پروژه کارشناسی نمونه سازی سریع

Rapid Manufacturing

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 ۴۰% از زمان توسعه محصول شاید معادل ۴۰% 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

۱-۱ مقد مه

حمد و سپاس پروردگار عالميان را كه در سايه لطف و رحمتش توفيق آنرا يافتم كه در جهت ارتقاي علم و دانش ايرانمان گامي هر چند كوچك بر داريم و با شناخت بهتر رموز هستي بصيرتمان را براي شناخت قدرت ازلي شفاف تر سازيم.امروزه نياز به تكنولوزي و دانش برتر براي پايداري و حضور در رقابتهاي جهاني حرف را براي يكايك رشته هاي صنعتي مي زند . در دنياي كنوني ديگر توليد مهمترين شاخص صنعت نيست لذا فاكتورهايي مانند كيفيت بهتر و مهمتر از آن هزينه و زمان كمتر پايه هاي اصلي صنعت برترمحسوب مي شوند كه در حقيقت فاكتورهاي فوق به گونه¬اي لازم و ملزم همديگرند و عدم وجود هر كدام از آنها موجبات نقص در پيشبردو اهداف كلي را فراهم مي سازد.
با توجه به نيازهاي صنعت كنوني دانش كامپيوترو نرم افزار توانسته در تمامي مراحل صنايع را به اهداف خود نزديك سازد كه در اين بين شركتها و كشورهاي زيادي در جهت نيل به جهاني شدن ميدان رقابت تنگاتنگي را به وجود آوردند.
ازآنجا كه براي توليد هر قطعه¬اي به خصوص صنايع ظريف و دقيق مانند هواپيما سازي و پزشكي و هنري نياز به طرح مدل اوليه آن نيازي مبرم و اساسي است، علم جديد بر آن شده است كه بهترين راه حل ها را براي دسترسي به كيفيت بهتر مدل اوليه و نيز زمان توليد سريع و قيمت مقرون به صرفه ارائه دهديا به عبارت بهترعلم RP رابراي جهانيان عرضه كند.
صدالبته كه ما ايرانيان از دير باز براي دسترسي به افقهاي علوم نوين در تكاپو بوديم و براي پيشرفت سريع تر در دنياي حاضر خود را مستحق استفاده از علومي چون RPمي دانيم لذا با بهره گيري از دانش قدرتهاي برتر اين علم چون آمريكا و آلمان تمام تلاشهاي خود رامعطوف دستيابي به تازه هاي اين علم مي كنيم . علمي كه هم اكنون با اسم RP براي توليد يك مدل ارائه شده و افق RM (توليد سريع و چند هزار تايي)را پيش رو دارد .با در نظر گرفتن اين موضوع كه كيفيت از مهمترين فاكتورهاي توليد است بايد توجه داشته باشيم كه لحاظ كردن پیچیدگی هاي 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.[۵]
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،دراين 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 كه در تحقيقات مان بدان پرداخته¬ايم ساخت مستقيم قطعه ازمدل سه¬بعدي كامپيوتري CAD با استفاده از فناوري R.Pدر كمترين زمان ممكن است . به گونه¬اي كه پس از اجراي طرح در محيط CADآنرا با پسوند STL ذخيره كرده و سپس در يكي از محيط¬هاي زير شاخه Catiaطرح را بر لايه¬هاي بسيار نازك برش داده و نهايتا پس از انتقال آن به محيط CAM و لايه هاي روي هم قرار گرفته ماشينكاري آنرا شبيه سازي مي¬كنيم .در همين راستا ما سعي كرده¬ايم در مورد انواع نرم افزارهاي CADمورد نيازچون Solid Workو Catia براي ايجاد طرح Solidو لايه لايه كردن آن ونيز نحوه ذخيره¬سازي آن و همچنين نرم افزارهاي CAMمورد نياز مانندSurfcam , Power Mill توضيحاتي هر چند جزئي را ارائه بدهيم .ليكن لازم ديديم براي آشنايي هر چه بهتر با اين علم در مورد دستگاههاي توليدي و انواع روشهاي توليد سريع توضيحاتي مختصر را ارائه دهيم .
براي ساختن نمونه اوليه روشهاي زير وجود دارد كه اختلاف آنها در نحوه ساختن قطعه از لايه¬هاي متوالي و موارد بكار رفته¬است كه مي بايست كاربر مزيتها و كاستي-هاي هر يك را دقيقا تحقيق كرده و استفاده از روشهاي فناوري نمونه¬سازي سريع به عمل آورد روشهايي چون SLA, SLS, FDM, LOM كه توضيحات هر يك به نوبه خود ذكر شده¬است.
اميد است با انجام تحقيق فوق و عرضه آن در چنين اثري گامي هر چند كوچك را در پيشبرد صنعت كشورمان بر داشته باشم.[۱]

فصل دوم:

نمونه سازی سریع و انواع آن

۲-۱ 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:

۲-۱-۱ 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.

۲-۱-۲ 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.

۲-۱-۳ 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.

۲-۱-۴ 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.[۳]

۲-۲ مقدمه اي برتکنیکهای نمونه سازی سریع

شکل ۲-۱:مراحل کلی در نمونه سازی سریع[۳]

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.[۳]

۲-۳ تکنیک MJM

این فن آوری مدل سه بعدی را به سرعت Printer می سازد. در این فن آوری یک کلگی وجود دارد که دارای ۹۶ عدد نازل است که این نازل ها به صورت خطی در ۶ ردیف و ۱۶ 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.

شکل۲-۲:شماتیک دستگاه ومراحل کار درفرایند[۱]

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.[۱]
۲-۴ تکنیک SLA

اولین دستگاه نمونه¬سازی سریع در سال ۱۹۸۴ توسط «چارلز هال» اختراع شد و نخستین بار در سال ۱۹۸۷ توسط کمپانی آمریکایی ۳D 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 ۱۹۸۸ بیست عدد از این ماشینها به فروش رفت. در حال حاضر ۳۵ شرکت روی مساله فوق مطالعه و تحقیق کرده¬اند که از میان آنها ۱۲ شرکت موفق به ساخت ماشین نمونه¬سازی سریع به روشهای مختلف شده¬اند.[۳]
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 (۲۵۰× ۲۶۰ × ۴۵۰ 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 ۳۹ ساعت با قیمت نازل تر حدود ۹۰ 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 ۱۶ هفته و هزینه¬ای بالغ بر ۲۲۰۰۰ پاوند بوده است.[۲]

شکل ۲-۳:شماتیک دستگاهSLA

۲-۴-۱ 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 مي 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.[۲]

۲-۴-۲ نتایج حاصل از کاربرد SLA

۱- صحت فرضیات و محاسبات طراحی را که در مراحل اولیه انجام می¬شود، می¬توان ارزیابی کرد.
۲- به سرعت تغییرات طراحی موردنظر را اعمال نمود و نتیجه را مشاهده کرد.
۳- 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 ۲۵۰ و ۵۰۰ تعیین کننده حجم مخزن رزین فتوپلیمر است. در حال حاضر بزرگترین ابعادی که این تکنیک می¬تواند نمونه¬سازی نماید ۵۸۴mm× ۵۰۸ × ۵۰۸ می-باشد.[۱]

۲-۴-۲ 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 ۳۲۵ تا ۳۵۵ 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.[۴]

۲-۵ 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 ۵۶۰MM × ۵۰۸ می¬باشد.[۱]

شکل ۲-۴:مراحل عمليات در دستگاه LOM [3]

۲-۶ تکنیک SLS

در فرایند تف جوشی لیزری که در اختیار شرکت ۳D 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 ۴۵ 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.[۱]

شکل ۲-۵:شماتیک دستگاه SLS [3]

۲-۶-۱ 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 ۰٫۰۵ اینچ تا ۱ 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.[۲]

شکل شماره ۲-۶:بررسی ترتیب فرایند SLS بصورت آزمایشگاهی[۵]

۲-۷ تکنیک FDM

در این تکنیک ابتدامدل سه بعدی CAD به لایه¬های نازک تجزیه شده و برای ساختن نمونه¬مواد پلاستیکی به فرم سیم را ذوب نموده¬و لایه لایه روی هم قرار می¬دهند تا جسم را ایجاد نمایند و نیازی به کاربرد لیزر نمی¬باشد. در این روش از انواع پلاستیک به فرم سیم (FIJ, AMENT) می¬توان استفاده کرد. مطالعاتی بر روی کاربرد سیم فلزی نیز انجام شده است. ضخامت هر لایه در این تکنیک بین ۰٫۰۰۴ تا ۰٫۰۴ اینچ می باشد. ماده مصرفی فعلی غالبا به فرم WAX است. ابعاد هر لایه تا ۳۰۵ mm × ۳۰۵ می¬تواند باشد. از نکات مثبت این تکنیک ایمنی (در عدم کاربرد لیزر) آن و عدم نیاز به Postcurring می¬باشد. ضعف عمده این روش پایین بودن دقت سطوح نسبت به سایر تکنیک هاست.[۱]

شکل ۲-۷:شماتیک دستگاه FDM

۲-۸ تکنیک SPRAYFORM

TAFA اسم تجارتی پروسه SPRAYFORM می¬باشد. در این روش اشکال با جزییات خود کپی شده و تا ضخامت موردنظر( ۱mm الی ۴۰mm ) به صورت shell ساخته می¬شوند.

شکل ۲-۸:مراحل قالب سازی اسپری فلزی[۱]

مدل اصلی می¬تواند از جنس چوب، پلاستر، موم، رزین، مدل SLA باشد. روش کار به این صورت است که بعد از ایجاد خط جدایش در مدل، یک نیمه را روی صفحه چسبانده و سطح آن را با یک روکش شیمیایی پوشش می دهند و به این ترتیب مدل آماده برای مرحله SPRAYFORM می¬شود.
ضمنا ضخامت shell می تواند از ۱mm الی ۴۰mm باشد که بستگی به عملیات بعدی آن نظیر تزریق مواد و فشار تزریق دارد.

۱-۸-۱ ابزار کار

در این پروسه از پیستوله مخصوص جهت اسپری مواد مذاب فلزی استفاده
می¬گردد این پیستوله از یک سیستم هوای فشرده و قوس الکتریکی تغذیه می¬نماید. موادی که به صورت پودر اسپری می¬گردد عبارتند از: نیکل، مس، فولاد ضدزنگ، روی و آلومینیوم، اپراتور می¬تواند با اهرم مخصوص پاشش مواد پیستوله را قطع و وصل نموده و در تمام زوایا با میزان کم تا بیش از ۹۰ پوند در ساعت عمل اسپری را انجام دهد. این عمل به صورت سرد انجام می¬گیرد. سیم از طریق دو قرقره داخل سیستم تغذیه می¬شود و وزن آن بستگی به نیاز کاری دارد و محدوده آن از ۳۰۰ تا ۶۰۰ پوند می¬باشد.
سایر ابزارها عبارتند از: رگلاتور، شلگنهای اتصال، برق سه فاز و کمپرسور هوا.

۱-۸-۲ تقویت کننده ها (نگهدارنده)

مدل پوسته¬ای که به روش مواد گوناگون مانند رزین (تقویت شده با میله آلومینیومی) که دارای گرمازایی پایین و انقباض کم و زمان پخت سریع می¬باشد، تقویت می-شود. برای قطعات کوچک، آلیاژهایی با نقطه ذوب پایین با قابلیت ریخته گری خوب پیشنهاد می¬گردد. ضمنا این آلیاژها دارای قابلیت مکانیکی و حرارتی بسیار خوب می-باشند و خاصیت احیا و بازسازی مجدد را دارند. این مواد به صورت مذاب اطراف مدل پوسته ای ریخته می¬شوند و بعد از ریختن و مراحل تراکم و سرد شدن، یک نیمه قالب ایجاد می¬گردد. نیمه بعدی قالب با کمک نیمه دیگر مدل اصلی و طی مراحل مشابه ذکر شده تولید می¬شود. دو نیمه قالب بعد از تکمیل آماده برای تولید در محدوده ۲۵ تا ۰۰۰/۳۰۰ نمونه می¬باشد.[۱]

۲-۸-۳ مزایای روش SPRAYFORM

۱- کاهش زمان تولید: ضخامت ۴۰mm در ظرف ۵/۴ ساعت ساخته می¬شود و قالب با این روش درمدت ۱ الی ۲ روز تولید می¬گردد.
۲- کنترل پروسه ابزار سازی
۳- امکان تغییرات سریع را به خط تولید داده، بنابراین جوابگوی سریع تقاضای بازار است.
۴- تقلیل پرسنل تولیدی
۵- افزایش تولید
*در صورتی که قالب پیچیدگی کم و سختی مختصری داشته باشد تا ۱۰۰۰ نمونه دوام دارد.[۲]

فصل سوم:

نمونه¬سازی¬¬سریع به¬کمک¬ کامپیوتر CARP

۳-۱ مقدمه

زمان وبازار امروزه عامل کلیدی برای تعیین سود بخشی شمار در حال رشدی از کارخانه¬ها است. خواه این کارخانه یک کارخانه خودروسازی باشد که نیاز به عرضه یک مدل جدید خودرو دارد، یا یک تولید کننده اسباب بازی که باید مجوز تازه¬ترین محصولش را پس از نخستین نمایش فیلم، آماده داشته باشد و یا هر تامین کننده¬ای که با موعد مشخص برای عرضه محصول خود روبرو است، اولین سوالی که از تامین کننده¬های قطعات می¬شود این است که در چه زمانی محصول را تحویل می¬دهند؟
همه این تولید کننده¬ها دایما در جستجوی راه¬هایی برای کاهش زمان مصرفی در بخش طراحی و ارایه محصولات جدید هستند. اصل ‘Right First Time’ هدفی است که بسیاری تلاش می¬کنند تا به آن برسند،اما کمتر کسی می تواند ادعا کند که موفق بوده¬است. برای توفیق یافتن در این امر، طراح باید بتواند که نمونه¬ای فیزیکی از ایده¬اش را هر چه سریعتر در طی یک فرآیند توسعه¬بسازد. اگرچه مرحله طراحی اولیه نوعا حدود ۱۰ درصد از بودجه طرح توسعه را مصرف می¬کند، تصمیمات اتخاذ شده در طول این مرحله حدود ۹۰ درصد از کل بودجه را دربر می¬گیرد. مهندس به کمک کامپیوتر (CAE) و برنامه ریزی نمونه سازی موفقیت آمیز، می¬تواند خروج طرح های نامناسب را از فرآیند تولید تضمین کند.
نمونه¬سازی سریع به کمک کامپیوتر با ایجاد یک مدل سه بعدی با سیستم CAD آغاز می¬شود. نرم افزار CAD امکاناتی را برای تعریف هندسه و تایید دقت و مشخص های ابعادی در مرحله مدل سازی فراهم می¬کند. مدل CAD تعریف مرکزی هندسه اجزای موردنیاز برای تجزیه و تحلیل و تولید نمونه فیزیکی است. برنامه های CAE به طور فزاینده¬ای روش های مناسب برای انجام آزمایش های اولیه، بدون هیچ نیازی به تولید قطعات نمونه را فراهم می¬کند. این برنامه¬ها اکنون محدوده وسیعی از مهندسی نرم افزار را در بر می¬گیرند: برای پیش بینی اجرا، نظیر تنش و محاسبات دینامیک سیالات محاسباتی و برای فرآیندهای شبیه سازی تولید، شامل جریان فلز مذاب و سفت شدن در طول فرآیند ریخته گری و جریان پلاستیک در خلال فرآیند قالبگیری تزریقی، قالبگیری دمشی و اکستروژن.
در سال های اخیر، روش های متنوعی برای تولید نمونه ها با فن آوری FFFF یا “ساخت سریع بدون شکل” در کنار دیگر سبک های نمونه¬سازی سریع، نظیر ماشین کاری با سرعت بالا عرضه شده¬است. روش های FFFF مدل های سه¬بعدی را¬از سیستم های CAD گرفته و آنها را به یک سری از لایه-های دو بعدی بسیار ریز تبدیل می¬کنند، دستگاه هر لایه-جزیی را به ترتیب ساخته¬وآنهارا به صورت یک نمونه سه-بعدی در می¬آورد.[۵]
انتقال دقیق داده¬ها بین سیستم و CAD دستگاه نمونه سازی، به طور آشکار، اساس به دست آوردن کیفیت، نمونه است. پروژه CARP برای ارایه روش هایی که ترکیب قابل قبولی از و CAE, CAD و روش های نمونه¬سازی سریع به دست خواهند داد و همچنین استفاده از این سه فن¬آوری برای توانایی عرضه سریع¬تر و موثرتر محصولات جدید، معرفی شده است.[۴]

۳-۲ قابلیت کاربردی FFFF

بخشی از تحقیقات اخیری که توسط طرح تحقیقاتی CARP انجام گرفته، شامل برآورد و آنالیزی از مزایای بالقوه FFFF است مشخص شده¬است که اینها از صنعتی به صنعت دیگر وابسته به Lead time ها و هزینه¬های روش های مرسوم دیگر تغییر می¬کنند. به طور کلی نتایج آشکار می-کند که:
– پیچیدگی (برای ساخت) به علاوه پیچیدگی هندسی اجزاء استفاده از FFFF را مناسب می¬کند.
– ابتدائا قطعات لایه¬ای تولید شده برای تجسم سریع طرح و تایید آن استفاده
شده¬اند. برآورد آشکار می¬کند که مدل¬های سنتی برای کاربرد نوعا on- off بوده¬اند، جایی که اینها می¬توانند فورا با ماشین کاری CNC از فلز تولید شده¬باشند. FFFF به طور رایجی نمی¬تواند در هزینه یا زمان رقابت کند.
– در مقابل تولید نمونه (نمونه از مدل متفاوت است. بدین معنا که نمونه از ماده موردنیاز بوده و می¬تواند از نظر عملکرد امتحان شود) برای end- use زمان و هزینه بیشتری را در روش های سنتی نسبت به FFFF مصرف می¬کند. بسته¬های ۵-۳ ، ۵۰-۳۰ و ۳۰۰-۱۰۰ تایی برای نمونه¬های کاربردی مرسوم هستند. برای تعداد بیشتر، اغلب ابزار سازی لازم است و اینجا است که FFFF نقش اصلی¬اش را ممکن است پیدا کند.
یک تجزیه و تحلیل دقیق در فرآیند ارایه موتورهای خودرو انجام شده و آشکارا نشان می¬دهد که سرسیلندر یکی از بحرانی ترین اجزایی¬است که روی lead time تولید یک موتور جدید اثر می¬گذارد. در این رابطه زمان ذخیره شده در تولید نمونه از اجزای با lead time کمتر هیچ اثری روی تحویل اولین نمونه کامل نخواهد داشت. این نتیجه گیری، کنسرسیوم CARP را به گنجاندن دو سرسیلندر در میان مطالعات موردی به کار رفته در طرح گسترش مهارت ها و فن آوری نمونه¬سازی سریع وادار کرد.[۵]

۳-۳ انتخاب یک سیستم نمونه¬سازی سریع

یکی¬از اولین بخش¬های کاری که توسط طرح CARP به عهده گرفته¬شده، مقایسه¬ای از انواع فن آوری های FFFF بود. یک benchmark عرضه شد و به تامین کنندگان تجهیزات مختلف به صورت یک فایل STL که از یک مدل CAD و توسط نرم¬افزار DUCT از Delcam ایجاد شده ارایه شد. هدف¬از ارایه¬این benchmark تدارک دیدن آزمایش هایی بوده¬است برای:
– دقت ابعادی در صفحه
– تلرانس هندسی
– قابلیت تولید پیش آمدگی¬ها (overhangs)
– اثر ضخامت جداره روی دقت ابعادی و هندسی
– قابلیت ساخت زوایای شیب
– قابلیت ساخت سطوح بی¬شکل (Free Form)
– قابلیت تولید قطعات کوچک
– قابلیت تولید شعاع¬های فیلت داخلی¬و¬خارجی¬در اندازه¬های مختلف
– دقت در عرض قطعه
احساس شد که این محدوده از آزمایش ها همه نیازهای احتمالی کاربران فن¬آوری نمونه¬سازی سریع را براساس بازاریابی انجام شده توسط همکاران طرح پوشش می-دهد.[۳]

۳-۳ استریولیتوگرافی SLS

مدل در یک خم رزین قابل پرورش (curable) ماورای بنفش (UV) ایجاد می¬گردد. یک باریکه لیزر اسکن کننده X-Y برای جامد کردن هر لایه به کار می¬رود. بعد از اینکه هر لایه شکل گرفت، مدل زیر سطح مایع قرار داده می¬شود تا لایه بعدی امکان شکل گرفتن را پیدا نماید.

۳-۴ تولید جسم لایه لایه LOM

مدل با لایه لایه روی هم گذاشتن توسط واسطه تغذیه قرقره ای ایجاد می¬شود. لیزر CO2 برای برش شکل هر لایه و برش مواد زاید به صورت مکعب ها به کار می¬رود و پس از تولید مواد زاید برای نمایاندن مدل موردنظر جدا می-گردد.