چاپ سه بعدی
در عصر حاضر با توجه به پیشرفت فناوری، کوتاه نمودن زمان چرخهی تولید محصول، نقش کلیدی در رشد و ترقی صنعت ایفا میکند لذا فناوریهای در حال توسعه تعیین کننده آینده ای روشن در اقتصاد جهان خواهند بود. یکی از این سامانههای در حال توسعه، نمونه سازی سریع (Rapid Prototyping یا RP) میباشد .در این گونه روشها ابتدا مدل فیزیکی قطعه را در کامپیوتر طراحی کرده، به کمک نرم افزارهای چاپ سه بعدی به لایههای دوبعدی تبدیل میکنند. سپس قطعه مورد نظر را از طریق چاپ هر لایه به صورت مجزا و افزودن لایههای متعدد روی یکدیگر تولید مینمایند . این تکنیک به دلیل افزودن لایهها روی یکدیگر به ساخت افزایشی (Additive Manufacturing یا AM) نیز معروف است .
این تکنیک ساخت افزایشی قادر به تولید از مواد مختلف از جمله فلزات، پلیمرها و سرامیک میباشد که این مواد میتوانند در فرمهای مختلف مانند ورقهای جامد، رشته، پودر و یا رزینهای PHOTOPOLYMER باشند.برخی از مهمترین روشهای RP عبارتند از نمونهسازی با رزینهای حساس به نور (Stereo lithography)، مدلسازی به روش لایهگذاری همجوش (Fused deposition modeling (FDM))، مدلسازی چندافشانه (PolyJet modeling)، ساخت اشیاء چند لایه (Laminated object manufacturing)، تف جوشی انتخابی لیزری (Selective laser sintering)، نمونهسازی انجمادی سریع (Rapid freeze prototyping)، نمونهسازی پخت زمینه جامد (Solid ground curing)، نمونهسازی شبکه لیزری (Laser engineered net shaping) و نمونهسازی افشانه گرمایی (Thermojet) معرفی شده است .تفاوت این روشها، نحوه لایه نشانی و نوع ماده مصرفی میباشد . از جمله مزایای این روشها میتوان به کاهش زمان و هزینه تولید محصول، افزایش سرعت طراحی قطعه و اعمال سریع اصلاح آن در صورت لزوم، دقت بالای نمونه سازی، سرعت و راحتی فرآیند، امکان طراحی قطعات با اشکال هندسی پیچیده، امکان بازاریابی محصول قبل از تولید محصول اشاره کرد.یکی از رایجترین فرآیندهای ساخت افزایشی (نمونه سازی سریع) مدل سازی به روش لایه گذاری هم جوش (FDM) میباشد که در ادامه بطور مفصل به آن پرداخته میشود.
لایه گذاری هم جوش (FDM)
FDM یکی از محبوب ترین فنآوریهای ساخت افزایشی برای کاربردهای مختلف مهندسی است که در اوایل دهه 1990 توسط شرکت استراتاسیس (Stratasys) ایالات متحده معرفی شده است . در این روش یک رشته پلیمری با قطر معین از درون یک نازل گرم عبور داده میشود و مذاب خروجی با یک مکانیزم حرکت در صفحه XY، در محلها و مسیرهای از پیش تعیین شده روی صفحه چاپ نشانده میشود. حرکت نازل در دو راستای افقی x و y سبب ایجاد لایه میشود و حرکت صفحه چاپ در راستای محور z و تکرار لایه نشانی، ضخامت نهایی قطعه را فراهم میسازد. سختافزار این سامانه یک روبات با مکانیزم کنترل عددی (Computer Numerical Control) بوده که جابهجا کننده یک یا دو نازل بسیار ظریف میباشد. در برخی از دستگاهها دو نازل تعبیه میشود که یکی از نازلها جهت ذوب مواد اصلی و دیگری برای ذوب مواد حامی (Support) استفاده میشود.
به طورکلی مؤلفههای موثر بر خواص قطعات FDM به چهار دسته مؤلفههای فرآیندی، دستگاهی، هندسی و مواد اولیه تقسیم میشوند. از جمله مؤلفههای فرآیندی زاویه چاپ، پهنای رشته، دمای ساخت، جهت گیری رشته ها، قطر نازل، جهتگیری ساخت میباشد. همچنین کیفیت قطعات چاپ شده به انتخاب دقیق متغیرهای فرآیندی بستگی دارد، بنابراین شناسایی مؤلفههای فرآیندی به طور قابل توجهی مورد مطالعه قرار میگیرد.
جهت چاپ :Build orientation جهت گیری ساخت قطعات بر صفحه چاپ با توجه به سه محور x، y و z.ضخامت لایه نشانی Layer thickness: ضخامت رشته خروجی از نازل جهت لایه نشانی، که به اندازه نازل و قطر رشته بستگی دارد.
زاویه رشته نشانی Raster angle: زاویه قرار گیری رشته نسبت به محور طولی بر صفحه چاپ که از صفر تا 90 درجه تغییر مینماید.
پهنای قاب دور قطعه Contour width یاperimeter width : ضخامت قاب یا حاشیه دور قطعه فاصله هوایی (همنشینی) قاب تا رشته Perimeter to raster air gap به فاصله بین داخلی ترین قاب و لبه رشته پر کننده درون قاب گفته میشود.