نمونه سازی سریع

روشهای نمونه سازی سریع از جدیدترین روش های ساخت و تولید قطعات هستند که در آنها قطعه به صورت لایه لایه و در زمانی کوتاه ساخته می شود. فرآیندهای نمونه سازی سریع زیرمجموعه ی روش های ساخت افزایشی است. پرینترهای سه بعدی جدید ترین و مدرن ترین دستگاه های پیاده سازی نمونه سازی سریع یا به عبارت دیگر Rapid Prototyping هستند .

در عبارت نمونه سازی سریع ، واژه ی “  نمونه سازی ” ، بدین معناست که از این روش تولید صرفا به حهت ایجاد نمونه است .. هر چند با پیشرفت فن آوری این فرآیندها به طور فزاینده ای، قابلیت کاربرد در تولید انبوه را نیز پیدا می کنند و در مسیر جایگزین شدن به جای روش های تولیدی سنتی همچون قالب سازی هستند .

 

 

اما واژه ی ” سریع ” به این علت به این فرآیندها اطلاق می شود که این فرآیندها، بسیار سریع تر از روش های سنتی ساخت و تولید انجام می پذیرند. در این روش، ساخت یک قطعه ی تک ممکن است تنها چند ساعت و یا حداکثر چند روز ( با توجه به اندازه قطعه و فرآیند ) زمان بگیرد. در حالی که فرآیندهایی که به تجهیزات خاص نیاز دارند، مثلا قالب که باید طراحی و ساخته شود، ممکن است هفته ها طول بکشد.هرچند فرآیندهایی همچون ماشین کاری، زمان ساخت قابل رقابت تری دارند، اما در مورد قطعات پیچیده ، در این فرآیند ها زمان به طور قابل توجهی افزایش می یابد. تنوع استفاده از مواد گوناگون و اختیار عمل بیشتر در نوع طراحی از دیگر دلایل مناسب برای تولید به این روش هستند .

اصول فرآیندهای نمونه سازی سریع

روش های متفاوت و متنوعی برای انجام فرآیند افزایشی وجود دارد. چندین روش دیگر نیز در  این زمینه درحال توسعه اند. هرروش ممکن است مواد و تکنیک متفاوتی برای ساخت لایه های قطعه داشته باشد. اما همه ی این روش ها مراحل مشخص و یکسانی را پیروی می کنند، که در زیر فهرست شده است:

۱)   ساخت مدل CAD 

در همه ی فرآیندهای افزایشی  در اولین مرحله طراح می بایست با استفاده از نرم افزارهای CAD ( طراحی به کمک کامپیوتر ), همچون نرم افزاری طراحی سه بعدی همچون CATIA ، SOLIDWORKS ، Inventor و این قبیل نرم افزارها  یک مدل سه بعدی طراحی شود .

 

۲)   تبدیل مدل CAD  به فرمت STL 

هرکدام از نرم افزارهای CAD ,  مدل سه بعدی طراحی شده را به فرمت های مختلف ذخیره می کنند. امروزه فرمت STL که در ابتدا برای فرآیند استریولیتوگرافی تعریف شده بود ،  به عنوان فرمت استانداردفایل ها در فرآیندهای افزایشی پذیرفته شده است و تمامی دستگاه های ساخت نمونه سریع این فرمت را پشتیبانی می کنند و مدل نهایی به این فرمت تبدیل میشود . در این فرمت, سطوح مدل با مثلث هایی تقریب می خورد. و هر کدام از این مثلث ها توسط مختصات سه راس و یک بردار نرمال مشخص می گردد.

۳)   برش مدل STL به چندین لایه 

کاربر با استفاده از نرم افزارهای مخصوص, فایل STL را برای ساخت آماده می کند. جهت یابی و تعیین جهت در ساخت قطعه, یکی از مهم ترین پارامترهای تاثیر گذار بر زمان ساخت، کیفیت سطح، و دقت ابعادی قطعه است.به همین دلیل قبل از لایه بندی مدل، می باست جهت بهینه ی ساخت قطعه تعیین گردد. پس از تعیین جهت، نرم افزار مدل STL را به لایه های بسیار نازک در صفحه X-Y برش می دهد. هر لایه روی لایه ی قبلی ساخته خواهد شد و در راستای محور Z روی هم قرار خواهند گرفت.

۴)   ساخت لایه به لایه قطعه

  دستگاه با ساخت هر لایه ی قطعه و قراردادن آن روی لایه ی ساخته شده قبلی، قطعه را لایه به لایه می سازد.  با توجه به نوع فرآیند افزایشی، روش ساخت هر لایه و همچنین ماده مورد استفاده برای ساخت ،متفاوت است. فرآیندهای افزایشی، بسته به روش انجام فرآیند، میتوانند قطعاتی از کاغذ، پلیمرها، پودر های فلزی یا کامپوزیت های فلزی تولید کنند.

۵)   پس پردازش قطعه‌

پس از ساخت، قطعه و ساپورت ها از روی ماشین برداشته می شوند. به منظور افزایش دقت ابعادی، صافی سطح مدل و یا دستیابی به ویژگی های مکانیکی و فیزیکی بهتر قطعه، عملیات پس پردازش روی قطعه انجام می شود. از عملیات های پس پردازش می توان فرآیندهای ماشینکاری، سند بلاست و انعقاد مجدد اشاره نمود. نوع و میزان عملیات پس پردازش، به نحوه ی تولید و کاربرد قطعه بستگی دارد.

انواع روش های Rapid Prototyping :

  • SLA

این روش از اولین روشهای نمونه سازی و یکی از متدول ترین روش های تولید سریع است. در این سیستم، ساخت از پایین ترین لایه مدل آغاز می گردد. در این روش لایه ها از تابش اشعه (گاما) بر روی سطحی از رزین مایع حساس به نور تشکیل می شوند. پس از ساخت لایه اول، پلتفرم به اندازه ضخامت لایه پایین می رود و تیغه پوشش دهنده سطح مایع را هماهنگ و ضخامت آن را به طور یکسان تنظیم می کند. با تابش اشعه لیزربه رزین مایع لایه دوم نیز جامد شده و به لایه اول متصل می شود. بقیه لایه ها نیز به همین ترتیب ایجاد می شود تا قطعه تکمیل گردد. پس از اتمام ساخت قطعه با دقت از روی پلتفرم برداشته شده و رزین مایع روی سطح آن توسط یک حلال مناسب شسته می شود. پس از این کار عملیات پخت نهایی(جامد سازی) در یک کوره روی مدل یا قطعه انجام می شود. موادی که در این روش برای ساخت مدل ها به کار می روند، دامنه وسیعی از پلیمرهای حساس به نور از قبیل پلیمرهای شفاف، ضدآب و رزین های نرم می باشند.

 

فرآیند SLA

مزایای استفاده از روش SLA

  • ایجاد بالاترین کیفیت سطح
  • سرویس دهی خوب به کاربر
  • دارای حجم های ساخت متفاوت
  • دقت بالای تولید
  • دامنه وسیع مواد

معایب استفاده از روش SLA

  • نیاز به پخت نهایی برای جامد شدن کامل
  • نیاز به پردازش مثل جدا کردن تکیه گاه و مواد زائد از قطعه
  • زمانبر بودن فرآیند

کاربرد ها 

  • ساخت مدل و نمونه برای ارزیابی، طراحی و آنالیز
  • تولید قطعات برای ساخت قالب و قالب سازی با تعداد تولید کم
  • ساخت الگو برای ریخته گری دقیق و ماسه ای

 

  • SLS

در این فرایند ذرات پودر متناظر با مقطع قطعه به وسیله پرتو های لیزر در محل ذوب شده و مطابق با طرح روی سطح به هم جوش می خورند و مواد مذاب جامد شده یک لایه جامد را تشکیل می دهد. سیلندر حاوی قطعه مطابق با طرح پایین می آید و پودر برای لایه بعدی توسط حرکت غلتک روی سطح کار قرار می گیرد و دوباره عملیات قبل انجام می شود و این کار ادامه می یابد تا قطعه تکمیل شود.

فرآیند SLS

مزایای استفاده روش SLS

  • سریع بودن بودن این روش
  • دقت بالای تولید
  • کیفیت مناسب این قطعات

معایب استفاده از روش SLS

  • کم بودن تیتراژ

کاربرد ها

  • تولید مدل های تجسمی
  • قطعات کاربردی
  • ریخته گری دقیق و قالب های فلزی برای تیراژ پایین

LOM

در این روش یک پرتوی لیزر(مثل برش چاقو) برای بریدن طرحی که روی هر یک از لایه ها در نظر گرفته شده است استفاده می شود. پس از برش یک لایه پلتفرم به سمت پایین حرکت می کند و غلتک کاغذ حرکت می کند و لایه جدید را آماده می کند و مجدد پلتفرم بالا می رود تا با سطح لایه بعد مماس شود و به همین ترتیب این عملیات تا پایان یافتن ایجاد قطعه ادامه می یابد.

مزایای استفاده از روش LOM

  • گستره وسیع مواد مثل کاغذ، پلاستیک ها، فلزات، کامپوزیت ها و سرامیک ها
  • زمان سریع ساخت مناسب برای قطعات بزرگ مناسب
  • عدم نیاز به تکیه گاه
  • قطعه ساخته شده عاری از هرگونه تنش و دیگر تغییر شکل ها است. بنابراین به پخت نهایی نیاز ندارد.

معایب استفاده از روش LOM

  • نیاز به  اپراتور ماهر برای تنظیم دقیق دستگاه
  • یکپارچگی نمونه توسط چسب و حرارت
  • وقت گیر بودن جدا کردن مواد اضافی

کاربرد ها

  • ساخت مدل برای آنالیز، تست و آزمایش
  • ساخت مدل های دقیق به عنوان الگو یا قالب برای انواع ریخته گری ها
  • قالب سازی سریع

 

  • فرآیند FDM

این روش شبیه فرایند اکستروژن است. در این فرایند رشته قابل ارتجاع (از مواد ترموپلاست) گداخته شده از داخل نازل گرم شده بیرون می آید و روی قطعه به صورت طرحی که به آن داده شده به صورت لایه لایه می نشیند و این لایه ها ادامه پیدا می کنند تا قطعه مورد نظر ساخته شود.

مزایای استفاده از روش FDM

  • حداقل اتلاف مواد
  • راحتی تغییر مواد
  • جدا شدن راحت تکیه گاه از قطعه
  • ساخت قطعات عملکردی
  • ساده بودن عملکرد

معایب استفاده از روش FDM

  • دقت محدود در مقایسه با روش SLA
  • غیر قابل پیش بینی بودن انقباض
  • فرآیند SDP

این فرآیند تولیدی در امریکا بنیان نهاده شده است . این روش شبیه چاپ جت جوهر است با این تفاوت که به جای جوهر از چسب مایع استفاده می شود. در این روش یک لایه پودر با ضخامت کنترل شده روی سطح پلتفرم پخش می شود. از طریق سر چاپگر(نازل) و متناظر با اولین مقطع قطعه روی پودر چسب پخش می شود بنابراین لایه اول ساخته می شود. پلتفرم به اندازه ضخامت یک لایه پایین رفته و پودر لایه بعد ریخته می شود. متناظر با مقطع بعدی روی لایه جدید چسب ریزی می شود و به لایه قبلی متصل می گردد و به همین ترتیب ادامه می یابد تا قطعه کامل شود.

مزایای استفاده از روش SDP

  • سرعت زیاد
  • کاربرد چند گانه
  • سادگی کار یعنی به اپراتور ماهر نیاز ندارد.
  • عدم اتلاف مواد اولیه
  • ساخت قطعات رنگی

معایب

  • محدودیت در استحکام
  • صافی سطح نامناسب
درباره هومن لادن

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

کانال تلگرام مرکز پرینتر سه بعدی ایران

کلیه فعالیت های ما را در کانال ما مشاهده کنید

به ما بپیوندید بستن