ساخت افزایشی یا Additive Manufacturing

Additive Manufacturing

توصیه می‌شود پیش از از خواندن این نوشته و آشنایی با ساخت افزایشی یا Additive Manufacturing، نوشته‌ی “هرآنچه باید از پرینتر سه بعدی بدانید” را بخوانید.

اغلب کسانی که به تازگی این حوزه آشنا می‌شوند، برای پیدا کردن عنوانی مناسب برای آن دچار سردرگمی می‌شوند. پیش از آن؛ اصلاْ منظور از «این حوزه» چیست؟!

در زبان انگلیسی دو عبارت “Addditive Manufacturing“ و “3D Printing“ را در نظر بگیرید. در فارسی برای عبارت “Addditive Manufacturing“ از معادل “ساخت افزایشی“ یا “ساخت افزودنی“ و برای عبارت “3D Printing“ از عبارت “پرینت سه بعدی“ استفاده می‌شود. هرچند که در نوشتار پرینت سه بعدی هم اختلاف سلیقه وجود دارد و برخی آن را به صورت “پرینت۳بعدی“ هم می‌نویسند. از آن‌جایی که ادبیات(literature) موضوعات تخصصی و استانداردسازی آن بسیار مهم است (خصوصاْ برای جست‌وجو و انتقال دانش)، ما در وبسایت سه بعدی دات کام از معادل‌های زیر استفاده می‌کنیم:

Additive Manufacturing == ساخت افزایشی

3D Printing == پرینت سه بعدی

ناگفته نماند که من در بسیاری از مواقع ترجیح می‌دهم از همان عبارت‌های لاتین استفاده کنم و زحمت معادل‌سازی را به خودم ندهم. دلیل ای کار هم تنبلی یا سهل‌انگاری نیست. بلکه این خاطر است که در بسیاری از مباحث مربوط به تکنولوژی با ترجمه یا معادل‌سازی، امکان انتقال مفهوم کلمه‌ی اصلی به طور کامل وجود ندارد.

حال از این مقدمه‌ی مبسوط پیرامون ادبیات موضوع فاصله بگیریم و ببینیم که ساخت افزایشی چیست؟

در ساده‌ترین تعریف به “ساخت قطعات فیزیکی با قرار دادن لایه‌به‌لایه‌ی مواد بر روی یکدیگر“، ساخت افزایشی، ساخت افزودنی و یا همان Additive Manufacturing گفته می‌شود. اگر مقاله‌ی “پرینت سه بعدی بعدی چیست؟ از کاربردها، مواد و تکنولوژی‌های آن چه می‌دانید؟“ را در وبسایت سه بعدی دات کام خوانده باشید متوجه این نکته شده‌اید که تعریف ساخت افزایشی بسیار مشابه پرینت سه بعدی است. کاملا درست است!

در حقیقت می توان برای Additive Manufacturing یا ساخت افزایشی سه تعریف را بیان کرد:

تعریف اول ساخت افزایشی

ساخت افزایشی و پرینت سه بعدی دو عبارت برای یک مفهومند. به عبارت دیگر ساخت افزایشی یا پرینت سه بعدی به روشی گفته می شود که یک مدل کامپیوتری سه بعدی به عنوان ورودی به دستگاهی با نام پرینتر سه بعدی داده‌ می‌شود و آن دستگاه با قرار دادن انتخابی و لایه‌به‌لایه‌ی مواد، یک قطعه‌ی فیزیکی را به عنوان خروجی ارائه می‌دهد.

در این تعریف از Additive Manufacturing، نگاه، کاملاْ مکانیکی است و تنها به یک دستگاه و روش ساخت اختصاصی آن اشاره دارد.

تعریف دوم ساخت افزایشی

هرکدام از ابزارهای ساخت توانایی‌ها و محدودیت‌های مختص به خود را دارند. اگر قصد داشته باشید یک شیر آب را بسازید، در کل فرآیند طراحی آن باید به فکر روش ساخت هم باشید. یعنی نمی‌شود که طراح فارغ از اینکه این شیر آب قرار است به چه صورت ساخته شود، یک طرح عجیب و غریب را ارائه دهد. حتی ممکن است که طراح شیر آبی بسیار زیبا و خلاقانه را طراحی کند، ولی امکان ساخت آن با روش مد نظر وی وجود نداشته باشد.

ساخت افزایشی/پرینت سه بعدی به دلیل محدودیت‌ها و توانایی‌های متفاوتی که با روش‌های سنتی دارند، امکانات متفاوتی را در دست طراح می‌گذارند. بسیاری از طرح‌هایی که در روش‌های سنتی امکان ساخت نداشتند، با ساخت افزایشی ممکن شدند. و بالعکس بسیاری از طرح‌ها اگر با پرینتر سه بعدی ساخته شوند صرفه‌ی اقتصادی لازم را ندارند (البته در آینده ممکن است این گزاره تغییر کند).

به واسطه‌ی ماهیت متفاوت ساخت افزایشی/پرینت سه بعدی، امروزه روش‌ها و نرم‌افزارهایی جدیدی گسترش پیدا کرده‌اند که برای استفاده‌ در Additive Manufacturing تخصصی شده‌اند. از طرفی به واسطه‌ی گسترش پرینتر سه بعدی و امکان ساخت خانگی و کارگاهی قطعات پیچیده، استفاده از اسکنر سه بعدی هم گسترش یافته است.

خلاصه و بدون مقدمه‌ی بیشتر به سراغ تعریف دوم برویم (قدیما تعریف‌ها اینقد مقدمه نمی‌خواست! انگار با پیچیده‌تر شدن تکنولوژی‌ها تعریفشونم سختتر شده!):

به مجموعه‌ی روش‌های پرینت سه بعدی، طراحی سه بعدی و اسکن سه بعدی که برای ساخت یک محصول همکاری می‌کنند ساخت افزایشی گفته می‌شود.

تعریف سوم ساخت افزایشی

اما تعریف سوم که من هم آن را بیشتر ترجیح می‌دهم و در منابع علمی‌تر و صنایع بزرگ بیشتر استفاده می‌شود، نگاه، از فرآیند ساخت توسط یک دستگاه فراتر می‌رود و به یک زنجیره‌ی ارزش (Value Chain) اشاره می‌شود. ویژگی کلیدی این چرخه‌ی ارزش در این است که از روشی نوین و منحصربه‌فرد برای ساخت قطعات فیزیکی استفاده می‌کند که همان پرینت سه بعدی است. این تعریف در برابر روش‌های سنتی ساخت، ساخت کاهشی (Subtractive Manufacturing) و ساخت با تغییر شکل (Shapeforming Manufacturing) می‌آید.

اجازه دهید که کمی بیشتر به تعریف سوم ساخت افزایشی بپردازیم و آن را روشن‌تر کنیم:

با یک مثال پیش می‌رویم. زنجیره‌ی تولید و مصرف یک آچار پیچ‌گوشتی را در نظر بگیرید. فارغ از روش ساخت، این زنجیره به این صورت است:

(سناریوی ۱)

ماده‌ی خام (مثلاْ فولاد) به کارخانه‌ی سازنده‌ای در چین آورده و در آنجا با تکنولوژی ریخته‌گری یا ماشین‌کاری (که اولی زیرمجموعه‌ی روش‌های ساخت با تغییر شکل و دومی زیرمجموعه‌ی روش‌های ساخت کاهشی است) ساخته می‌شود. سپس این محصولات بسته‌بندی می‌شوند و برای ارسال به نقاط مختلف دنیا آماده می‌شوند. پس از اینکه این محصولات با کشتی به کشوری مانند ایران رسیدند، در انبارهای کلان نگهداری می‌شوند تا به پخش‌کننده‌ها فروخته شوند. در نهایت بعد از چندبار دست به دست شدن این محصولات، مصرف‌کننده آچار پیچ‌گوشتی مورد نظر را از خرده‌فروشی‌ها خریداری می‌کند.

پاراگراف بالا بیانگر بخش‌های مهم زنجیره‌ی تامین یک آچار پیچ‌گوشتی فرضی است که با روش‌های سنتی ساخته می‌شود. حال اگر بخواهیم به جای استفاده از روش‌های سنتی مثل ریخته‌گری و ماشین‌کاری از پرینت سه بعدی استفاده کنیم، کل این فرآیند دگرگون می‌شود و به صورت زیر در می‌آید:

(سناریوی ۲)

ماده‌ی خام به دست مصرف‌کننده‌ (خریدار نهایی آچار پیچ‌گوشتی) می‌رسد و وی با پرینتر سه بعدی آچار پیچ‌گوشتی مورد نظرش را می‌سازد! یا سناریوی بدبینانه به این صورت می‌شود:

(سناریوی +۲)

ماده‌ی خام به دست یک کارگاه محلی (در سطح شهر یا استان) که پرینترهای سه بعدی پیشرفته‌تر و صنعتی دارد می‌رسد و آن‌ها آچار پیچ‌گوشتی مورد نظر را برای مصرف‌کننده‌ی نهایی می‌سازند.

حال کافیست سناریوی ۱ را با سناریوی ۲ و حتی +۲ مقایسه کنید تا متوجه تغییر ایجاد شده توسط ساخت افزایشی در زنجیره‌ی تامین شوید. اثرات این تغییر تنها به استفاده از یک دستگاه متفاوت برای ساخت محدود نمی‌شود و کل مباحث مرتبط با اقتصاد، حقوق و مالکیت، بازاریابی، مدیریت و … یک محصول را دگرگون می‌کند. به همین دلیل هم است که در دانشگاه‌های بزرگ دنیا، ساخت افزایشی یا Additive Manufacturing تنها در دانشکده‌های مهندسی جدی گرفته نمی‌شود و دانشکده‌های دیگر هم به طور جدی به آن می‌پردازند.

کل این داستان‌ چه ربطی به تعریف سوم از ساخت افزایشی داشت؟!

در حقیقت این داستان‌ها مقدمه ای بودند برای اینکه بگوییم: تعریف سوم از Additive Manufacturing به زنجیره‌ی ارزشی اشاره دارد که محوریت آن استفاده از پرینتر سه بعدی است. تمام!

اینکه در کجا منظور از Additive Manufacturing تعریف اول، دوم یا تعریف سوم است، به بستر آن بحث وابسته است. ولی ما در “سه بعدی دات کام“ از یک ادبیات ثابت استفاده می‌کنیم:

هرکجا قرار باشد در مورد تعریف اول ساخت افزایشی صحبت کنیم، از عبارت “پرینت سه بعدی“ استفاده می‌کنیم. چون در این حالت کاملا معنای مشابهی دارد و سری که درد نمی‌کند …

هرکجا از عبارت‌ “ساخت افزایشی“ یا “Additive Manufacturing“ استفاده کردیم، منظور تعریف دوم یا سوم ساخت افزایشی است که با توجه به بستر بحث کاملاْ‌ قابل تشخیص است.