پروژه و مقاله های رشته های مکانیک-ساخت و تولید و ماشین افزار

پروژه , تحقیق و مقاله های رشته مکانیک - ساخت و تولید و ماشین افزار

اصول ساخت در نمونه سازی سریع

فهرست

  

                            کلمات کلیدی..........................

                           مقدمه وتاریخچه.....................

                           مراحل کلی ساخت...................

                           روشهای تکنولوژی................

                       -          استریولیتوگرافی(SLA)

                       -          تف جوشی انتخابی لیزری(SLS)

                       -          ساخت لایه ای(LOM)

                       -          FDM

                       -          چاپ سه بعدی((3DP

     نتیجه

تاریخچه

درسال 1968 سوان سون روشی را پیشناد کرد که برمبنای آن با استفاده ازپلیمریزاسیون

سه بعدی انتخابی یک پلیمرحساس به نوردر محل برخورد دو پرتو لیزرنمونه پلاستیکی قطعه

به طورمستقیم تولید میگردیدواختراعات دیگری که باعث پیشرفت این روش شد.

وبالاخره پس ازتلاش ها واختراعات مخترعین درسال 1982 اولین نتایج تحقیقات در این باره

به چاپ رسید وکاربرد صنعتی آن درسال 1989 با سیستم استریولیتوگرافی از کمپانی3D SYSTEM    در آمریکا آغاز گردید.

تا پایان سال 2004 بیش از 30 نوع مختلف از این دستگاههای نمونه سازی سریع به صورت

تجاری در دسترس قرار گرفته اندوبیش از 270 راهکار ودستورالعمل به عنوان اختراع ثبت

شده اند که این آمارها نشان دهنده توسعه فعال در عرصه تکنولوژی های ساخت نوین میباشد.

 

 

 

 

 

اصول ساخت در

نمونه سازی سریع(RP) ساخت سریع(RM) قالبسازی سریع(RT)

 

 

                 

کلمات کلیدی

1-نمونه سازی سریع(RP)Rapid prototyping

2- قالبسازی سریع(RT)  Rapid tooling          

3- ساخت سریع (RM) Rapid manufacturing

4- SLA: Stereo lithography apparatus

5- SLS:Selective laser sintering

6-LLM:Layer laminate manufacturing

7-LOM:  Laminate object manufacturing

8- FLM:Fused deposition modeling

9- FDM:Fused deposition modeling

10- 3DP:Three dimensional printing

 

مقدمه :

با پیشرفت صنعت وفناوری نوین در تکنولوژی ساخت و تولید روشهای جدیدی برای ساخت قطعات مختلف ابداع شد که سرعت این روشها در مقابل روشهای سنتی مثل فرزکاری و شکل دهی بسیار زیاد بود و باعث بهینه شدن انرژی,زمان و هزینه(40-80 درصد) می شد.

یکی از روشها که جزء جدیدترین تکنولوژی روز جهان است نمونه سازی سریع(RP) میباشد که از سال 1990 شرکتهای بزرگ دنیا مثل امریکا,المان و ژاپن سرمایه زیادی را به این تکنولوژی اختصاص داده اند.

در این مقاله اصول کلی نمونه سازی سریع دقیقا مورد بحث قرار گرفته است. هدف از این مقاله اشنایی مهندسان و صنعتگران با تکنولوژی روز جهان و تشویق برای تحقیق و ساخت این دستگاه زیرا این تکنولوژی میتواند تحولی عظیم در صنعت ایران عزیز ایجاد نماید.

مراحل کلی ساخت در نمونه سازی سریع

·     ایجاد مدل CAD: مدل ساخته شده توسط CAD به صورت مدلسازی صفحه ای (surface modeling)  ومدلسازی توپر(solid modeling) رابا پسوند STL به وجود می آوریم.

·     لایه بندی : فایلSTL  قبل از ورود به دستگاه RP  باید لایه بندی شود. به کمک نرم افزارهایی مثل solid work  surf cam وcatia  میتوان مدل را لایه بندی کرد که ازمیان این نرم افزارها نرم افزار catia مناسبتر میباشد. (فاصله لایه ها در لایه بندی بین 0.15-0.025 میکرون متر است)

·     تکیه گاه: تکیه گاهها به عنوان پایه قطعه به مدل CAD اضافه شده وبعد از ساخت از قطعه جدا می شود. لازم به ذکراست که در بعضی از روشهای نمونه سازی سریع نیاز به تکیه گاه میباشد.

·     ساخت: فرایند RP بر خلاف ماشینکاری CNC یک فرایند افزایشی است به طوری که قطعه بر اساس فایل ساخت و بااضافه شدن مواد روی هم و شکل گیری لایه به لایه ساخته میشود. هر لایه بعد ازشکل گیری به طور خودکار به لایه قبلی متصل می شود واین کار ادامه می یابد تا قطعه تکمیل شود.

·     پس پردازش: این قسمت شامل افزایش استحکام قطعه با عملیات پرکردن فضاهای خالی بین ذرات قطعه,عملیات پخت نهایی وعملیات پرداخت می باشد.؛

                        مراحل ساخت در نمونه سازی سریع

 

      

روشهای تکنولوژی RP

 

1. استریو لیتوگرافی SLA : این روش ازاولین روشهای RP است. دراین سیستم ساخت از پایین ترین لایه مدل آغاز میگردد. همانطور که در شکل مشاهده میشود لایه ها از تابش اشعه(گاما, uv,x ) بر روی سطحی از رزین مایع حساس به نور تشکیل میشوند. پس از ساخت لایه اول پلتفرم به اندازه ضخامت لایه پایین میرود وتیغه پوشش دهنده سطح مایع را هماهنگ وضخامت آنرا به طور یکسان تنظیم میکند.  با تابش اشعه لیزر به رزین مایع لایه دوم نیزجامد شده وبه لایه اول متصل میشود. بقیه لایه ها نیز به همین ترتیب ایجاد می شود تا قطعه تکمیل گردد. پس ازاتمام ساخت قطعه با دقت از روی پلتفرم برداشته شده ورزین مایع روی سطح آن توسط یک حلال مناسب شسته می شود پس از این کار عملیات پخت نهایی(جامد سازی) دریک کوره UV روی مدل یا قطعه انجام می شود. موادی که در این روش برای ساخت مدل ها به کار میروند دامنه وسیعی از پلیمرهای حساس به نور از قبیل پلیمرهای شفاف,ضدآب ورزین های نرم میباشند.                                                                                                                                           

 

مزایا:

1-      این فرایند بالاترین کیفیت سطح را برای ما به وجود می آورد

2-      سرویس دهی خوب به کاربر

3-      دستگاه های SLA دارای حجم های ساخت متفاوت است وبرای قطعات با اندازه های متفاوت مناسب است.

4-      دقت بالا

5-      دامنه وسیع مواد

 

معایب:

1-      نیاز به تکیه گاه

2-      نیاز به پردازش مثل جدا کردن تکیه گاه ومواد زائد از قطعه

3-      نیاز به پخت نهایی برای جامد شدن کامل

 

کاربرد: 

1-      ساخت مدل ونمونه برای ارزیابی,طراحی وآنالیز

2-      تولید قطعات برای ساخت قالب وقالبسازی با تیراژ پایین

3-      ساخت الگو برای ریختگری دقیق وماسه ای

4-      صنایع پزشکی و......

                                                                                                                              

2-SLS  تف جوشی انتخابی لیزری: در این فرایند ذرات پودر (قطربین 20-50mµ) متناظر با مقطع قطعه به وسیله پرتوهای لیزر(co2) در محل ذوب شده و مطابق با طرح روی سطح به هم جوش میخورند . مواد مذاب جامد شده یک لایه جامد را تشکیل میدهد. سیلندر حاوی قطعه مطابق با طرح کمی پایین می پاید وپودر برای لایه بعدی توسط حرکت غلتک روی سطح کارقرار میگیرد ودوباره عملیات قبل انجام می شود واین کار ادامه می یابد تا قطعه تکمیل شود.

این فرآیند مستلزم پشتیبانی نیست چون قطعه از ذرات پودر ساخته شده وقطعات تولید شده پایداری خوبی دارد.تنها عیب قطعات در این روش پرداخت نسبتا ضعیف سطح قطعه میباشد.

روش SLS شبیه روش SLA است با این تفاوت که در روش SLS  بجای رزین از پودرهای فلزی,سرامیکی و.... استفاده میشود.

روش SLS نسبت به روش SLA ازنظر مکانیکی ودمایی پایدارتر می باشد وتوانایی ساخت قطعات فلزی وسرامیکی را دارد.

درفرآیند SLS پودر فلزی میتواند به وسیله پلاستیک روکش شود بنابراین پودر در دمای پایین نیز ذرات میتواند به یکدیگرمتصل شوند ولی استحکام قطعه کاهش می یابد وفقط برای الگو ومدل کاربرد دارد.

امروزه در صنعت استیل های ضدزنگ یا پودرهای تیتانیم ازاین روش قابل دسترس هستند.

مدل های تجسمی , قطعات کاربردی , ریختگری دقیق وقالبهای فلزی برای تیراژ پایین کاربردهای دیگر این روش محسوب میشوند؛


 

                                 شکل2: شماتیک ونمونه های تولید شده به روش  SLS

 

 

 3-LLMیاLOM  (ساخت لایه ای): مفهوم این روش ساخت به صورت روی هم قرار دادن لایه ها می باشد.

      در این فرایند از یک ورق که اساسا از جنس کاغذاست استفاده می شود ورق پلاستیکی وفلزی هم میتواند استفاده شود ولی در عرف    مورد استفاده قرار نمی گیرد. یک پرتوی لیزر(مثل برش چاقو)برای بریدن طرحی که روی هر یک از لایه ها درنظرگرفته شده است استفاده می شود.پس ازبرش یک لایه پلتفرم کمی پایین می آید وغلتک کاغذ حرکت میکند ولایه جدیدی برای ما آماده می کند ومجدد پلتفرم بالا میرود تا با سطح لایه بعد مماس شودوبه همین ترتیب این عملیات تا پایان یافتن قطعه ادامه می یابد.

برای اتصال هر یک از لایه ها به هم از یک غلتک استفاده میشود که کاغذ را گرم می کند واین کاغذ به این صورت است که پس از گرم شدن خاصیت چسبندگی پیدا می کند.

لازم به ذکر است برای خارج شدن مواد اضافه ازقطعه لیزر اضافه کار را به صورت شطرنجی برش می زند تاراحتتر وسریعتر بتوان اضافه قطعه را از آن جدا کرد.

مزایا:

1-      گستره وسیع مواد مثل کاغذ, پلاستیکها, فلزات, کامپوزیتها وسرامیکها

2-      زمان سریع ساخت بنابراین برای قطعات بزرگ مناسب است

3-      نیاز به تگیه گاه ندارد

4-      قطعه ساخته شده عاری ازهرگونه تنش ودیگر تغییر شکلهاست بنابراین به پخت نهایی نیاز ندارد

معایب:

1-      برای تنظیم دقیق دستگاه به اپراتور ماهر نیاز است

2-      یکپارچگی نمونه توسط چسب وحرارت

3-      جدا کردن مواد اضافی وقتگیر است

کاربرد:

1-      تجسم: ساخت مدل برای آنالیز ,تست وآزمایش

2-      ساخت مدل های دقیق

3-      بعنوان الگو یا قالب برای انواع ریختگری ها

4-      قالبسازی سریعRT

 

 

                                                                                                      

 

شکل 3: شماتیک روشLOM ونمونه های تولید شده

            4-FLM  (درصنعتFDM  نامیده میشود): این روش شبیه فرآیند اکستروژن است.دراین فرآیند رشته قابل ارتجاع    (ازمواد ترموپلاست) گداخته شده از داخل نازل گرم شده بیرون می آید وروی قطعه به صورت طرحی که به آن داده شده به صورت لایه لایه مینشیند. همانطور که در شکل مشاهده می شود نازل در راستای XY وپلتفرم در راستایZ  حرکت می کند. قطعه ساخته شده به دلیل انتقال حرارت زیاد خیلی سریع جامد می شود.

مواد مورد استفاده: ABS ,پلی ونیل سولفون, پلی کربنات وموم که به صورت قرقره ای روی دستگاه قرار می گیرد

مزایا:

1-   حداقل اتلاف مواد

2-   راحتی تغییر مواد

3-   جدا شدن راحت تکیه گاه از قطعه

4-   ساخت قطعات عملکردی

5-   ساده بودن عملکرد

معایب:

1-       دقت محدود در مقایسه با روش SL

2-       غیر قابل پیش بینی بودن انقباض

 

5- 3DP (چاپ سه بعدی): این روش در امریکا بنیان نهاده شد.این روش شبیه چاپ جت جوهراست با این تفاوت که به جای جوهر از چسب مایع استفاده میشود.

روش کار: یک لایه پودر با ضخامت کنترل شده روی سطح پلتفرم پخش می شود.از طریق سر چاپگر(نازل) ومتناظر با اولین مقطع قطعه روی پودر چسب پخش می شود بنابراین لایه اول ساخته می شود.پلتفرم به اندازه ضخامت یک لایه پایین رفته وپودر لایه بعد ریخته می شود.متناظر با مقطع بعدی روی لایه جدید چسب ریزی می شودوبه لایه قبلی متصل می گرددوبه همین ترتیب ادامه می یابد تا قطعه کامل شود. عملیات کلی این روش در شکل زیر مشاهده می شود.

مواد پودر: سرامیک , فلز, پلیمر و کامپوزیت ها

مزایا:

1-      سرعت زیاد

2-      کاربرد چندگانه

3-      سادگی کاریعنی به اپراتور ماهر نیاز ندارد

4-      عدم اتلاف مواد اولیه

5-      ساخت قطعات رنگی

معایب:

1-      محدودیت در استحکام

2-      صافی سطح نامناسب

کاربرد: در طنایع اتومبیل,هوافضا, مجسمه سازی ,پزشکی وصنایع مخابراتی مورد استفاده قرار میگیرد

 

 

نتیجه: هم اکنون در عصری قرار داریم که کیفیت، سرعت و قیمت نقش اساسی را در تولید محصولات ایفا می کنند. ظهور فناوریهای جدید تولید از جمله نمونه سازی سریع (RP) فصل جدیدی را در زمینه ساخت وتولید گشوده است. صنایع مکانیک ,هوا فضا، الکترونیک، خودروسازی، پزشکی مخابرات و لوازم خانگی و... در ساخت، آزمایش و بهینه سازی محصولات خود ناگزیر به استفاده از این روشها میباشند

 

منابع:

1-      مقاله

           

1- Prof. Dr.- Ing. Andreas Gebhardt

Aachen University of Applied Sciences, Aachen, Germany

 

             2- کتاب :فناوری نمونه سازی سریع                        مولف : دکترصادق رحمتی

 

                          www.3dsystems.com                                                                        اینترنت:

                             www.arcam.com                                                  

                          www.concept-laser.de