Rapid Prototyping و کاربرد آن با پرینتر سه بعدی

Rapid Prototyping و کاربرد آن با پرینتر سه بعدی نیکانو

راهنمای نهایی برای ساخت سریع نمونه‌ اولیه (Rapid Prototyping) جهت بهبود محصول


Rapid Prototyping و کاربرد آن با پرینتر سه بعدی 1

هر از گاهی در طول دوره ها، یک  نام یک فناوری، ایده، اتفاق و یا محصولی بسیار بر سر زبان ها می افتد و ما آن را به وفور می شنویم اما در بسیاری از مواقع درک درستی از ماهیت و جزییات آن نداریم.فقط راجع به آن می شنویم.در چند سال اخیر هم از پرینتر سه بعدی و کاربرد آن در نمونه سازی سریع اولیه یا Rapid Prototyping بسیار شنیده ایم اما شاید درک درستی از کاربرد آن در کسب و کار خود نداشته باشیم.در این مقاله قصد داریم  در رابطه با Rapid Prototyping و نقش پرینتر سه بعدی در آن توضیحات کاملی را بدهیم.پس اگر کسب و کار شما تا حدودی با صنعت و هنر و طراحی محصول، حتی به مقدار بسیار کم مرتبط است این مقاله را از دست ندهید.با نیکانو همراه باشید.

طراحان و مهندسان مدل‌ های موقت مفهومی را با ابزارهای ساده می‌سازند، اما ساخت یک نمونه اولیه کاربردی معمولا به همان فرآیندهایی نیاز دارد که در ساخت محصول نهایی بکار می‌رود. روش‌ های ساخت سنتی مانند قالب‌ گیری تزریقی Injection molding یا CNC نیازمند ابزارکاری و تنظیمات پر هزینه است که ساخت نمونه‌ های اولیه را در حجم کم و به صورت سفارشی، گران می‌کند.
تکنیک ساخت سریع نمونه‌ ی اولیه که از اینجا به بعد آن را Rapid Prototyping  می نامیم، به کمپانی‌ ها کمک می‌کند تا ایده‌ها یشان را به اثبات‌ مفهومیِ Proof of concept واقع‌ گرایانه تبدیل کنند، این مفاهیم را به نمونه‌ های اولیه‌ ی با کیفیتی که مانند محصولات نهایی هستند و مانند آنها کار می‌کنند ارتقا دهند، و محصولات را از زنجیره‌ای از مراحل ارزیابی به سمت تولید انبوه گذر دهند.
طراحان و مهندسان با کمک Rapid Prototyping می‌توانند نمونه‌ های اولیه را سریع‌ تر از قبل مستقیما از داده‌های CAD بسازند، و اصلاحات سریع و مکرر را بر اساس بازخورد و آزمایش در دنیای واقعی اجرا کنند.
در این راهنما، چگونگی استفاده از Rapid Prototyping در فرآیند طراحی و کاربرد های آن را می‌آموزید؛ همچنین می‌آموزید که امروزه کدام‌ یک از ابزارهای تکنیک ساخت سریع نمونه‌ ی اولیه در دسترس تیم‌ های طراحی محصول قرار دارد.

Rapid Prototyping چیست؟
چرا باید از Rapid Prototyping استفاده کرد؟
کاربردهایRapid Prototyping چیست؟
ابزارهای Rapid Prototyping کدام است؟

Rapid Prototyping چیست؟
Rapid Prototyping ، مجموعه‌ای از تکنیک‌ هاست که جهت ساخت نمونه‌‌ ی کوچکی از یک قطعه‌ ی فیزیکی با استفاده از داده‌ های طراحی با کمک رایانه (CAD)، از آنها استفاده می‌شود. چون این بخش‌ ها را بر خلاف روش‌ های لایه‌ برداری سنتی، معمولا با استفاده از تکنیک‌ های افزاینده می‌سازند، این اصطلاح مترادف تولید افزایشی Additive manufactuiring و پرینت سه بعدی شده است.
تولید افزایشی رقیبی طبیعی برای Rapid Prototyping است. این روش تقریبا امکان ساخت همه‌ جور شکل را فراهم می‌کند، به ابزارکاری نیاز ندارد، و می‌تواند قطعاتی با ویژگی‌ هایی تقریبا مشابه قطعاتی که با روش‌های سنتی ساخته می‌شوند، بسازد. فناوری‌ های پرینت سه‌ بعدی از دهه‌ ی 80 میلادی مطرح شده‌اند، اما هزینه‌ و پیچیدگی زیاد آنها کاربردشان را به شرکت‌ های بزرگ محدود کرده‌ بود و شرکت‌ های کوچکتر را واداشته بود تا جهت استفاده از چنین فناوری‌ هایی به شرکت‌ های خارجی رجوع کنند و بدین ترتیب هر بار چند ماه در انتظار بمانند.
پیدایش چاپگر های رومیزی این وضعیت را تغییر داده است؛ هر روزه گرایش به استفاده از این چاپگر ها افزایش می‌یابد و نشانه‌ ای از توقف این روند نیز دیده نمی‌شود. مهندسان و طراحان با استفاده از پرینتر سه‌ بعدی پس از ایجاد طرح‌ های دیجیتالی به سرعت می‌توانند نمونه‌ ی فیزیکی آن را مشاهده کنند. اکنون می‌توان نمونه‌ های اولیه را ظرف یک روز ساخت و بر اساس تحلیل و آزمایش بر نمونه‌ ی فیزیکی، اصلاحات را به سرعت بر روی طرح، اندازه، شکل یا ساختار انجام داد. در نهایت، تکنیک ساخت سریع نمونه‌ ی اولیه به کمپانی‌ ها کمک می‌کند محصولات بهتری را سریع‌ تر از رقیبانشان روانه‌ ی بازار کنند.

Rapid Prototyping و کاربرد آن با پرینتر سه بعدی 10
طراحان با استفاده از فناوری پرینت سه‌ بعدی می‌توانند به سرعت بین طرح‌ های دیجیتالی و نمونه‌ های فیزیکی جابجا شوند، جزئیات را اصلاح کنند، و بدین ترتیب سریعتر به محصول نهایی دست پیدا کنند.


چرا باید از Rapid Prototyping استفاده کرد؟
سریعتر به ایده‌ها تحقق ببخشید و آنها را بهتر کاوش کنید.
Rapid Prototyping با داشتن ریسک کم و بدون نیاز به صرف زمان زیاد، ایده‌ ها را به واقعیتی تبدیل می‌کند که تقریبا تفاوتی با محصول نهایی ندارد. این تکنیک به طراحان امکان می‌دهد به چیزی فراتر از واقعیت مجازی دست پیدا کنند؛ در واقع طراحان با استفاده از آن می‌توانند به آسانی ظاهر و حسی را که یک طرح القا می‌کند بفهمند، ایده‌ ها را کنار هم بگذارند و آنها را با هم مقایسه کنند.

انتقال موثر ایده‌ ها
مدل‌ های فیزیکی به طراحان امکان می‌دهد تا طرح‌ هایشان را با همکاران، مشتریان و سایرین به اشتراک بگذارند و بدین ترتیب با روشی موثرتر نسبت به مشاهده طرح‌ ها بر روی صفحه‌ ی نمایش، ایده‌ ها را منتقل کنند. Rapid Prototyping امکان ارائه‌ ی بازخورد واضحی را که برای پالایش و بهبود طرح‌ ها توسط طراحان ضروری است، فراهم می‌کند.

طراحی تکراری و اعمال فوری تغییرات
طراحی یک فرآیند تکراری است که نیازمند چندین بار آزمایش، ارزیابی و پالایش پیش از ساخت محصول نهایی است. Rapid Prototyping به کمک پرینت سه‌ بعدی، انعطا‌ف‌پ  پذیری کافی جهت ساخت سریع‌ تر نمونه‌ های واقع‌ گرایانه‌تر و اعمال آنی تغییرات را فراهم می‌کند و بدین ترتیب این فرآیندِ حیاتی آزمایش و خطا را ارتقا می‌بخشد.

Rapid Prototyping و کاربرد آن با پرینتر سه بعدی 3

مراحل تکراری و متوالی ساخت یک بخیه، یک دستگاه‌ بخیه‌ زن جراحی خودکار که نمونه‌ ی اولیه‌ ی آن با خدمات پرینت سه بعدی SLA ساخته شده است.


ساخت یک مدل خوب، یک چرخه‌ ی طراحی 24 ساعته است: طراحی هنگام کار، پرینت سه‌ بعدی قطعات در طول شب، تمیزکاری و آزمایش در روز بعد، بر پا کردن و تنظیم نمودن طرح، و سپس تکرار مراحل.

صرفه‌جویی در هزینه و زمان
با استفاده از پرینت سه‌ بعدی دیگر نیازی به ابزارکاری و تنظیمات پر هزینه نیست؛ از تجهیزات یکسانی می‌توان برای ساخت اشکال مختلف استفاده کرد.
انجام آزمایشات کامل و حداقل کردن نقص‌ های موجود در طرح‌
طرح و ساخت یک طرح در داخل شرکت، و به تبع آن یافتن و اصلاح نقص‌ های احتمالی موجود در طرح به شرکت‌ ها کمک می‌کند تا از بازبینی‌ های پر هزینه در طراحی و تغییرات در روش ساخت مدل در آینده اجتناب کنند.
Rapid Prototyping به مهندسان امکان می‌دهد تا نمونه‌ هایی را که مشابه محصول نهایی هستند بررسی و آزمایش کنند؛ بدین ترتیب خطر  وجود مشکلاتی در تولید و کارایی محصول، پیش از تولید نهایی آن کاهش می‌یابد.

کاربردهای Rapid Prototyping چیست؟
با توجه به تکنیک‌ ها و متریال های مختلف موجود، ساخت سریع نمونه با استفاده از پرینتر سه بعدی ، در سراسر فرآیند تولید محصول، از طراحی مدل‌ های مفهومی اولیه تا فرآیند های مهندسی، ارزیابی و تولید نهایی، به مهندسان و طراحان کمک می‌کند.

مدل‌های مفهومی
مدل‌های مفهومی یا نمونه‌ های اثبات مفهوم (POC) به طراحان کمک می‌کند تا ایده‌ ها و فرض‌ ها را ارزیابی کنند و کارامدی یک محصول را آزمایش نمایند. مدل‌ های مفهومی فیزیکی می‌توانند با استفاده از نمایش کم هزینه و کم خطر یک ایده، آن را برای سهام‌ داران به نمایش بگذارند، سبب بحث و گفتگو در موردش شوند، و تصمیم‌گیری در مورد پذیرش یا رد آن را تسهیل کنند.

Rapid Prototyping و کاربرد آن با پرینتر سه بعدی 4
طراحان در استودیوی طراحی و مشاوره‌ ی شرکت سوییسی پنتر و تورون {Panter & Tourron} از پرینت سه‌ بعدی جهت ساخت یک محصول، از طرح مفهومی تا مدل نهایی، در عرض دو هفته استفاده کرده‌اند.


کلید موفقیت در مدل‌سازی مفهومی سرعت است؛ طراحان پیش از ساخت و ارزیابی مدل‌ های فیزیکی، تعداد زیادی ایده را خلق می‌کنند. در این مرحله، کاربردپذیری و کیفیت اهمیت کمتری دارد و تیم‌ ها بیشتر به آماده‌ سازی سریع توجه می‌کنند.
خدمات پرینت سه بعدی SLA ، سرویسی ایده آل برای مدل‌ سازی مفهومیست. زمان تبدیل یک فایل رایانه‌ ای به یک نمونه‌ ی فیزیکی را به شدت کاهش پیدا می کند و بدین ترتیب به طراحان امکان می دهدتا ایده‌ های مفهومی بیشتری را در زمان کمتر آزمایش نمایند.
نمونه‌های اولیه‌ ی کاربردی
هنگامی که نمونه‌ ی اولیه محصول در مراحل متوالی فرآیند ساخت به پیش می‌رود، جزئیات اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. پرینت سه بعدی به مهندسان امکان می‌دهد نمونه‌ های قابل اطمینانی را با دقتی مشابه دقت محصول نهایی بسازند. این امر امکان بررسی مناسب بودن طرح، کاربرد، شکل و قابل ساخت بودن را پیش از سرمایه‌گذاری در مراحل پر هزینه‌ ی ابزارکاری و ساخت، که در این مراحل زمان و هزینه صرف شده مانع ایجاد تغییرات می‌شود، می‌دهد.

Rapid Prototyping و کاربرد آن با پرینتر سه بعدی 5
شرکت پارالنزParalenz که تولید کننده‌ ی دوربین‌ های غواصی است، از پرینت سه‌ بعدی SLA برای ساخت نمونه‌ های واقع‌ گرایانه‌ ای‌ استفاده کرده است که آزمایش در عمق 200 متر زیر سطح دریا را تاب آورده‌اند.


متریال پیشرفته‌ ی پرینت سه‌ بعدی می‌تواند از نظر شکل، حس، و ویژگی‌ ها کاملا مشابه قطعاتی باشد که با فرآیند های سنتی تولید مانند قالب‌ گیری تزریقی ساخته می‌شوند. با متریال مختلف می‌توان قطعاتی را با جزئیات کامل، سطوح هموار، پوشش‌ های مستحکم یا اجزای نرم ساخت. قطعاتی که با پرینت سه‌ بعدی ساخته شده‌اند را می‌توان با فرآیند های ثانویه مانند سمباده‌ کاری، پولیش، رنگ کردن، یا آبکاری پرداخت کرد تا ویژگی‌های بصری و ظاهر نهایی قطعه کاملا مشابه قطعه نهایی شود؛ همچنین می‌توان قطعه را ماشین‌ کاری کرد تا از مونتاژ چند قطعه، یک قطعه‌ ی جدید ساخته شود.

Rapid Prototyping و کاربرد آن با پرینتر سه بعدی 6

مهندسان در وولرز Wohlers با استفاده از چند متریال مختلف یک رطوبت سنج‌ نمونه با پوشش مستحکم و کلیدهای لمسی ساخته‌اند که به خوبی محصول نهایی کار می‌کند و از نظر ظاهری، مشابه آن است.


مهندسی نمونه‌ ی اولیه نیازمند آزمون‌ های عملی گسترده‌ای است تا چگونگی عملکرد یک قطعه تحت فشار و شرایط استفاده‌ ی میدانی بررسی شود. فناوری پرینت سه‌ بعدی، نمونه‌ های اولیه‌ای با عملکرد مناسب در اختیار مهندسان قرار می‌دهد که می‌توانند فشار حرارتی، شیمیایی و مکانیکی را تاب بیاورند. این فناوری همچنین راهکاری کارامد برای ساخت لوازم آزمایش است؛ بدین ترتیب به سادگی می‌توان آزمون‌ های عملکردی را انجام داد و داده‌ های مناسب را جمع‌آوری نمود.

Rapid Prototyping و کاربرد آن با پرینتر سه بعدی 7

شرکت کوالس Coalesce که در زمینه‌ ساخت ابزارهای پزشکی فعال است از جیگ‌هاینگهدارنده‌ های سفارشی برای انجام آزمایشات داخلی استفاده می‌کند.


تکنیک ساخت سریع نمونه‌ ی اولیه به مهندسان امکان می‌دهد تا مدل‌هایی را در تعداد کم یا به صورت یکبار مصرف برای مرحله‌ ی ارزیابی مهندسی و سطح (EVT و DVT) بسازند و بدین وسیله‌ قابلیت تولید را بررسی کنند.
چاپ سه‌ بعدی، آزمون تلورانس در فرآیند واقعی تولید و انجام آزمون‌ های داخلی جامع و میدانی را پیش از تولید انبوه ساده‌ تر می‌کند. پرینتر سه‌ بعدی همچنین با ساخت ابزارها، قالب‌ها، جیگ‌ها، و لوازم مورد نیاز در خط تولید، از تولید انبوه نیز پشتیبانی می‌کند.

Rapid Prototyping و کاربرد آن با پرینتر سه بعدی 8
جیگ‌هایی که با پرینتر سه‌ بعدی در خط تولید شرکت‌ سیستم‌های پانکل ریسینگ {Pankl Racing} ساخته‌ شده‌اند.


با استفاده از پرینتر سه‌ بعدی، دیگر لازم نیست مرحله‌ ی طراحی، پیش از تولید انبوه به پایان برسد. ابزار های ساخت سریع نمونه‌ به مهندسان و طراحان امکان می‌دهد تا به طور مستمر کیفیت محصولات را ارتقا دهند و با ساخت ابزار ها‌ و جیگ‌ های مناسب نسبت به رفع مشکلات موجود در خط تولید اقدام کنند و فرآیندهای مونتاژ یا QA را بهبود بخشند.

از آزمایش اندازه‌ و تناسب تا ترکیب ساخت نمونه اولیه و تولید: بررسی چگونگی استفاده‌ی شرکت‌ های موفق از تکنیک‌ ساخت سریع نمونه اولیه در ارتقای محصول.

ابزارهای Rapid Prototyping چیست؟
تکنیک‌های بسیاری برای ساخت سریع نمونه‌ ی اولیه وجود داردکه باید بر اساس نیاز خود یکی را انتخاب کنید.خدمات پرینت سه بعدی نیکانو دو تکنیک  FDM و  SLA را انجام می دهد و بزودی تکنیک  SLS هم اضافه می شود.
در مقاله‌ی بعدی، متداول‌ترین تکنیک‌ های مدرن پرینت سه بعدی را بررسی خواهیم کرد؛ این تکنیک‌ ها عبارتند از: مدل‌سازی رسوب ذوب شده (fused deposition modeling – FDM)، لیتوگرافی استریو (SLA)، و کلوخه‌ سازی گزینشی با لیزر (SLS – selective laser sintering) (معانی کاملا بصورت کلمه ای می باشد و اصطاح رایج انها همان  FDM,SLA و  SLS  می باشد.

Rapid Prototyping و کاربرد آن با پرینتر سه بعدی 9


 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

طراحی سایت