چکیده
ظهور فناوری¬های¬ نوین ساخت منجربه تحول عظیمی در صنعت جهانی شده¬است بطوریکه توانسته بسیاری از معضلات موجود در ساخت قطعات پیچیده راازمیان برداشته و زمان وهزینه اجرای پروژه¬هارا بطور چشمگیری کاهش دهد.این در حالیست که بازار تجارت جهانی وپدیده جهانی شدن،رقابت بین صنعتگران رابه عرصه جهانی کشانده وآنان را باانبوهی از فرصتهاوچالشها مواجه ساخته است.دراین میان بکارگیری روشهای سنتی که سالها در دسترس بوده¬اند،قدرت پاسخگویی به نیاز امروز¬ رانداشته و بخصوص در عرصه¬تولید محصولات کیفی در زمان کوتاه،با کاستی¬های فراوانی روبرو خواهدبوذ.
امروزه رقابت در عرصه صنعت ساخت¬وتولیداینگونه است که شرکتی که بتواند محصول جدید خود را سریعتر روانه بازار کند،بیشترین سهم از بازار را به خود اختصاص خواهد داد.زیرا عمر محصول همواره رو به کاهش بوده و می¬توان ادعا کرد که منطقا مهمترین عوامل در سود¬دهی امروزه محصول،سرعت در طراحی و توسعه محصول می¬باشد.در اجرای یک پروژه،کاهش 40% از زمان توسعه محصول شاید معادل 40% کاهش در هزینه اجرائی و عملیاتی آن باشد.دراین میان کمپانی¬های کوچک مجبور به رقابت سخت¬ تر و تلاش بیشتر برای باقی ماندن در این عرصه پر رقابت می¬باشد.
فصل اول:
مقد مه
1-1 مقد مه
حمد و سپاس پروردگار عالمیان را که در سایه لطف و رحمتش توفیق آنرا یافتم که در جهت ارتقای علم و دانش ایرانمان گامی هر چند کوچک بر داریم و با شناخت بهتر رموز هستی بصیرتمان را برای شناخت قدرت ازلی شفاف تر سازیم.امروزه نیاز به تکنولوزی و دانش برتر برای پایداری و حضور در رقابتهای جهانی حرف را برای یکایک رشته های صنعتی می زند . در دنیای کنونی دیگر تولید مهمترین شاخص صنعت نیست لذا فاکتورهایی مانند کیفیت بهتر و مهمتر از آن هزینه و زمان کمتر پایه های اصلی صنعت برترمحسوب می شوند که در حقیقت فاکتورهای فوق به گونه¬ای لازم و ملزم همدیگرند و عدم وجود هر کدام از آنها موجبات نقص در پیشبردو اهداف کلی را فراهم می سازد.
با توجه به نیازهای صنعت کنونی دانش کامپیوترو نرم افزار توانسته در تمامی مراحل صنایع را به اهداف خود نزدیک سازد که در این بین شرکتها و کشورهای زیادی در جهت نیل به جهانی شدن میدان رقابت تنگاتنگی را به وجود آوردند.
ازآنجا که برای تولید هر قطعه¬ای به خصوص صنایع ظریف و دقیق مانند هواپیما سازی و پزشکی و هنری نیاز به طرح مدل اولیه آن نیازی مبرم و اساسی است، علم جدید بر آن شده است که بهترین راه حل ها را برای دسترسی به کیفیت بهتر مدل اولیه و نیز زمان تولید سریع و قیمت مقرون به صرفه ارائه دهدیا به عبارت بهترعلم RP رابرای جهانیان عرضه کند.
صدالبته که ما ایرانیان از دیر باز برای دسترسی به افقهای علوم نوین در تکاپو بودیم و برای پیشرفت سریع تر در دنیای حاضر خود را مستحق استفاده از علومی چون RPمی دانیم لذا با بهره گیری از دانش قدرتهای برتر این علم چون آمریکا و آلمان تمام تلاشهای خود رامعطوف دستیابی به تازه های این علم می کنیم . علمی که هم اکنون با اسم RP برای تولید یک مدل ارائه شده و افق RM (تولید سریع و چند هزار تایی)را پیش رو دارد .با در نظر گرفتن این موضوع که کیفیت از مهمترین فاکتورهای تولید است باید توجه داشته باشیم که لحاظ کردن پیچیدگی های قطعات، قبل از تولید نهایی یا همان تولید انبوه، ساخت چند مدل در مراحل R&D نمونه سازی و بهینه سازی شده و آزمایشهای اولیه الزامی به نظر می رسد. به دلیل اینکه فقط با تکیه بر نقشه هابه خصوص در قطعات پیچیده نه تنها نمی توان عملیات آنالیز کردن و تحقیق بر روی آن را انجام داد بلکه در بعضی موارد تجسم و فهم قطعه نیز مشکل است. لذا دلایل زیادی وجود دارد که مهندسان ترجیح می¬دهند یک تولید را به صورت یک جسم سه بعدی واقعی بررسی و تجزیه و تحلیل کنند که برخی از این دلایل عباتند از: کنترل اولیه قطعه و به کارگیری آنها در آزمایشهای آئرودینامیک، سیالاتی، آنالیز تنش و غیره.[5]
کنترل کیفیت مناسب و دقت ابعاد، به خصوص در قطعاتی که مونتاژ می گردند، بسیار حائز اهمیت است. جلب مشتری قبل از مرحله تولید، به دلیل اینکه نمونه ساخته شده نقش یکی از نمونه¬های اصلی تولید آینده را دارد،دراین مرحله می توان حتی از نظریات مشتری در جهت بهبود طرح استفاده کرد. سرعت زمان ساخت یک نمونه به منظور اهداف ذکر شده بالا جز با فن آوری نمونه سازی سریع امکان پذیر
نمی باشد. لذا، ساخت نمونه پیچیده با روشهای سنتی یا حتی ماشین های CNC با چهار یا پنج محور همزمان در زمان کم به سهولت امکان پذیر نمی¬باشد.
در واقع آنچه که در تحقیقات مان بدان پرداخته¬ایم ساخت مستقیم قطعه ازمدل سه¬بعدی کامپیوتری CAD با استفاده از فناوری R.Pدر کمترین زمان ممکن است . به گونه¬ای که پس از اجرای طرح در محیط CADآنرا با پسوند STL ذخیره کرده و سپس در یکی از محیط¬های زیر شاخه Catiaطرح را بر لایه¬های بسیار نازک برش داده و نهایتا پس از انتقال آن به محیط CAM و لایه های روی هم قرار گرفته ماشینکاری آنرا شبیه سازی می¬کنیم .در همین راستا ما سعی کرده¬ایم در مورد انواع نرم افزارهای CADمورد نیازچون Solid Workو Catia برای ایجاد طرح Solidو لایه لایه کردن آن ونیز نحوه ذخیره¬سازی آن و همچنین نرم افزارهای CAMمورد نیاز مانندSurfcam , Power Mill توضیحاتی هر چند جزئی را ارائه بدهیم .لیکن لازم دیدیم برای آشنایی هر چه بهتر با این علم در مورد دستگاههای تولیدی و انواع روشهای تولید سریع توضیحاتی مختصر را ارائه دهیم .
برای ساختن نمونه اولیه روشهای زیر وجود دارد که اختلاف آنها در نحوه ساختن قطعه از لایه¬های متوالی و موارد بکار رفته¬است که می بایست کاربر مزیتها و کاستی-های هر یک را دقیقا تحقیق کرده و استفاده از روشهای فناوری نمونه¬سازی سریع به عمل آورد روشهایی چون SLA, SLS, FDM, LOM که توضیحات هر یک به نوبه خود ذکر شده¬است.
امید است با انجام تحقیق فوق و عرضه آن در چنین اثری گامی هر چند کوچک را در پیشبرد صنعت کشورمان بر داشته باشم.[1]
فصل دوم:
نمونه سازی سریع و انواع آن
2-1 نمونه سازی سریع،چرا؟
استفاده¬از فن¬آوری نمونه¬سازی سریع در فرآیند طراحی،تحقیق،توسعه،تولیدو مونتاژ مزایای فراوانی را بدنبال دارد که ازآن جمله¬می¬توان به موارد زیر اشاره کرد:
2-1-1 تجسم
مهندسان و طراحان به هنگام تجسم فضایی¬و نقشه¬خوانی از قطعه ویا مجموعه¬ای با شکل هندسی پیچیده ممگن است گمراه شده¬و آن را نادرست تفسیر و تحلیل نمایند.این مشکل صرف-نظر از میزان تجربه طراح،حتی ممکن است با در دست داشتن مدلCAD قطعه نیز برطرف نشود.زیراتجسم به حالت روانی و قدرت تخیل فرد مربوط می¬شود و ممکن است یک نقشه به چندین حالت تفسیر گرددو تصور درستی از طرح حاصل نشود.
2-1-2 تصحیح طرح
با استفاده از فناوری نمونه¬سازی سریع می¬توان بلافاصله¬پس از طراحی،نمونه فیزیکی را مشاهده و بازرسی نمود.از آنجا که هر طراحی همیشه به دنبال کیفیت بهتر است.به¬طور خلاصه می¬توان گفت که در دست داشتن یک نمونه¬واقعی فیزیکی از جسم کمک شایانی به اطمینان بخشی طراحی و در نهایت افزایش کیفیت بهره¬وری فرایند طراحی و تولید می¬نماید.
2-1-3 بهینه¬سازی
بهینه¬سازی طرح ممکن است کارایی محصول،کیفیت و قابلیت اطمینان آن را بهبود بخشد.فناوری نمونه¬سازی سریع توام با تکنیکها و نرم¬افزارهای قدرتمند طراحی و آنالیز، این امکان را به طراح می¬دهد که بدون صرف هزینه¬های گزاف جهت ساخت قالب و نمونه و بدون اتلاف وقت و با دقت بسیار بالا طرح خود راآنالیز و بهینه نماید.
2-1-4 آزمایش عملکردی
با استفاده از فناوری نمونه¬سازی سریع نمونه¬فیزیکی قابل لمس از محصول در اختیار طراح قرار خواهد گرفت.بنابرین امکان انجام آزمایش¬های عملکردی مانند مونتاژپذیری،سهولت تولیدوآسانی تعمیرونگهداری¬در مورد محصول طراحی فراهم می¬گرددوازاین طریق هزینه¬های¬ طراحی ونیز تولید کاهش می¬یابد.[3]
2-2 مقدمه ای برتکنیکهای نمونه سازی سریع
شکل 2-1:مراحل کلی در نمونه سازی سریع[3]
تکنیک¬های نمونه¬سازی سریع، امکان ایجاد ایده از طرح تا تولید نمونه¬دقیق را در حداقل زمان میسر ساخته¬است. لازمه ساخت نمونه¬دقیق به معنی انجام یک کار محاسبه¬شده¬است که-از ایجاد ایده تا تصویب نهایی طرح و ساخت چند نمونه اولیه آن را در بر می¬گیرد. نمونه¬سازی سریع مراحل طراحی و ساخت را به یکدیگر ارتباط می دهد. خلق ایده با تکنیک MJM با ساخت فیزیکی مدل، ایده را متبلور می¬نماید. مرحله بعدی ساخت نمونه¬دقیق بعد از اصلاحات اولیه¬ایده، با بکارگیری یکی از انواع روشهای نمونه¬سازی مانند:
FDM, LOM ,SLA, SLS,…
بازبینی نهایی طرح از نظر ابعاد هندسی و نکات مونتاژی انجام می¬پذیرد. در انتها به مرحله تولید قالب سریع با به کارگیری تکنیک Spray Form ختم می¬گردد.[3]
2-3 تکنیک MJM
این فن آوری مدل سه بعدی را به سرعت Printer می سازد. در این فن آوری یک کلگی وجود دارد که دارای 96 عدد نازل است که این نازل ها به صورت خطی در 6 ردیف و 16 ستون قرار گرفته اند. این کلگی در سه محور Y,X و Z حرکت می کند. از این نازل ها یک ماده ترموپلیمر خارج می گردد و مواد را در قسمت هایی که لازم است
می ریزد. نحوه حرکت به صورتی که اگر عرض قطعه پهن تر از کلگی دستگاه باشد، سکوی ساخت از جهت X به سمت Y می چرخد و از آنجا لایه سکوی ساخت از نازل ها در جهت محور Z فاصله گرفته و لایه بعدی ساخته می شود. این فرایند ادامه می یابد تا مدل کامل گردد.
شکل2-2:شماتیک دستگاه ومراحل کار درفرایند[1]
استفاده¬از این فن آوری نیاز به اپراتور ماهر ندارد و در طول زمان کار، دستگاه آرام و بی صدا کار می¬کند و از این نظر به راحتی در دفاتر طراحی می¬تواند نصب گردد زیرا تمرکز طراحان را از بین نمی¬برد. این فن آوری در دستگاه نصب شده و با توجه به نیاز مراکز طراحی و دفاتر R&D به عنوان اولی پله از سیکل طراحی و تولید بسیار مناسب می¬باشد. همچنین بحث¬های اولیه بین همکاران، فروشنده¬و مشتری در مورد طرح بسیار راحت تر انجام می-گیرد.[1]
2-4 تکنیک SLA
اولین دستگاه نمونه¬سازی سریع در سال 1984 توسط «چارلز هال» اختراع شد و نخستین بار در سال 1987 توسط کمپانی آمریکایی 3D SYSTEM به بازار عرضه شد. این ماشین مدلهای سه¬بعدی طراحی شده¬را به کمک رایانه¬بدون اشتباه و با دقت زیاد می¬سازد. تا سال 1988 بیست عدد از این ماشینها به فروش رفت. در حال حاضر 35 شرکت روی مساله فوق مطالعه و تحقیق کرده¬اند که از میان آنها 12 شرکت موفق به ساخت ماشین نمونه¬سازی سریع به روشهای مختلف شده¬اند.[3]
در صنعت تکنیک SL دارای کاربردهای فراوانی به خصوص در مراکز تحقیقاتی می¬باشد. به عنوان مثال شرکت POWER جهت ساخت منیفولد موتور جدیدش از روش SLA استفاده نمود. منیفولد فوق دارای ابعاد نسبتا بزرگ (250× 260 × 450 mm) بوده و از طرف دیگر کمپانی POWER با محدودیت زمان جهت تحویل به موقع موتور مواجه بود. به کمک تکنیک SLA کمپانی POWER توانست مدل منیفولد پیچیده فوق را در عرض 39 ساعت با قیمت نازل تر حدود 90 درصد نسبت به روشهای سنتی بسازد. علاوه بر آن مدل SL ساخته شده¬دارای مقاومت و دقت کافی بوده به طوری که تیم طراحی با بستن مدل بر روی موتور توانستند بازده حجمی (توانایی اجازه حداکثر حجم هوا به داخل سیلندر در هر حرکت پیستون تحت شرایط باری مختلف) را اندازه گیری نمایند و با نتایج طراحی انجام شده مقایسه کنند و بدین ترتیب با ساخت مدلهای مختلف و انجام آزمایشهای فوق مسیرهای ورودی هوا در منیفولد را به جای مناسب برای به¬دست آوردن بازده حجمی بهینه طراحی نمایند. از تکنیکهای ساخت مدل سنتی که در آن از ماهیچه گذاری استفاده می¬شود کمک می¬گرفت که نتیجه آن صرف زمان حدود 16 هفته و هزینه¬ای بالغ بر 22000 پاوند بوده است.[2]
شکل 2-3:شماتیک دستگاهSLA
2-4-1 فرآیند ساخت:
فرایند ساخت شامل به کارگیری اشعه لیزری به منظور ترسیم یا چاپ لایه های یک مدل بر روی پلاستیک مایع است ( این مایع توسط نور ماورای بنفش پخته می شود) با به کارگیری تجهیزات
استریولیتوگرافی اطلاعات مدل CAD به بخشهای بسیار نازک لایه بندی می شود. لیزر یک نقطه قوی و کوچکی از نور ماورای بنفش (UV) را که توسط سیستم پیمایش نوری کامپیوتری کنترل می شود در سطح فتوپلیمر مایع حرکت می-دهد. در هر نقطه که لیزر با سطح مایع برخورد می¬کند، آن نقطه را جامد می¬سازد. بدین طریق هر لایه مدل با دقت تمام، چاپ می¬شود و یک سیستم بالابر عمودی لایه تشکیل شده جدید را پایین می¬کشد. در حالی که یک سیستم سطح بندی ضخامت لایه بعدی را ایجاد می¬کند. لایه بعدی مدل به لایه قبلی می¬چسبد و این عمل آنقدر ادامه می¬یابد تا اینکه کل قطعه از پایین به بالا (BOTTOM- UP) ساخته شود. پس از ساخت آخرین لایه، قطعه از SLA برداشته شده و در زیر نور شدید اشعه ماورای بنفش قرار می¬گیرد تا فرآیند پلیمر شدن (جامد شدن یا پختن) کامل گردد. سپس قطعه با استفاده از روشهای گوناگون تمیز کاری می¬شود.[2]
2-4-2 نتایج حاصل از کاربرد SLA
1- صحت فرضیات و محاسبات طراحی را که در مراحل اولیه انجام می¬شود، می¬توان ارزیابی کرد.
2- به سرعت تغییرات طراحی موردنظر را اعمال نمود و نتیجه را مشاهده کرد.
3- هزینه و زمان تولید قطعه را به مقدار زیادی کاهش داد.
در صنعت معمولا از مدل SLA- 250 و SLA- 500 استفاده می¬گردد. اعداد 250 و 500 تعیین کننده حجم مخزن رزین فتوپلیمر است. در حال حاضر بزرگترین ابعادی که این تکنیک می¬تواند نمونه¬سازی نماید 584mm× 508 × 508 می-باشد.[1]
2-4-2 لیزر SLA
لیزر تکنیک SLA یک پرتو نوری تحت کنترل کامپیوتر می¬باشد که بر روی سطح رزین متمرکز می¬شود. SLA از یک لیزر هلیوم – کادمیوم پیوسته¬از نور ماورای بنفش با طول موج 325 تا 355 نانومتر استفاده¬ می¬کند. این لیزر از نوع بخار فلز نیمه فعال می¬باشد که از یک گلوله کادمیوم منجمد (SOLID) تشکیل شده¬است و برای تبدیل به شکل بخار گرم شده و با گاز هلیوم مخلوط می¬گردد.[4]
2-5 تکنیک LOM
در این تکنیک نمونه¬سازی با استفاده از ورقه¬های جامد نظیر کاغذ، پلاستیک و کامپوزیت ایجاد می¬گردد. فایل CAD ورودی به¬ماشین به لایه¬های نازکی که ضخامت آنها با ضخامت کاغذ دستگاه یکی است تجزیه¬شده¬و توسط یک پرتو ضعیف لیزر از نوع CO2 شکل هر لایه بر روی نوار پیوسته-بریده¬شده¬وشکل بریده¬شده¬بر روی یک سطح قرار می-گیرد.اضافات ورق از محل برش خارج شده لایه بعدی نمونه¬از دنباله ورق که به محل برش تغذیه می¬شود، بریده شده و بر روی لایه قبلی قرار می¬گیرد. در این هنگام یک غلتک گرم از روی ورقهای بریده شده عبور داده می¬شود تا لایه¬ها به یکدیگر متصل گردند. در نتیجه یک نمونه¬کامل از ورق به هم فشرده تشکیل می¬گردد. نمونه¬ایجاد شده¬از ورق، کاغذ تجسمی از چوب را تداعی می¬نماید.از مزایای این تکنیک حل شدن مساله Shirinkage رزین می باشد که در تکنیک فتوپلیمر وجود داشته است و همچنین از دیگر مزیت های آن، عدم نیاز به مدل Post curring و Support برای قطعات نازک، استفاده از پرتوهای ضعیف لیزر و هزینه نگهداری اندک می¬باشد. در مورد مدلهایی که از ورق کاغذ ایجاد می¬گردد مشکل دسترسی به سطوحی بسیار صاف وجود دارد. از نمونه¬های (مدلها) این تکنیک می¬توان در تولید به روش ریخته¬گری دقیق استفاده نمود. در این تکنیک حداکثر ابعاد مدل 560MM × 508 می¬باشد.[1]
شکل 2-4:مراحل عملیات در دستگاه LOM [3]
2-6 تکنیک SLS
در فرایند تف جوشی لیزری که در اختیار شرکت 3D SYSTEMS می¬باشد به جای رزین از مواد پودری مختلف برای ساخت قطعا¬ت استفاده می¬شود.
در این تکنیک مدل از لایه¬های پودر Sinter شده¬ایجاد می-شود. مکانیزم مخصوصی لایه لایه پودری را روی یک صفحه ساخت می¬گسترد و ماشین پودر را Sinter می¬نماید.
برای کاهش انرژی لیزر مورد نیاز Sintering پودر در محفظه ساخت سیستم پیش گرم می¬گردد. عمل پیش گرم 45 دقیقه طول می¬کشد. برای مثال سیستم درجه حرارت پودر نایلون را تا حدود (c 185) بالا می¬برد. همچنین به کاهش انقباض حرارتی لایه ها کمک می¬کند. ضمنا سبب کاهش اعوجاج نمونه طی مرحله ساخت می¬گردد. تکنیک SLS از چندین نمونه مواد از جمله PVC ، پلی کربناتها، موم ریخته گری دقیق و نایلون می¬تواند مدل را بسازد.[1]
شکل 2-5:شماتیک دستگاه SLS [3]
2-6-1 مراحل کار در فرایند SLS
فرآیند کار بدین ترتیب است که ابتدا مدل سه بعدی به صورت Surface و یا Solid در سیستم CAD ایجاد می گردد. سیستم دارای دو سیلندر می¬باشد. یک سیلندر پودر تغذیه شده را بعد از گداختن به سیلندر دیگر هدایت می¬نماید تا در معرض پرتولیزر CO2 قرار گیرد.
در این فرآیند نمونه ها در نرخ 0.05 اینچ تا 1 اینچ در هر ساعت ایجاد می¬گردد که بستگی به اندازه لایه، ضخامت مدل و پیچیدگی هندسی آن دارد. به جز مدلی که از مواد سرامیکی ساخته می¬گردد سایر موارد به Post curring نیاز دارند.[2]
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 66 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله پروژه کارشناسی نمونه سازی سریع Rapid Manufacturing