفاده از فناوری پیزوالکتریک برای هد پاشش این دستگاه برای اولین بار در دنیا، توسط تیم دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی صورت گرفته است . استفاده از این نوع هد در این دستگاه مزایای مختلفی را در بردارد.به عنوان مثال به واسطه مستقل بودن عملکرد این نوع هد از حرارت ، محدوده مواد قابل پاشش با این دستگاه از مواد پایه آب فراتر رفته و هر مایعی که دارای مشخصات ویسکوزیته نیوتنی کمتر از 40 و کشش سطحی بالاتر از 20 باشد ، امکان پاشش و یا تزریق به وسیله هد این دستگاه را خواهد داشت .همچنین دقت و کیفیت ساخت هر لایه و در نهایت قطعه به طور قابل ملاحظه ای افزایش پیدا کرده است . هد مورد استفاده در این دستگاه برای ساخت لایه های رنگی ، از ترکیب شش رنگ متفاوت بهره می برد، بدین جهت کیفیت رنگ بالاتری را نیز نسبت به نمونه مشابه که در بالا ترین مدل خود از 4 رنگ استفاده می کند، ارائه می دهد، عمر این نوع هد به واسطه نحوه عملکردش ، چندین برابر هدهای حرارتی است (مقدار دقیق عمر مفید آن بشدت به شرایط استفاده بستگی دارد). از اینرو یکی از بزرگ ترین مشکلات دستگاه های مشابه که تعویض پی درپی هد است را برطرف کرده است . درضمن سیستم لایه نشانی که برای این دستگاه طراحی و ساخته شد ، توانایی نشاندن لایه هایی با ضخامت (25-150) میکرون را داراست . این در حالی است که کمترین ضخامت لایه که به وسیله نمونه مشابه موجود قابل ساخت است ، 75 میکرون است. درواقع هر چه ضخامت لایه ها کمتر باشد ، کیفیت و صافی سطح قطعات ساخته شده بالاتر می رود.