کاربردهای چاپ سهبعدی در پروژههای بزرگ
- دسته بندی نشده
مجتبی دهبان- 0
- 4 دقیقه خوانده شده
چاپ سه بعدی خودرو
وقتی بیشتر مردم به چاپ سهبعدی فکر میکنند، ماشینهای کوچکی را تصور میکنند که برای نمونهسازی، پروژههای سرگرمی یا ساخت قطعات پیچیده در کاربردهای صنعتی استفاده میشوند. با این حال، چاپ سهبعدی در مقیاس بزرگ حوزهای کاملاً متفاوت است که میتواند پروژههایی را تکمیل کند که پیشتر تنها با تولید سنتی ممکن بودند، مانند ساختوساز، زیرساخت، خودروسازی و هوافضا. در این مقاله، نمونههای برجستهای از چاپ سهبعدی در مقیاس بزرگ معرفی خواهیم کرد تا نشان دهیم این فناوری تحولآفرین چگونه در حال بازآفرینی صنایع جهانی است.
چاپ سهبعدی در مقیاس بزرگ چیست؟
بهعنوان یک فناوری تولید، چاپ سهبعدی بهطور فزایندهای جایگاه خود را پیدا کرده است. این فناوری در کاربردهای متنوعی مانند یاتاقانهای شکافدار، قطعات خودرویی، ایمپلنتهای پزشکی و کفش مورد استفاده قرار میگیرد. با این حال، وجه مشترک همه این کاربردها این است که قطعات تولیدشده همگی نسبتاً کوچکاند.
البته، چاپ سهبعدی در قالب بزرگ هنوز یک فناوری نسبتاً خاص و محدود محسوب میشود. با این حال، این توانایی را دارد که بسیاری از چالشهایی را که تولیدکنندگان هنگام ساخت قطعات بزرگتر با آن مواجهاند، حل کند. اجزای بسیار بزرگ، مانند بالهای هواپیما، سنگین و دستوپاگیر هستند و برای تولید به زمان آمادهسازی طولانیتر و ابزارهای بزرگتر نیاز دارند. این موضوع در نهایت منجر به افزایش هزینههای تولید و طولانیتر شدن زمان تحویل میشود. چاپ سهبعدی میتواند به تولیدکنندگان کمک کند قطعات بزرگ را سریعتر و مقرونبهصرفهتر بسازند. با توجه به پیچیدگی طراحی که چاپ سهبعدی ارائه میدهد، چنین قطعاتی همچنین میتوانند از مزایای کلیدی مانند سبکسازی و بهبود عملکرد بهرهمند شوند. در نهایت، اگر اجزای بزرگ بتوانند در یک فرآیند چاپ واحد تولید شوند، بهجای اینکه در قطعات جداگانه چاپ و سپس مونتاژ شوند، این موضوع مزیت اضافی کاهش زمان مونتاژ را نیز به همراه خواهد داشت.
در ادامه، نگاهی خواهیم داشت به اینکه صنعت چگونه میتواند از چاپ سهبعدی در مقیاس بزرگ برای افزایش سرعت تولید، تسریع تحویل، کاهش ضایعات مواد و ایجاد هندسههای جدید که با روشهای سنتی قابل دسترسی نیستند استفاده کند.
هوافضا
در صنعت هوافضا، چاپ سهبعدی عمدتاً برای تولید قطعات و ابزارهای کوچک و متوسط استفاده شده است و به تولیدکنندگان کمک کرده تا در زمان صرفهجویی کرده و هزینهها را کاهش دهند. با این حال، چاپ سهبعدی در قالب بزرگ نیز فرصتهای منحصربهفردی برای این بخش فراهم میکند. از جمله مزایای آن میتوان به کاهش زمان طولانی تولید و کاهش ضایعات مواد اشاره کرد. معمولاً تولید قطعات ساختاری بزرگ با روشهای سنتی مانند سختکاری و ماشینکاری میتواند تا یک سال طول بکشد. علاوه بر طولانی بودن زمان تولید، روشهای کاهشی سنتی میتوانند ضایعات زیادی ایجاد کنند در برخی موارد تا ۸۰٪ نیز می شود. از سوی دیگر، چاپ سهبعدی در مقیاس بزرگ میتواند قطعات را در کسری از زمان و با کاهش ضایعات مواد تولید کند. مهمتر اینکه، این فناوری میتواند قطعات چندتکه را بهصورت یکپارچه چاپ کند، تکنیکی که به آن یکپارچهسازی قطعه (part consolidation) گفته میشود. با این رویکرد، زمان مونتاژ میتواند بهطور قابل توجهی کاهش یابد.
ساختوساز
اگرچه چاپ سهبعدی در صنعت ساختوساز هنوز در مراحل ابتدایی پذیرش قرار دارد، این فناوری پتانسیل امیدوارکنندهای برای این بخش ارائه میدهد. بهعنوان مثال، یکی از روندهای نوظهور در زمینه چاپ سهبعدی در صنعت ساختوساز، قالبهای پیشساخته چاپ سهبعدی شده است.
در ساختوساز، قالب به یک قالب موقت گفته میشود که بتن در آن ریخته و شکلدهی میشود. قالبها برای ساخت هر چیزی از پلها گرفته تا فونداسیون و دیوارهای ساختمان استفاده میشوند. معمولاً قالبها بهصورت دستی و با چوب تولید میشوند. با این حال، قالب چوبی چندان دوام ندارد و اغلب پس از ۱۵ تا ۲۰ بار استفاده شروع به تخریب میکند. علاوه بر این، فرآیند دستی بهطور ناگزیر دامنه شکلها و هندسههای ممکن را محدود میکند و تنها آنچه بهطور انسانی قابل تولید است را ممکن میسازد. در چنین شرایطی، چاپ سهبعدی در مقیاس بزرگ میتواند فرآیند ساخت قالب را بهطور قابل توجهی ساده کند و در عین حال پیچیدگی و دوام بیشتری برای سازههای قالب بزرگ فراهم آورد.
ریختهگری
چاپ سهبعدی در قالب بزرگ بهطور فزایندهای در صنعت ریختهگری مورد توجه قرار گرفته است. صنعت ریختهگری شامل تولید قطعات فلزی ریختهگری با ذوب و ریختن فلز در قالبها و هستههای شکلدار ویژه است. در فرآیندهای ریختهگری فلز، این فناوری میتواند به حذف جنبههای پرهزینه و زمانبر ساخت الگوها، هستهها و قالبها کمک کند. بهعنوان مثال، در ریختهگری سنتی، گذر از نقشه طراحی تا تولید قالبها و الگوهای دقیق و در نهایت قطعه نهایی، میتواند ماهها طول بکشد. همچنین ریختهگریها معمولاً مجبورند قالبها را در انبار نگه دارند که در مورد قالبهای بزرگ یا کمتر استفادهشده، هزینهبر است. کمبود نیروی متخصص برای ساخت الگو و قالب نیز یکی دیگر از چالشهایی است که ریختهگریها اغلب با آن مواجه میشوند. چاپ سهبعدی میتواند بهعنوان ابزاری در صنعت ریختهگری فلز برای مقابله با چالشهای فوق مورد استفاده قرار گیرد. یکی از مزایای این فناوری، سادهتر شدن فرآیند ساخت قالب است. از آنجا که چاپ سهبعدی تنها به یک فایل طراحی نیاز دارد، فرآیند دستی ساخت قالب و مونتاژ هستههای پیچیده حذف میشود. این روند تولید را بهینه میکند و به ریختهگری امکان میدهد قالبها و الگوها را در چند روز به جای هفتهها یا ماهها تولید کند. علاوه بر این، چاپ سهبعدی میتواند برای تولید قالبها بهصورت سفارشمحور استفاده شود و به شرکت کمک کند تا موجودی فیزیکی خود را کاهش داده و هزینههای انبارداری را کم کند.
شرکت Teignbridge، متخصص در ساخت پروانهها و سیستمهای پیشرانه کشتی، از ۴۰ سال پیش از فرآیند ریختهگری چندمرحلهای استفاده میکند که شامل ساخت الگو از چوب یا پلیاستایرن و قرار دادن آن در جعبه شنی برای ایجاد قالب است. این روش زمانبر و نیازمند نیروی انسانی زیاد است. برای کاهش زمان و نیروی انسانی، Teignbridge از چاپ سهبعدی FDM در مقیاس بزرگ با چاپگر BigRep ONE استفاده کرد. این فناوری امکان چاپ یکپارچه الگوهای پلاستیکی را فراهم کرده و زمان تولید و نیروی انسانی را تا ۹۰٪ کاهش میدهد. بهعنوان مثال، ساخت الگو با روش سنتی ۲۰ ساعت زمان میبرد، اما چاپ سهبعدی این فرآیند را خودکار میکند.
علاوه بر FDM، چاپ سهبعدی با ماسه نیز قالبهای شنی را مستقیماً تولید میکند و مرحله ساخت الگو را حذف میکند. اگرچه چاپگرهای ماسهای با ابعاد بزرگ (تا ۴۰۰۰×۲۰۰۰×۱۰۰۰ میلیمتر) گران هستند، اما چاپ سهبعدی فرآیند ریختهگری را سریعتر، انعطافپذیرتر و مقرونبهصرفهتر میکند.
اولین خودروی چاپ سهبعدی جهان
در نمایشگاه خودروهای آمریکای شمالی در سال ۲۰۱۵، شرکت Local Motors خودروی Strati را معرفی کرد که اولین خودروی ساختهشده با چاپ سهبعدی در جهان است. این خودرو از حدود ۴۰ قطعه تشکیل شده و بهجز پیشرانه، سیستم تعلیق، باتری، تایرها، سیستم برق و شیشه جلو، سایر قطعات مثل شاسی، داشبورد، صندلیها و بدنه با استفاده از ترموپلاستیکهای تقویتشده با فیبر کربن چاپ شدهاند. پیشرانه برقی آن بردی حدود ۱۰۰ کیلومتر دارد.
فرآیند ساخت شامل سه مرحله است:
- چاپ قطعات با میلههای پلاستیکی ABS و فیبر کربن که حدود ۴۴ ساعت طول میکشد. ( Local Motors قصد دارد زمان چاپ مرحله اول را به ۲۴ ساعت کاهش دهد.)
- تکمیل جزئیات قطعات با ماشینکاری CNC برعهده شرکت Thermwood بود.
- مونتاژ نهایی قطعات.
پل عابر پیاده ۳ بعدی چاپ شده در آمستردام
پل عابر پیاده ۱۲ متری که توسط Joris Laarman طراحی و توسط شرکت رباتیک هلندی MX3D ساخته شده است، بهطور رسمی در سال ۲۰۲۱ در آمستردام افتتاح شد. سازه پل از ۴۵۰۰ کیلوگرم فولاد ضدزنگ تشکیل شده است، که توسط رباتها در یک کارخانه طی شش ماه چاپ سهبعدی شد و سپس با جرثقیل در بالای کانال قرار گرفت.
رهبر تیم مسئول پروژه اظهار داشت که این فناوری نشان میدهد چاپ سهبعدی فلز چگونه میتواند ساختارهای کارآمدتری را با استفاده از مواد کمتر ایجاد کند، که میتواند وزن قطعات تولیدشده در صنایع ابزارسازی، نفت و گاز و ساختوساز را بهطور قابل توجهی کاهش دهد و تأثیر بر محیط زیست را کم کند.
فرصتهای چاپ سهبعدی در مقیاس بزرگ
چاپ سهبعدی در مقیاس بزرگ هنوز فناوری خاصی است، زیرا بسیاری از شرکتها از مزایای آن، بهویژه در تولید قطعات بزرگ، آگاه نیستند و برای یافتن کاربرد مناسب آن در کسبوکارشان دچار مشکل میشوند. همچنین، هزینه بالای سیستمهای چاپ سهبعدی بزرگ مانع آزمایش این فناوری توسط شرکتها میشود. با این حال، در بازار این فناوری در حال رشد است و گزینههای مقرونبهصرفهتری مانند چاپگرهای BigRep در دسترس قرار گرفتهاند. این فناوری پتانسیل گسترش به صنایعی مثل خودروسازی را دارد، جایی که میتوان از آن برای نمونهسازی قطعات بزرگ مانند اسپویلرها و پنلهای خودرو استفاده کرد.
هارولد سیرز از Ford تأکید کرد که قطعات بزرگتر خودروها با چاپگرهای فعلی بهسختی تولید میشوند و نیاز به سیستمهایی با حجم ساخت بزرگتر وجود دارد. تقاضا برای چاپ سهبعدی در مقیاس بزرگ، به دلیل کاهش زمان تحویل و هزینه، در حال افزایش است. پس صنعت باید این فناوری را توسعه داد تا این نیاز را تامین کند تا فرصتهای بزرگتری برای سایر صنایع فراهم شود.
منابع
https://www.facfox3d.com/info/thinking-big-4-impressive-applications-of-lar-69432445.html
https://jlc3dp.com/blog/multi-industry-applications-of-large-scale-3d-printing-projects
