نمونه سازی سریع چیست؟ تعاریف، روش ها و مزیت های نمونه سازی سریع
نمونه سازی سریع، به ساخت سریع یک قطعه فیزیکی، مدل یا قطعات قابل مونتاژ، با استفاده از طراحی سه بعدی به کمک نرم افزار(CAD) گفته می شود که تولید این مدل های سه بعدی و تبدیل آن به قطعات فیزیکی معمولاً با استفاده از فرایند تولید افزودنی، که با عنوان چاپ سه بعدی نیز شناخته می شود تکمیل می گردد.
فرایند نمونه سازی سریع دردستیابی به محصول نهایی با بالاترین شباهت به ایده یا طرح اولیه کمک می کند. به اصطلاح، محصول نهایی تولید شده به کمک تکنولوژی های سریع، دارای high fidelity تطابق بالا با طرح و ایده ی اولیه هست. برخلاف بسیاری دیگرازروش ها، که محصول نهایی با توجه به محدودیت های فراوان درتولید، با تطابق بسیار پایین low fidelity عرضه می شود.
نمونه سازی سریع چطورعمل می کند؟
نمونه سازی سریع شامل انواع متنوعی از فرایند های تولید است. اگر چه بیشتر این روش ها از فرایند تولید افزودنی یا پرینت سه بعدی استفاده می کنند اما فرایند های دیگر مانند ماشین کاری سریع، ریخته گری، قالب ریزی و اکسترودینگ نیز در این روش مورد استفاده قرار می گیرد.
با وجود آن که تولید افزودنی رایج ترین فرایند در نمونه سازی سریع است، از دیگر روش های معمولی نیز میتوان برای ایجاد سریع نمونه های اولیه استفاده کرد. این روش ها عبارت اند از:
فرایند های کاهشی
فرایند های کاهشی که در آن یک بلاک جامد از متریال با استفاده از فرز، تراشکاری یا غیره حکاکی و حجاری شده تا محصول نهایی از آن استخراج شود.
فرایند های تزریقی یا فشاری
فرایند های تزریقی یا فشاری که در آن متریال نیمه جامد یا مایع قبل از سفت شدن، با استفاده از قالب یا الگو، به شکل مورد نظر در آورده شده و سپس سخت می شود. مانند ریخته گری، پخت فشاری یا قالب گیری.
تولید افزودنی یا پرینت سه بعدی
همانطور که قبلا گفته شد، تولیده افزودنی یا به عبارت دیگر، پرینت سه بعدی، مهم ترین روش تولید در نمونه سازی سریع است. برخی از تکنولوژی های رایج در تولید افزودنی عبارت اند از:
استریولیتوگرافی SLA یا فوتوپلیمر سازی
این روش سریع، اولین روش موفق در چاپ سه بعدی در مقطع تجاری بود. با داشتن یک مخزن از متریال های حساس به نور و با استفاده از یک نور ماوراء بنفش UV کنترل شده توسط کامپیوتر، متریال موجود درمخزن به صورت لایه به لایه سخت شده و مدل نهایی تولید می شود.
Selective Laser Sintering _ SLS
در این فرایند، متریال پودری که از جنش فلز یا پلاستیک است در داخل ظرفی قرار داشته و توسط لیزر حرارت داده شده و به صورت لایه به لایه سخت می شود. دوام یا استحکام قطعات تولید شده به روش SLS برابر با پرینت سه بعدی SLA نبوده و سطح مدل ساخته شده معمولا سخت و زبراست و نیاز به پرداخت و فرایند های ثانویه دارد.
FDM یا jetting material
این فرایند چاپ سه بعدی، سریع و ارزان تر است. متریال پلاستیکی رشته مانند که ابتدا دور قرقره ای پیچیده شده، وارد نازل دستگاه شده و پس از اعمال حرارت و فشار، به صورت نیمه جامد از نازل خارج شده و بر اساس کد دستوری مخصوص، بر روی صفحه ی چاپگر سه بعدی، به صورت لایه به لایه ساخته می شود. چاپگر های fdm در بدو ظهورشان، کیفیت خوبی نداشتند اما این روش به سرعت در حال پیشرفت است و هم اکنون پرطرفدار ترین روش در تولید افزودنی است و در تولید و توسعه ی طرح ها و محصولات، بسیار کاربردی است و بیشتر از هر روش دیگری در چاپ سه بعدی، به صورت مداوم استفاده می شود.
Selective Laser Melting _ SLM
این فرایند برای ساخت قطعات پیچیده با استحکام بالا کاربرد دارد. Slm اغلب در صنایع هوافضا، خودروسازی، نظامی و پزشکی استفاده می شود. طی این فرایند در بستری از پودرمتریال های فلزی، توسط لیزری قدرتمند یا پرتوی الکترونی، همجوشی صورت گرفته و متریال پودری به صورت لایه به لایه ذوب و سپس سخت می شود. متریال های متداول در این روش عبارتند از تیتانیوم، آلومینیوم، فولاد ضد زنگ و آلیاژهای کبالت کروم.
تولید ورقه ای چند لایه یا LOM
این فرایند ارزان تر و مبتدی تر از sls یا slm است اما نیا به شرایط کنترل شده ی خاصی ندارد. در این فرایند ورقه های لمینتی نازک به دقت برش خورده و به صورت لایه لایه روی هم قرار داده شده و چسبیده می شوند که در نهایت مجموع این لایه ها، مدل نهایی را بر اساس نمونه ی سه بعدی دیجیتالی می سازد.
پردازش نور دیجیتالی DLP
مشابه SLS در این روش از پلیمریزاسیون رزین ها استفاده می شود که با استفاده از یک منبع نور متفاوت با SLA سخت می شود. این روش سریع تر و ارزان تراز SLA است اما معمولا برای ساخت قطعه، نیاز به ساختارهای ساپورت است.
Binder Jetting
در این فرایند، یک یا چند قسمت از مدل به صورت یکجا و در یک زمان چاپ می شوند. دراین فرایند، نازل دستگاه، قطرات میکرومتری را در بستری از متریال پودری می ریزد و سپس غلتکی روی متریال را فشرده می کند و این فرایند به صورت لایه به لایه تکرار می شود تا محصول نهایی به دست آید.
کاربرد های نمونه سازی سریع
طراحان محصول و طراحان صنعتی از این فرایند برای تولید سریع قطعات و نمونه ی اولیه ی محصولات خود استفاده می کنند. این فرایند به تجسم و درک بهتراز محصول نهایی، رفع ایرادات طراحی و توسعه ی دقیق تر محصول، قبل از ورود به فرایند تولید انبوه کمک می کند.
در ابتدا، این فرایند در صنایع خودرو سازی بیشترین استفاده را داشت اما امروزه با پیشرفت چشمگیر روش های نمونه سازی سریع، تقریبا در همه ی شاخه های صنعتی قابل استفاده است.
