زنجیره کلی فرایند تولید افزایشی

در ترتیب توالی فرآیند با چه مراحلی روبرو خواهیم شد؟

• مفهمومی سازی و CAD
• تبدیل به STL/AMF
• ستاپ ماشین
• ساخت
• حذف ضایعات و پاکسازی
• پس پردازش قطعه
• کاربرد
روش های دیگری هم برای جداسازی این جریان پردازش وجود دارد که بستگی به دیدگاه و میزان آشنایی شما از تجهیزات دارد. برای مثال اگر شما یک طراح هستید، مراحل بیشتری را در بخش اولیه طراحی کالا خواهید دید. مدل سازان مراحل بیشتری را درپردازش بعد از ساخت یک قطعه در نظر خواهند گرفت. تکنولوژی های مختلف AM، ترتیب توالی این فرایند را به شکل های متفاوتی بررسی می کنند.
بهره گیری از تکنولوژی تولید افزایشی به جای فرایندهای تولید معمولی، مثل ماشین کاری و مدل سازی تزریقی، به طراحان توانایی چشم پوشی از بعضی از محدودیت های تولید را می دهد. به هرحال، شیوه های متداول تولید به عنوان هسته مرکزی تولید محصولات باقی خواهند ماند. از این رو، ما باید تکنولوژی های متدوالی مثل ماشین کاری،که با AM ترکیب شده اند را هم بشناسیم. این مسئله به شکلی خاص با فرایند های تولید فلز با روش AM ارتباط دارد. همچنین برای مشاهده محصولات ما در حوزه پرینتر سه بعدی می‌توانید از طریق لینک مربوطه مراجعه نمایید.

هشت مرحله تولید افزایشی

کل تکنولوژی AM شامل مراحلی است که در بالا به آن اشاره شد. که بسته به نوع تکنولوزی استفاده و همینطور طراحی آن قطعه خاص، تغییراتی در آن ایجاد خواهد شد. بعضی از این مراحل کاملا با ماشین انجام خواهد شد و بعضی دیگر خیر.

مرحله 1 : مفهومی سازی و CAD

اولین مرحله در فرایند توسعه هر محصول، مواجهه با ایده ظاهر و کارایی کالا خواهد بود. مفهوم سازی می تواند شکل های مختلفی داشته باشد، از توضیح متنی و توصیفی تا طراحی های کلی و مدل های نمونه. اگر از AM استفاده شود، توصیف محصول باید به شکل دیجیتالی باشد تا امکان ساخت مدل فیزیکی را بدهد. زمانی هم ممکن است از تکنولوژی AM فقط برای ساخت نمونه کالا استفاده شود و نه برای محصول نهایی، ولی به هرحال در هر دو صورت، مراحل بسیاری در فرایند تولید و توسعه محصول وجود دارد که نیازمند مدل های دیجیتالی هستند.

وجود تکنولوژی AM مدیون حضور CAD سه بعدی است. درست به محض اینکه ما به توانایی ارائه محصولات حجمی در کامپیوترها دست پیدا کردیم، قادر به توسعه تکنولوژی در محصولات فیزیکی واقعی هم شدیم. در ابتدا، این اصولی بود که تکنولوژی ماشین کاری CNC را بطور کل احاطه نموده بود. در نتیجه AM می تواند به عنوان یک طراحی کامپیوتری مستقیم یا ساده برای فرایندهای تولید کامپیوتری توصیف شود. برخلاف تکنولوژی های CAM/CAD دیگر، بین مراحل تولید و طراحی در مورد AM، هیچ مرحله اضافه ای وجود ندارد.

بر همین اساس فرایند کلی تکنولوژی تولید افزایشی باید با استفاده از اطلاعات CAD سه بعدی شروع شود. شیوه های مختلفی برای ایجاد اطلاعات منبع سه بعدی وجود دارد. توصیف این مدل می تواند به شکل های مختلفی منتهی گردد، بوسیله یک متخصص از طریق یک کاربر رابط، بوسیله یک نرم افزار به عنوان بخشی از یک الگوریتم بهینه سازی خودکار، بوسیله اسکن سه بعدی یک قطعه فیزیکی موجود، یا ترکیبی از تمام این ها. اغلب سیستم های CAD سه بعدی، سیستم های مدلسازی حجمی با مجموعه ای از مدلسازی های سطحی هستند؛ مدلسازی حجمی از ترکیب سطوح با یکدیگر یا از طریق افزودن به ضخامت آنها ساخته می شود. در گذشته، نرم افزار مدلسازی CAD سه بعدی در ساخت مدل های حجمی کاملا بسته مشکلاتی داشت و معمولا این مدل ها برای ناظران غیر حرفه ای به نظر بسته می آمد ولی در حقیقت از نظر ریاضی به این صورت نبود. چنین مدل هایی در هنگام استفاده از شیوه های مختلف تکنولوژی AM و شناخت فاصله ها، با نتایج غیرقابل انتظاری روبرو می شدند.

امروزه یکی از قابلیت های اکثر ابزار پیشرفته CAD مدلسازی حجمی ایجاد فایل هایی بدون فاصله (مثلا «غیر قابل نفوذ در برابر آب» ) که منجر به ارائه آشکار و هندسی یک قطعه می گردد می باشند. اغلب پکیج های CAD سطح سازی را به عنوان ابزاری برای ساخت مدل های حجمی در اختیار می گیرند که تاثیر این شیوه بر روی یکپارچه سازی داده های حجمی خواهد بود. تهیه آن می تواند درون دستگاه انجام شود، معمولا هر مدل CAD بدون هیچ مشکلی با استفاده از تکنولوژی AM قابل ساخت است. به هرحال، هنوز نسخه های قدیمی و ضعیف نرم افزار CAD وجود دارند که ممکن است منجر به تولید قطعات حجمی کاملا بسته و نتایج غیر قابل اعتمادی شوند. مشکلات این شیوه معمولا وقتی خودش را نشان می دهد که قصد داشته باشیم CAD را به STL تبدیل کنیم.

مرحله 2: تبدیل به STL/AMF

اکثر تکنولوژی تولید افزایشی از فرمت فایل STL بهره می برند. واژه STL از اصطلاح لیتوگرافی سه بعدی نشات گرفته که اولین تکنولوژی AM تجاری از شرکت 3D systems در سال 1990 بوده است. یک استاندارد غیر رسمی را تصور کنید، STL یک شیوه ساده توضیح مدلCAD در شرایطی صرفا هندسی است. این روش با حذف هر گونه اطلاعات ساختاری، سابقه مدل سازی و غیره... کارکرده و سطوح مدل را با مجموعه ای از تراش های مثلثی بررسی می کنند. در اغلب نرم افزار های CAD حداقل اندازه این مثلث ها قابل تنظیم است و هدف اصلی ایت است که اطمینان حاصل کنیم هیچکدام از مدل های ساخته شده اثری از مثلث را بر روی سطوح شان باقی نمی گذارند. در حقیقت اندازه مثلث از روی حداقل فاصله بین سطوح ارائه شده و سطح مفروض محاسبه می گردد. به عبارت دیگر، قانون کلی این است که حداقل انحراف مثلث از وضوح دستگاه AM کمتر باشد. فرایند تبدیل STL در بیشتر سیستم های CAD به صورت خودکار است اما احتمال وقوع خطا در طول این مرحله نیز وجود دارد. در نتیجه تعدادی از ابزارهای نرم افزاری توسعه یافته برای تعیین و احتمال اصلاح چنین خطاهایی تعبیه شده اند.
فایل های STL مجموعه ای از راس های مثلثی نامنظم و بردارهای عادی سطوح می باشد و هیچگونه اطلاعاتی از خصوصیات واحد، رنگ، مواد و غیره ندارند. این محدودیت های فایل STL منجر به پذیرش فرمت جدید فایل « AMF» شد. این فرمت کنونی یک فرمت استاندارد بین المللی ASTM/ISO است که منجر به افزایش ویژگی های مفیدی چون رنگ، ابعاد مواد و غیره در فرمت STL شده است. چندین شرکت اصلی CAD و فروشندگان سخت افزار های AM به صورت عمومی اعلام کردند که از AMF در نسل بعدی نرم افزارهایشان حمایت خواهند کرد. در نتیجه، گرچه در بخش های باقی مانده از این کتاب واژه STL استفاده می شود اما فایل AMF به راحتی می تواند در هر جایی جایگزین STL شود زیرا فرمت AMF تمام مزایای فرمت فایل STL را با محدودیت های بسیار کمتر داراست.

نرم افزار هایی مانند نرم افزار MAGICS از شرکت بلژیکی Materialise توسط فایل STL اصلاح شده و در زمان بروز مشکل با فایل STL در ساخت نهایی محصول، استفاده می شود. به دلیل هندسه های پیچیده، ممکن است تشخیص چنین مشکلاتی برای فرد در زمان بررسی CAD یا اطلاعات STL تولیدی از آن، سخت دشوار باشد. به عنوان یک مرحله کنترل به کار رفته و اطمینان دهد که تا قبل از اینکه کار ساخت تکمیل شود هیچ مشکلی در اطلاعات فایل STL پیش نمی آید.
با توجه به اینکه STL لزوما توصیف سطح است، مثلث های مشابه با آن در فایل، باید در جهت درستی قرار بگیرند؛ به عبارت دیگر، بردار عادی سطح که به مثلث مربوط است باید برخلاف درون قطعه، جهتی از مثلث را نشان دهد که روبه خارج قرار دارد. سطح مقطعی که با لایه های محصول در جایی مطابقت دارد که نزدیک یک بردار عادی قرار گرفته، ممکن است به صورت معکوس با آن چیزی که ایده آل است عمل کند. علاوه بر این، هندسه پیچیده و بسیار متغیر ممکن است منجر به ایجاد راس های مثلثی شود که به درستی تنظیم نمی گردند. این کار احتمالا باعث ایجاد فاصله در سطوح گردد. تکنولوژی های مختلف AM ممکن است به شکل های متفاوتی به این مشکلات واکنش نشان دهند. بعضی از دستگاه ها شاید اطلاعات STL را به شکلی پردازش کنند که فاصله ها با پل به هم متصل گردند.به هرحال این پل ممکن است بدین شکل نتواند سطح مطلوبی را ارائه دهد و این احتمال وجود دارد که مواد ناخواسته اضافی در قطعه گنجانده شود.

سخن تکمیلی

در حالیکه بیشتر خطاها به صورت خودکار مشخص شده و اصاح می گردند، اما گاهی به مداخلات دستی هم نیاز پیدا می کنند. در نتیجه نرم افزار ها باید مشکلات را مشخص نمایند، مثلا آنچه که تصور می کنند که مثلث ها را معکوس نموده، را نشان می دهند. از آنجایی که هندسه ها می – توانند بسیار پپچیده باشند، برای نرم افزار ها قدری مشکل است که تشخیص دهند نتیجه بدست آمده مشکلی دارد یا اینکه این شرایط، بخشی از منظور طراحی اصلی بوده است. همچنین برای مشاهده محصولات ما در حوزه اسکنر سه بعدی می‌توانید به لینک مربوطه مراجعه نمایید.