از نقاشی دیجیتال تا نمونه فیزیکی

پیچ تنظیم دقیق M4×0.25 ~ M6، جفت رزوه ظریف، پیچ تنظیم میکرو برنجی با نوک توپ فولادی

برای تولیدکنندگان سخت‌افزار و سازندگان قالب‌های پلاستیکی، پرینت سه‌بعدی به روشی عملی برای تبدیل نقشه‌های CAD به یک نمونه فیزیکی بدون سرمایه‌گذاری روی ابزارهای گران‌قیمت تبدیل شده است. آیا نیاز به بررسی ابعاد، بررسی مونتاژ، یا شناسایی مشکلات طراحی قبل از برش قالب دارید؟ یک نمونه چاپ شده اغلب می تواند پاسخ ها را در عرض چند ساعت ارائه دهد.

اما پرینت سه بعدی کجا اختراع شد و چگونه به ابزار مهمی در تولید مدرن تبدیل شد؟

داستان از اوایل دهه 1980 شروع شد، زمانی که مهندسان به دنبال راهی سریعتر و انعطاف پذیرتر برای تولید نمونه های اولیه بودند. درک چگونگی توسعه فناوری همچنین به توضیح اینکه چرا امروزه برای توسعه محصول، آزمایش قالب و تولید سخت افزار سفارشی بسیار مفید است، کمک می کند.

والنسیا، کالیفرنیا: جایی که چاپ سه بعدی تجاری آغاز شد

چاپ سه بعدی تجاری مدرن ارتباط نزدیکی با والنسیا، کالیفرنیا دارد، جایی که مهندس آمریکایی چاک هال استریولیتوگرافی (SLA) را توسعه داد.

در آن زمان، تولید یک نمونه اولیه اغلب شامل ماشینکاری، ساخت دستی یا ساخت ابزارهای موقت بود. این روش‌ها می‌توانند گران و زمان‌بر باشند، به‌ویژه زمانی که یک طرح نیاز به چندین دور بازبینی دارد.

هال به طور دیگری به این مشکل برخورد کرد. فرآیند او از نور ماوراء بنفش برای جامد کردن لایه به لایه رزین فوتوپلیمر مایع استفاده کرد و به تدریج از داده‌های طراحی دیجیتال یک شی سه‌بعدی ساخت.

او با موفقیت یک نمونه اولیه اولیه را در سال 1983 تولید کرد، در سال 1984 یک حق اختراع به ثبت رساند و در سال 1986 حق اختراع را دریافت کرد. در سال 1986، او همچنین سیستم های سه بعدی را تأسیس کرد که به آوردن استریولیتوگرافی از آزمایشگاه به تولید تجاری کمک کرد.

تحقیقات قبلی نیز وجود داشت. هیدئو کوداما، محقق ژاپنی، در سال 1981، کار بر روی مدل‌های پلیمری با نور پخت را منتشر کرد و مفاهیمی مشابه آنچه در تولید افزودنی‌های مدرن وجود دارد را بررسی کرد. با این حال، کار هال نقش تعیین کننده ای در ایجاد یک سیستم چاپ سه بعدی تجاری با دوام داشت.

بنابراین، وقتی مردم می‌پرسند پرینت سه‌بعدی کجا اختراع شده است، پاسخ تا حدی به معنای آنها بستگی دارد: تحقیقات اولیه در مکان‌های مختلف انجام شد، در حالی که والنسیا، کالیفرنیا، به زادگاه اصلی چاپ سه‌بعدی تجاری تبدیل شد.

چگونه اولین چاپگر سه بعدی تجاری، نمونه سازی را تغییر داد

به دنبال توسعه SLA، 3D Systems SLA-1 را معرفی کرد که به طور گسترده به عنوان اولین دستگاه استریولیتوگرافی تجاری شناخته می شود.

برای تولیدکنندگان، این نشان دهنده تغییر قابل توجهی در روند توسعه محصول است. مهندسان می توانند به جای انتظار برای نمونه ماشینکاری شده یا سرمایه گذاری در ابزارسازی نمونه اولیه، یک مدل فیزیکی را مستقیماً از یک فایل دیجیتالی ایجاد کنند.

هال همچنین فرمت فایل STL را توسعه داد که به یک استاندارد پرکاربرد برای انتقال هندسه سه بعدی به نرم افزار چاپ تبدیل شد.

این پیشرفت‌ها به ایجاد جریان کار نمونه‌سازی سریعی کمک کرد که تولیدکنندگان هنوز از آن استفاده می‌کنند: طراحی یک جزء، چاپ نمونه، بازرسی نتیجه، اصلاح مدل، و تکرار تا زمانی که طرح برای تولید آماده شود.

برای سازندگان سخت افزار و قالب، این گردش کار می تواند زمان قابل توجهی را قبل از انجام ماشینکاری CNC یا ابزار دائمی صرفه جویی کند.

از SLA تا FDM و SLS

استریولیتوگرافی تنها آغاز کار بود. سایر فناوری‌های تولید افزودنی به زودی دامنه مواد، هزینه‌ها و کاربردهای موجود را برای تولیدکنندگان گسترش دادند.

مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) که توسط اسکات کرامپ در ایالات متحده توسعه یافته است، قطعات را با اکسترود کردن رشته های ترموپلاستیک لایه به لایه می سازد. تجهیزات نسبتاً کم و هزینه مواد آن را برای نمونه های اولیه اولیه، بررسی ابعاد و تأیید مونتاژ محبوب کرده است.

تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) که از طریق تحقیقات در دانشگاه تگزاس در آستین توسعه یافته است، از لیزر برای ذوب مواد پودری به قطعات جامد استفاده می کند. می‌تواند هندسه‌های پیچیده‌ای را بدون ساختارهای پشتیبانی یکسان تولید کند که اغلب توسط فرآیندهای دیگر مورد نیاز است، و آن را برای نمونه‌های اولیه کاربردی و اجزای پیچیده مفید می‌سازد.

هر فناوری هدف متفاوتی را دنبال می کند. SLA اغلب برای جزئیات ظریف و سطوح صاف، FDM برای مدل های مفهومی اقتصادی و SLS برای نمونه های اولیه کاربردی تر انتخاب می شود.

چرا پرینت سه بعدی در تولید سخت افزار و قالب اهمیت دارد؟

دانستن اینکه پرینت سه بعدی در کجا اختراع شده است جالب است، اما ارزش عملی آن با در نظر گرفتن اینکه چگونه با جریان کار تولید امروزی مطابقت دارد، واضح تر می شود.

تصور کنید که یک طرح محفظه جدید از مشتری دریافت کرده اید. قبل از ماشینکاری قالب، تیم مهندسی شما باید سوراخ های نصب، فاصله مونتاژ، ضخامت دیوار و ابعاد کلی را بررسی کند.

یک نمونه اولیه چاپ سه بعدی به تیم اجازه می دهد تا این ویژگی ها را زودتر بررسی کند، مشکلات بالقوه را شناسایی کند و مدل CAD را قبل از سرمایه گذاری در ابزارهای گران قیمت بازبینی کند.

این بدان معنا نیست که پرینت سه بعدی جایگزین ماشینکاری CNC، دایکاست یا قالب گیری تزریقی شود. هر فرآیندی نقاط قوت خود را دارد. در عوض، پرینت سه بعدی پلی مفیدی بین طراحی دیجیتال و تولید ایجاد می‌کند و به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا بازبینی‌های غیرضروری را کاهش دهند و تصمیمات آگاهانه‌تری بگیرند.

به ویژه هنگام توسعه سخت افزار سفارشی، قطعات پلاستیکی، مجموعه های مکانیکی، و مفاهیم قالب که نیاز به چندین دور تایید مشتری دارند، ارزشمند است.

تاثیر ماندگار پرینت سه بعدی

بنابراین، پرینت سه بعدی کجا اختراع شد؟ تاریخچه آن شامل چندین محقق اولیه است، اما کار چاک هال در والنسیا، کالیفرنیا، به تبدیل استریولیتوگرافی به یک فناوری تجاری کاربردی در دهه 1980 کمک کرد.

امروزه، همان ایده اولیه همچنان بر تولید تأثیر می گذارد: ساخت یک بخش فیزیکی از داده های دیجیتال، ارزیابی سریع آن، و بهبود طراحی قبل از حرکت به سمت تولید کامل.

برای سازندگان سخت‌افزار و سازندگان قالب، این به معنای تأیید سریع‌تر طراحی، ارتباط کارآمدتر با مشتریان و شگفتی‌های پرهزینه کمتر در طول توسعه ابزار است.

این فناوری از زمان اولین ماشین‌های SLA به طور قابل‌توجهی تکامل یافته است، اما هدف اصلی آن همچنان مرتبط است: کمک به تولیدکنندگان برای حرکت از یک ایده به یک محصول قابل اجرا با زمان، هزینه و عدم اطمینان کمتر.