مقدمه
همزمان با پیشرفت فناوری تولید، مهارتهای طراحی برای تولید (DFM) هم باید تغییر کنه. تو دهه گذشته، تولید افزایشی یا همون پرینت سه بعدی خیلی پیشرفت کرده. زمانی این فناوری فقط برای نمونهسازی یا حتی یه جور سرگرمی در نظر گرفته میشد، اما حالا که به قابلیتهای صنعتی رسیده، طراحی برای تولید افزایشی (DFAM) به یه مهارت خیلی مهم برای مهندسا و توسعهدهندههای محصول تبدیل شده.
نکات طراحی در تولید افزایشی
با توجه به سرعت بالای تغییرات، اگه سالها وقت گذاشتی تا تو روشهای قدیمی تولید مهارت پیدا کنی، شاید یاد گرفتن تکنیکهای جدید DFAM یه کم ترسناک به نظر بیاد. این چالش وقتی سختتر میشه که با فناوریهای مختلف پرینت سه بعدی سروکار داشته باشی. مثلاً تکنیکهای مناسب برای مدلسازی رسوب ذوب شده (FDM) ممکنه با استریولیتوگرافی (SLA)، سینتر نوری دیجیتال کربن (DLS) یا HP Multi Jet Fusion (HP MJF) فرق داشته باشه و همچنین هزینهها، مواد و ملاحظات طراحی جدیدی به دنبال داشته باشه.
درک فناوری پرینت سه بعدی
بدیهیه که وقتی یه پروژه طراحی میکنی، باید فناوریای که قراره برای ساختش استفاده بشه رو به خوبی بشناسی. پرینت سه بعدی یه فرآیند تولید افزایشی هست، یعنی ماده بهصورت لایه به لایه اضافه میشه تا یه قطعه نهایی تشکیل بشه. این در مقایسه با روشهای تولید کاهشی مثل ماشینکاری CNC فرق داره که تو اونها ماده از قطعه کار برداشته میشه.
با این حال، با وجود تفاوتهایی که با روشهای سنتی داره، یکپارچه کردن تولید افزایشی با چارچوبهای تولید موجود لزوماً سخت نیست. اگه یه کم خلاقیت به خرج بدی و نگرشت رو تغییر بدی، طراحی برای تولید افزایشی اونقدر هم که فکر میکنی سخت نیست.
اگه آمادگی داری که به این سمت بری، این پنج نکته طراحی برای پرینت سه بعدی میتونه بهت کمک کنه.
۱. آماده چالشهای جدید باش
تولید افزایشی، فرصتهای زیادی برای ساخت قطعاتی که قبلاً ساختنشون ممکن نبود، به وجود آورده و با سرعت و کارایی بالاتری انجام میشه. اما طراحی برای تولید افزایشی (DFAM) چالشهای جدیدی هم داره که طراحان و مهندسا باید در نظر بگیرن وقتی قطعهها رو از حالت دیجیتالی به تولید فیزیکی میرسونن. مثلاً حجم ساخت پرینترهای سه بعدی ممکنه اندازه بعضی قطعات رو محدود کنه و پروژهها رو مجبور کنه که در چندین بخش پرینت بشن. همچنین هر فناوری پرینت چالشهای خاص خودش رو داره. مثلاً تو پرینت FDM، لایههای قابل مشاهدهای روی قطعات به جا میمونه که شاید تو طراحی دیجیتال مشخص نباشه (و بعد از پرینت باید صاف بشه)، یا فرآیند HP MJF نیاز به زمان خنکسازی و تمیز کردن قطعات بعد از پرینت داره که ممکنه زمان تولید رو طولانیتر کنه.
طراحی برای تولید افزایشی یه قلمرو هیجانانگیز و جدیده، ولی اگه میخوای بیشترین بهره رو از فناوری پرینت سه بعدی ببری، باید این ملاحظات عملی رو موقع طراحی پروژههات در نظر بگیری.
۲. تنظیم ساختارهای پشتیبان (ساپورت گذاری)
برای قطعاتی که قسمتهای بیرونزده دارن، ممکنه لازم باشه که ساختارهای پشتیبان اضافه بشه، که این میتونه توی طراحی دردسرساز بشه. اینکه ساختار پشتیبان لازم باشه یا نه، بستگی به زاویهای داره که بخش بیرونزده باهاش ساخته شده. یادمون نره که این پشتیبانها مواد پرینتر رو مصرف میکنن و هزینه و زمان اضافهای به فرآیند پرینت اضافه میکنن. برای مثال میتونید ویدیو آموزش ساپورت گذاری در کیورا را ببینید.
خوشبختانه با چند راهکار ساده میشه نیاز به پشتیبان رو کمتر کرد و در هزینه و زمان صرفهجویی کرد. یه قاعدهی کلی اینه که زاویهی بخشهای بیرونزده رو تا جایی که میتونیم کم کنیم؛ معمولاً زاویههای ۴۵ درجه به بالا پشتیبان لازم دارن، ولی زاویههای کمتر از ۴۵ درجه نیاز ندارن. همچنین میتونیم بعضی از قسمتها رو جوری طراحی کنیم که خودشون نقش پشتیبان رو بازی کنن یا قطعه رو طوری روی صفحه قرار بدیم که نیاز به پشتیبان کمتر بشه. در نهایت، میتونیم یه روش پرینت انتخاب کنیم که نیاز کمتری به پشتیبان داره؛ مثلاً توی روشهایی مثل HP MJF که از بستر پودر استفاده میکنه، چون خود پودر پشتیبانی لازم رو فراهم میکنه، نیازی به طراحی پشتیبان نیست.
۳. کاهش تغییر شکل (وارپینگ)
اگه تازه دارین با پرینت سه بعدی کار میکنین، ممکنه ویژگیهای مواد و رفتاراشون براتون جدید باشه. بهخصوص، فرآیندهای پرینت سه بعدی معمولاً باعث میشه مواد کمی تغییر شکل بدن، مخصوصاً توی سطوح بزرگ و صاف. این تغییر شکل ممکنه به خاطر تفاوت دما ایجاد بشه؛ مثلاً توی روش FDM، رشتههای مواد در دمای بالا ذوب و بعد خنک میشن. توی روشهای SLA و DLS هم قطعات بعد از پرینت نیاز به پخت دارن. در HP MJF تغییر شکل به دلیل فرآیند سینترینگ و خنکسازی بعدش ایجاد میشه. بعضی از روشهای پرینت سه بعدی بیشتر مستعد تغییر شکل هستن؛ مثلاً گوشههای پرینتهای FDM ممکنه به خاطر انقباض حرارتی بالا بیان و از صفحه جدا بشن.
برای جلوگیری از تغییر شکل، میتونیم مطمئن بشیم که پرینتر بهدرستی کالیبره شده و قطعات چسبندگی مناسبی به صفحه دارن. همچنین، میتونیم توی طراحی، تعداد لبههای تیز و بخشهای بیرونزده رو کمتر کنیم یا گوشههای قطعه رو گرد کنیم تا تنش حرارتی بهطور یکنواختتری توزیع بشه. بهعلاوه، قطعات بلند و نازک بیشتر مستعد تغییر شکل هستن، پس ضخیمتر کردن این قسمتها هم کمک میکنه. میتونی از این مقاله آموزشی کمک بگیری: آموزش طراحی برای پرینتر سه بعدی
۴.به ضخامت دیوارهها توجه کن
تکنولوژی پرینت سه بعدی دقت بالایی داره و میتونه قطعاتی با جزئیات خیلی دقیق و حتی نازک تولید کنه. ولی هر چی یه قطعه نازکتر باشه، احتمال خطا توی پرینت بیشتره؛ قطعات خیلی نازک ممکنه تغییر شکل بدن یا حتی قبل از اینکه مواد سرد بشن، از قطعه جدا بشن. همینطور، قسمتهای خیلی نازک ممکنه بعد از تولید دچار تغییر شکل بیشتر بشن. حتی اگه یه قطعهی نازک سالم پرینت بشه، ممکنه توی مراحل تمیزکاری یا تکمیل کار آسیب ببینه.
با این شرایط، باید حواستون باشه که ضخامت دیوارههای قطعات رو حداقل در حدی که برای تکنولوژی پرینتتون مناسبه طراحی کنین. نمونه ای از تاثیر ضخامت روی قطعه را اینجا مطالعه کن: تأثیر الگوی پرینت سه بعدی، دما و ضخامت بر استحکام قطعات PLA
۵. فرصتهای خلاقانه رو کشف کن
پرینت سه بعدی فرصتهای زیادی برای بهینهسازی فرآیند تولید فراهم میکنه، که توی روشهای دیگه تولید ممکن نیست. این فرصتها شامل کاهش وزن قطعات بدون کاهش استحکامشون هست. یکی از بهترین روشهای کاهش وزن توی پرینت سه بعدی استفاده از طراحی مشبک (لتیس) هست؛ ساختارهای شبکهای که میتونن در هر جهتی تکرار بشن و مواد پرینتی کمتری مصرف میکنن و وزن قطعه رو کم میکنن.
خلاقانه به بهینهسازی DFAM فکر کن. مثلاً ساختارهای مشبک توی طبیعت هم پیدا میشن، مثل لانه زنبور یا مرجانها. طبیعت میتونه الهامبخش خوبی برای ایدههای جدید توی طراحی DFAM باشه. به جز وزن، میتونیم قطعات رو برای ویژگیهای دیگه مثل سختی، کشیدگی تا شکست و انتقال حرارت هم بهینه کنیم. ویژگیهایی که مشابهشون رو تو ساختارهایی مثل استخوان انسان داریم و میتونیم تا حدی توی پرینت سه بعدی ازشون تقلید کنیم.
ارزش تخصص DFAM
با اینکه تکنولوژی داره هر روز پیشرفتهتر میشه و دنیای تولید افزایشی (پرینت سه بعدی) رو تغییر میده، ولی هنوز هم تخصص و ورودی مهندسان انسانی خیلی اهمیت داره. حتی بهترین مهندسها هم وقتی میخوان از DFAM استفاده کنن، میتونن از تجربه و تخصص افراد دیگه بهره ببرن یا حتی کسی باشه که بتونن ایدههاشون رو باهاش در میون بذارن و فیدبک بگیرن تا طراحیشون برای پرینت سه بعدی بهینه بشه.
خلاصه که با اینکه کلی منابع DFAM در دسترسه، حل مشکلات به صورت حضوری هنوز هم خیلی ارزش داره. پس چه نیاز به بهینهسازی طرحهای فعلی داشته باشین یا بخواین از صفر یه طراحی رو شروع کنین، تیم مهندسی 3d Parsi ما آمادهست تا کمکتون کنه.
