چاپگر سه بعدی، انقلابی در تولید قطعات صنعتی
گردو دانلود: چاپگر سه بُعدی از مدرن ترین فرآیندهای طراحی و تولید ملزومات صنایع مختلف شمرده می شود که تلاش نخبگان کشورمان دراین زمینه ما را در ساخت خیلی از قطعات پیچیده صنعتی خودکفا کرده است به نحوی که دستاوردهایی مانند شبیه سازی بافت بدن انسان در عرصه سلامت و تولید قطعات بتنی با استاندارد دقیق در عرصه شهرسازی جزء افتخارات اخیر شرکت های دانش بنیان فعال دراین زمینه شمرده می شود که نیازمند حمایت مسؤولان مربوط هستند.
به گزارش خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، چاپ سه بعدی از فرآیندهای تولیدی مدرن به حساب می آید که در سالهای اخیر به انواع صنایع نفوذ کرده و کارآیی های مختلفی را ارائه کرده است. چاپ سه بُعدی «۳D Printing» در تعریف ساده به پروسه تولید اجسام سه بعدی از فایل های دیجیتال گفته می شود، تولید اجسام سه بعدی در این تکنیک به کمک فرایندهای افزودنی صورت می گیرد، در این فرایندها اجسام با روی هم قرار گرفتن لایه های گوناگون ساخته می شوند، به نحوی که هریک از لایه ها را می توان به عنوان برشی افقی با ضخامت کم از محصول نهایی در نظر گرفت.
چاپگر سه بُعدی، انقلابی در تولیدات صنعتی
پروسه تولید افزودنی یا همان چاپ سه بعدی در مقابل فرایندهای تولید برداشتی قرار می گیرد. در فرایندهای برداشتی برای رسیدن به محصول نهایی باید قطعه هایی از یک ماده ی خام برش داده شده یا اصطلاحا تراشیده شوند، برداشتن مواد نیز توسط ماشین آلات تولیدی همچون فرز یا ماشین تراش صورت می گیرد، درحالی که چاپ سه بعدی امکان تولید قطعات با موادی بسیار کمتر را نسبت به فرایندهای سنتی تولیدی فراهم می آورد، بعلاوه قطعات با پیچیدگی بیشتر در طراحی هم با چاپ سه بعدی آسان تر تولید می شوند.
پرینتر سه بعدی بوسیله دستورات نرم افزاری قطعه را می سازد و روش کار به این صورت است که قطعه کار به برش های فرضی تقسیم بندی شده و در هر مرحله یک لایه پرینت تشکیل می شود، پس از اتمام لایه اول، میز پرینتر به اندازه لایه بعدی از نازل دستگاه فاصله می گیرد و لایه دوم بر روی لایه اول پرینت می شود. هرچه فاصله بین لایه ها کمتر باشد، مواد مصرفی بیشتر درهم فرو می رود و جوش قوی تری بین لایه های پرینت سه بعدی شکل می گیرد و به همین علت کیفیت خروجی بهتری را می توانیم داشته باشیم.
چاپگر سه بعدی را می توان ترکیبی از دستگاه تزریق پلاستیک و «CNC» دانست، چونکه روش کار «CNC»دقیقاً شبیه به پرینتر سه بعدی است و «CNC» نیز مطابق با دستورات «G-CODE» نرم افزار قطعه کار را می سازد. تفاوت دستگاه «CNC»و پرینتر سه بعدی در این است که در «CNC»یک بلوک قرار دارد و شما با تراش این بلوک به صورت نهایی می رسید، در صورتیکه در این دستگاه از صفر قطعه کار ایجاد می شود، به همین دلیل میزان ضایعات دستگاه سه بعدی بسیار پایین تر از «CNC» است.
ساخت بزرگ ترین چاپگر سه بُعدی ایران
پژوهشگران دانشگاه صنعتی اصفهان سال ۱۳۹۹ موفق به طراحی و تولید بزرگ ترین چاپگر سه بعدی ایران شدند. بگفته «دکتر حسین حسنی» عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی اصفهان، با این پرینتر سه بعدی امکان تولید کامپوزیت های تقویت شده و بهبودیافته توسط الیاف مختلف بمنظور بهره گیری در صنایع مختلف ممکن شده است.
وی با بیان اینکه چاپ سه بعدی با روش لایه گذاری مذاب پلیمری (FFF) به دلیل هزینه پائین، درحال تبدیل شدن به یکی از پر اهمیت ترین روش های تولید قطعات صنعتی است، اظهار داشت: «با این وجود قطعات تولیدشده با این تکنیک، نسبت به روش های متداول دیگر، استواری پایین تری دارند.»
«دکتر حسین حسنی» عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی اصفهان با اشاره به امکان تولید دقیق قطعات پیچیده سه بعدی تا ابعاد ۷۰ در ۴۸ در ۴۸ سانتی متر با استفاده از دستگاه تولید شده، اضافه کرد: «در این چاپگر یکی از دو سامانه لایه گذار، توانایی تغذیه همزمان الیاف ممتد با کارآیی بالا نظیر الیاف کربن، شیشه و کولار همراه با پلیمر را دارد و سامانه دیگر بصورت جداگانه رشته های پلیمری گرمانرم نظیر پلی لاکتیک اسید، اکریلو نیتریل بوتادین استایرن، پلی استر، پلی پروپیلن و نایلون را لایه گذاری می کند.»
دکتر حسنی افزود: «این دستگاه توانایی تولید کامپوزیت های سه بعدی و دوبعدی تقویت شده با الیاف در شکل های سه بعدی را دارد که در صنایع مختلف همچون حمل و نقل، صنعت هوافضا، پروتزهای مصنوعی برای استفاده افراد معلول، پره توربین های بادی در مقیاس کوچک، تولید قطعات پیچیده مورد استفاده در ماشین های صنعتی و قطعات ضربه گیر خودرو مانند جعبه های تصادف کاربرد دارد.»
طراحی بافت های انسانی با چاپگر سه بعدی ایرانی
شرکت «امیدآفرینان مهندسی آینده» در سال ۱۳۹۵ توسط سه تن از دانش آموختگان دانشگاه صنعتی شریف تأسیس شد و در آبان ماه ۱۳۹۶ توانست به جمع شرکت های دانش بنیان بپیوندد. این شرکت موفق به چاپ نمونه های آزمایشگاهی اعضاء بدن مانند گوش و بینی شده و نمونه هایی مانند جمجمه حیوانات را به مرحله تست حیوانی نزدیک کرده است.
چاپگرهای زیستی سه بُعدی سری «BioFab» با اتکاء به سیستم عملگرهای نیوماتیکی و قابلیت اعمال فشار بالاچاپ، گستره وسیعی از مواد زیستی جهت ایجاد بافت هایی همچون قلب، پوست، غضروف یا استخوان را فراهم می آورد که این مساله به کاربر آزادی کاملی در انتخاب مواد زیستی را می دهد.
دستگاه «PioneerX۲» یک چاپگر زیستی با دو ماژول پرینت مبنی بر فناوری اکستروژن است که امکان کنترل دقیق حجم ماده پرینت شده را فراهم می آورد. این توانایی خصوصاً در مورد پرینت باکیفیت محلول های سلولی و هیدروژل هایی با ویسکوزیته پایین، اهمیت دوچندان پیدا می کند. محققان به کمک این چاپگر می توانند بافت و اندام زنده بمنظور ارزیابی عملکرد داروها و مواد آرایشی - بهداشتی یا جایگزینی بافت های لطمه دیده بیماران را تولید کنند.
«علی یزدانی»، مدیرعامل شرکت امیدآفرینان مهندسی آینده، آذرماه سال گذشته(۱۴۰۲) درباب تجربه ی حضور در نمایشگاه ایران ساخت، اظهار داشت: «دستگاه چاپگر زیستی سه بعدی، پرفروش ترین محصول ما در نمایشگاه ایران ساخت بوده و فروش خوبی در نمایشگاه ایران ساخت داشتیم. البته فروش شرکت ما بیشتر داخلی است و اساسا بخش قابل توجهی از این فروش را مرهون حضور در نمایشگاه ایران ساخت هستیم.»
ساخت نخستین پرینتر سه بُعدی فلزی در ایران
یکی از شرکت های دانش بنیان با تولید چاپگرهای سه بعدی فلزی بوسیله تکنولوژی SLM که در انحصار چند کشور معدود بوده، امکان تولید مستقیم پیچیده ترین قطعات از فایل های سه بعدی را با بالاترین دقت فراهم نموده است.
درهمین رابطه «احمد فروزمهر» مدیرعامل این شرکت دانش بنیان با اشاره به تولید چاپگرهای سه بعدی، اظهار داشت: «این دستگاه مبتنی بر تکنولوژی «SLM» است که از پودر آلیاژ به عنوان ماده اولیه و لیزر به عنوان ابزار ساخت استفاده می نماید. این تکنیک امکان تولید قطعات با هر پیچیدگی را بطور مستقیم از فایل سه بعدی آنها فراهم می آورد. در این تکنیک، محصول فلزی نهایی با هرگونه پیچیدگی، مستقیما بدون نیاز به عملیات ثانویه خاصی از فایل سه بعدی آن ایجاد می شود. در این پروسه لیزر توان بالا برای ذوب پودر فلزی و آمیختن آنها به هم استفاده می شود.»
وی با بیان اینکه زمانی که یک لایه تشکیل می شود، یک لایه پودر جدید روی سطح ساخت گسترده می شود؛ ضخامت لایه ها را ۲۰ تا ۱۰۰ میکرون دانست و تصریح کرد: «از جمله موادی که در پروسه مورد استفاده قرار می گیرند، فولاد ابزار، فولاد زنگ نزن، کبالت کروم و تیتانیوم هستند. زمانی که مواد واکنش زا مانند تیتانیوم یا آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرند، میزان اکسیژن در محفظه مُهر و موم شده باید به حداقل برسد تا از اکسیدشدن ماده و نقص های بعدی جلوگیری نماید.»
مدیرعامل این شرکت دانش بنیان اظهار داشت: «این دستگاه برای ساخت قطعات موردنیاز صنایع نیروگاهی، هوافضا، خودرو، ساخت قالب های صنعتی، پزشکی و دندانپزشکی به کار می آید. این دستگاه همین طور در حوزه تحقیقات در عرصه علوم مهندسی مکانیک و متالورژی نیز قابلیت های مختلفی دارد.»
فروزمهر اضافه کرد: «ما اولین سازنده پرینتر سه بعدی فلزی (SLM) در کشور هستیم که ساخت آن تا قبل از این تنها در انحصار چهار کشور آمریکا، انگلیس، آلمان و فرانسه بوده و به علت تحریم ها، واردات این تجهیزات ممکن نبوده است.»
بومی سازی چاپگرهای سه بُعدی سازه های بتنی
محققان دانشگاه مازندران سال قبل موفق شدند، چاپگرهای سه بعدی تولید بتن را بومی سازی کنند. «حبیب اکبرزاده بنگر» سرپرست این تیم تحقیقاتی با بیان اینکه استفاده از پرینتر یا چاپگرهای سه بعدی بتن، افزایش سرعت ساخت سازه و کاهش استفاده از انرژی و مصالح را سبب می شود، اظهار داشت: دقت چاپگر سه بعدی بومی سازی شده در این دانشگاه، کمتر از یک میلی متر است.
وی با اشاره به اینکه دستیابی به دانش ساخت بتن مورد استفاده برای این گروه از چاپگرها نیز بسیار بااهمیت است، اضافه کرد: «برای جلوگیری از به هم ریختگی لایه های بتن و رسیدن به ویسکوزیته یا لزجت کافی در ساخت بتن، از ماسه های ریزتر و نیز مواد خودمراقبتی بومی استفاده شد.»
سرپرست این تیم تحقیقاتی با تأکید بر اینکه مقاومت بین لایه های بتن تولید شده با استفاده از این تکنیک، ۱۰ تا ۳۰ کیلوگرم بر سانتی مترمربع است، مقاومت فشاری حاصل از این نوع بتن را هم، سه تاپنج برابر بیش از مقاومت فشاری بتن های معمولی عنوان نمود. شایان ذکر است، با استفاده از پرینت سه بعدی می توان سازههای دیوار را از نظر توپولوژیکی بهینه و تا حدی توخالی کرد و بدین سان نیاز به مصرف مواد تا حد بسیار زیادی کاهش مییابد، همین مسئله موجب می شود تا لطمه کمتری نیز به محیط زیست وارد شود.
یکی دیگر از نکات مهم، این است که با استفاده از این فناوریهای سه بعدی میتوانید میزان ضایعات تولیدشده طی یک پروژه معمولی را تا ۳۰ درصد کاهش دهید که خود عدد قابل توجهی است. در حقیقت پروسه کار به این شکل است که قطعات مختلف چاپ شده و مواد بلااستفاده خیلی سریع و راحت بازیافت میشوند و حتی میتوان آنها را برای استفادههای بعدی ذخیره کرد.
یکی دیگر از مزایای ساخت سازه ی بتنی با پرینت سه بعدی این است که با استفاده از آن میتوان بینهایت طرح برای سازه خود در نظر گرفت. در حقیقت تنها چیزی که میتواند پرینترهای سه بعدی را محدود سازد، تخیل معماران خواهد بود. با این تکنولوژی میتوان پیچیده ترین و مشکلترین سازه ها را - که ساخت آنها با روشها سنتی هزینه و انرژی زیادی میبرد - در کوتاهترین مدت زمان ممکن عملی کرد.
ساخت یک محله با چاپگر سه بُعدی
مزرعه گرگ «Wolf Ranch» محله ای متشکل از خانه های چاپ شده‌ی سه بعدی کنار رودخانه سَن گابریل در تپه های جورج تاون تگزاس است. ساخت این شهرک در سال ۲۰۲۲ با برنامه ریزی پروژه برای ساخت ۱۰۰ واحد خانه شروع شد و این پروژه را به بزرگ ترین گروه از خانه های پرینت سه بعدی تبدیل کرد.
بنا به گزارش اخیر رویترز، مزرعه گرگ حالا درحال تکمیل شدن است و چند خانه ی آخر آن تابستان امسال پرینت سه بعدی می شوند. در مزرعه گرگ هشت مدل مختلف خانه وجود دارد که ارزان ترین آنها با ۱۴۶ مترمربع فضا با سه اتاق خواب و دو حمام از حدود ۴۳۰ هزار دلار شروع شده و مدلهای بزرگ تر و گران تر نیز در دسترس هستند.
این شهر حاصل همکاری «ICON» (استارت آپ مستقر در تگزاس و متخصص چاپ سه بعدی در مقیاس بزرگ) و «Lennar» (یکی از بزرگ ترین سازندگان خانه در ایالات متحده) است. هر ساختمان با استفاده از یک چاپگر سه بعدی غول پیکر تولید شده که بتن و سایر مصالح را در یک طرح از پیش برنامه ریزی شده طبقه بندی می کند و خانه را از پایین به بالا می سازد. اثرات این تکنیک داخل دیوارهای خانه ها باقی می ماند و به آنها حالتی راه راه می بخشد. سپس یک سقف فلزی دَرزدار در بالای ساختمان قرار می گیرد که با پنل های خورشیدی تزئین شده است تا به تامین برق خانه کمک نماید.
بگفته «ICON»، چاپ سه بعدی به خانه ها اجازه می دهد با سرعت و مقیاسی کم مصرف با حداقل ضایعات مواد، تحویل داده شوند. با این تکنیک ساختمان هایی ایجاد می شود که از نظر فناوری؛ پیشرفته، از نظر زیست محیطی؛ پایدار و از نظر معماری؛ چشم گیر هستند. این شرکت استارتاپی در کنار تعدادی دیگر از پروژه های زمینی، جاه طلبی های جسورانه ای هم دارد تا جوامع «خارج از جهان» را در کره ماه و فراتر از آن بسازد. در این راستا سال ۲۰۲۲ این شرکت قراردادی ۵۷.۲ میلیون دلاری از ناسا برای توسعه فناوری های ساخت وساز دریافت کرد که می تواند به ساخت زیرساخت های چاپ سه بعدی مانند سکوهای فرود، جاده ها و خانه ها در سطح کره ماه و کره مریخ کمک نماید.
با توجه به مطالب فوق، چاپگر سه بُعدی مدرن ترین پروسه تولید قطعات پیچیده صنعتی بوده و به کارگیری احسن از آن، سبب خودکفایی کشورمان در خیلی از دستگاه های صنعتی می شود، به نحوی که؛ این تکنیک تولید نه فقط نسبت به روش سنتی به صرفه تر و سریع تر است، بلکه دقت و کاربرد مناسب تری نسبت به نمونه های تولیدی خود به روش سنتی دارد و کشورمان را از واردات قطعات مصون می دارد. بدین سبب پشتیبانی از شرکت های دانش بنیان فعال در این عرصه، می تواند جمهوری اسلامی ایران را به دستاوردهای بزرگی در حوزه سلامت، شهرسازی، هوافضا و غیره برساند.
منبع: gerdoodl.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب