نمونه سازی سریع یا Rapid Prototyping چیست؟

با گذشت سالها از انقلاب صنعتی و ورود بشر به عصر فناوری اطلاعات، سرعت رشد صنایع به حدی افزایش یافت که دیگر روش های تولید رایج دراوایل قرن بیستم به هیچ وجه پاسخگوی نیازها نبود. از سوی دیگر صنایع برای بقای خود در بحران های اقتصادی باید به فکر کاهش هزینه های تحقیق و توسعه می بودند. با توجه به این توضیحات دانشمندان، محققان و صنعتگران دست به دست یکدیگر دادند و به ارائه روشهایی نوین برای افزایش سرعت تحقیق و توسعه پرداختند. بدون شک اولین گام در این حوزه، حرکت به سمت طراحی به کمک کامپیوتر Computer Aided Design – CAD بوده است.

استفاده از کامپیوتر ها برای ایجاد یک مدل سه بعدی، ویرایش آسان تر و کاهش خطاهای انسانی دستاوردی بسیار خوب بود. لیکن برای بهینه سازی روش های تبدیل این طرح ها به واقعیت و ساخت نمونه اولیه یا پروتوتایپ نیز باید فکری می شد. در اواخر دهه 80 میلادی اولین متدها برای نمونه سازی سریع - Rapid Prototyping به واقعیت بدل شد. نمونه سازی سریع به مجموعه ای از روشها گفته می شود که برای ساخت مدل فیزیکی یا واقعی بر مبنای مدل سه بعدی طراحی شده به کمک کامپیوتر (CAD Model) استفاده می شود.

منظور از این روش ها معمولا چاپ سه بعدی 3D Printing  و یا ساخت افزایشی Additive Manufacturing است.

نمونه سازی سریع

پیش از ابداع روش نمونه سازی سریع یا رپید پروتوتایپینگ، روش های ساخت قطعات به دو دسته کلی تقسیم می شدند:

1. روش های بر پایه براده برداری. این روش ها همان گونه که از اسم آن مشخص است شامل فرآیندهایی می شوند که با براده برداری از قطعه به شکل دلخواه می توان دست یافت و شامل موارد ذیل می شوند

فرز کاری و تراش کاری

سنگ زنی

اره کردن

سمباده زنی / سوهان زنی

قلم زدن

2. روش های بدون براده برداری. این روش ها نیز مشخص است که مواردی را در بر می گیرند که شکل گیری قطعه بدون براده برداری انجام گردیده و شامل موارد ذیل می شوند

ریخته گری

چکش کاری

پرس و فورج

خمکاری

با استفاده از تکنولوژی ها جدید، دسته دیگری نیز به دو دسته کلی روش های ساخت اضافه گردید و آن تولید افزایشی یا Additive Manufacturing می باشد. در این روش با اضافه کردن مواد بصورت لایه های مختلف، قطعه نهایی شکل می گیرد.

پرینتر سه بعدی

هرچند که با توسعه ماشین های فرز و تراش و ارتقای این ماشین ها به سیستم های کنترل عددی NC-Numerical Control و سپس کنترل عددی توسط کامپیوتر CNC-Computer Numerical Control امکان ساخت بسیاری از قطعات از بلوک های بزرگ را بدون نیاز به قالب و مراحل دیگر فرایند های ساخت فراهم آمد، اما نمونه سازی سریع بیشتر به فرایند ساخت افزایشی اطلاق می گردد.


دانلود فیلم آموزشی تفاوت ABS و PLA در پرینترهای سه بعدی معمولی


برای مطالعه توضیحات تکمیلی و بررسی روشهای نمونه سازی سریع قطعات از طریق فلش زرد رنگ بالای این پست به ادامه مطلب مراجعه فرمائید.

 

مهندسی معکوس  ماشین آلات و ساخت قطعات فلزی و پلاستیکی

طراحی دستگاه و مکانیزم های صنعتی

انجام پروژه صنعتی  Solidworks

شرکت آراکو - محمد قربانعلی بیک

شماره تماس مستقیم : 09124780268

شماره تماس شرکت : 02166561974-02166129745

وبسایت: www.araco.ir

ارتباط با ما در تلگرام :  https://telegram.me/m_ghorbanalibeik

مشاهده نمونه پروژه های آراکو در اینستاگرام :  https://www.instagram.com/araco.ir

کانال آپارت آراکو - دانلود فیلم فارسی آموزش سالیدورک - سالیدورکز : https://www.aparat.com/araco.ir


نمونه سازی سریع خود دارای روشهای مختلفی مختلف است که در ذیل  به برخی از آنها اشاره می شود:

3D printing (3DP)

Ballistic particle manufacturing (BPM)

Directed light fabrication (DLF)

Direct-shell production casting (DSPC)

Fused deposition modeling (FDM)

Laminated object manufacturing (LOM)

Shape deposition manufacturing (SDM) (and Mold SDM)

Solid ground curing (SGC)

Stereo lithography (STL)

Selective laser sintering (SLS)



در ادامه این بخش می خواهیم هر یک از این روش ها را بصورت تخصصی تر مورد بررسی قرار دهیم.

یکی از اولین متد های پرینت سه بعدی روش Fused deposition modeling - FDM است. اگر شما یک مهندس مکانیک باشید و بخواهید انطباق قطعه مدل سازی شده خود را با مجموعه ببینید و یا یک مهندس معمار با ایده ای برای یک طراحی خلاق، می توانید از پرینتر های سه بعدی ساخته شده بر پایه تکنولوژی FDM استفاده کنید.

با وجود اینکه این روش یکی از قدیمی ترین مکانیزم ها در تاریخ پرینترهای سه بعدی است، امروزه نیز با وجود گسترش تکنولوژی ها و روش های پرینت سه بعدی همچنان کاربرد گسترده ای دارد.

همانگونه که در توضیحات فوق نیز ذکر شد، پرینتر های سه بعدی مانند سایر تجهیزات و افزار های کنترل کامپیوتری به زبان مشترکی برای ارتباط با کامپیوتر و طراح نیاز دارند. برای این زبان مشترک محققان فرمت FDM را تعریف کردند. شایان ذکر است که در نرم Solidworks یا CATIA امکان گرفتن خروجی با فرمت  Additive Manufacturing File یا AMF.* وجود دارد.

پرینتر های سه بعدی که با سیستم FDM کار می کنند، در واقع پلاستیک ذوب شده را بصورت لایه لایه روی سطح مبدأ دستگاه ریخته تا شکل نهایی ایجاد شود. پلاستیک مایع پس از مدتی که سرد شود، به حالت جامد در می آید. کیفیت سطح و دقت نهایی در پرینتر های سه بعدی که با تکنولوژی پرینت FDM کار می کنند دقت مطلوبی برای کارهای غیر صنعتی است و باید به این نکته هم توجه داشته باشید که این قطعات بیشتر برای بررسی  و نمایش استفاده می شوند و قابلیت کاربردی (Functional) ندارند.

 

پرینت سه بعدی چیست

تصویر شماره 1 : شماتیک نحوه عملکرد پرینتر های سه بعدی بر پایه روش FDM

 

هر لایه مذابی که روی لایه جامد شده قبلی می آید، با آن پیوند خورده و پس از سرد شدن به حالت جامد در می آید. زمان پرینت با توجه به مقدار مواد مورد استفاده (وزن قطعه) و پیچیدگی هندسی آن تعیین می شود. پس از اتمام پروسه پرینت سه بعدی در روش FDM، ساپورت کار به راحتی و با شستشو با آب یا یک حلال از قطعه جدا می شود.

پرینتر سه بعدی چگونه کار می کند

تصویر شماره 2 : یک قطعه ساخته شده با پرینتر سه بعدی بر پایه تکنلوژی FDM

گستره زیادی از مواد در این سیستم ها قابل استفاده اند. ABS - Acrylonitrile Butadiene Styrene و PC - Polycarbonate از پرکاربرد ترین آنها هستند. امروزه بسیاری از دانشگاه ها و کمپانی های پیشرو در جهان از این تکنولوژی برای مصارف تحقیق و توسعه استفاده می کنند.

پرینترهای سه بعدی موجود در بازار از این روش برای تولید حجم و نمونه اولیه استفاده می کنند. مزیت این روش پرینت سه بعدی در هزینه نسبتا پایین و زمان کوتاه تولید است. همانگونه که اشاره شد استفاده از این روش برای تولید قطعاتی که در دستگاههای صنعتی کاربرد داشته باشند توصیه نمی شود و در تولید انبوه از نظر اقتصادی توجیه ندارد.