پرینت سه‌بعدی برای مهندسان مکانیک

پرینت سه‌بعدی در مهندسی مکانیک

هدف این نوشته این است که مهندسان مکانیک را با کاربردهای صنعت ساخت افزایشی آشنا کند. نمی‌خواهیم به حاشیه برویم و به آموزش پرینت سه‌بعدی بپردازیم! قصد داریم به طور مستقیم به سراغ بحث برویم و با نشان دادن چندین مثال کاربردی شما را با کاربردهای پرینت سه‌بعدی در مهندسی مکانیک آشنا کنیم.

پس حتماً تا انتهای نوشته همراه باشید.

چند نمونه‌ی جالب از کاربرد ساخت افزایشی در مهندسی مکانیک

پرینت سه‌بعدی کالیپر ترمز بوگاتی شیرون

بوگاتی که متخصص تولید خودروهای سوپر اسپرت است، مانند دیگر کمپانی‌های بزرگ خودروسازی به استفاده از پرینترهای سه‌بعدی روی آورده است. بوگاتی در آخرین مدل خود، بوگاتی شیرون یا به بیان دیگر بوگاتی کایرون، برای ساخت کالیپر ترمز خود از پرینترهای سه‌بعدی استفاده کرده است.

کالیپر ترمز بوگاتی شیرون با پرینترهای سه‌بعدی بستر پودری ساخته شده است. این پرینترهای سه‌بعدی با تاباندن شعاع‌های انرژی، مانند لیزر، بر روی دانه‌های پودر مواد اولیه، آن‌ها را به هم جوش می‌دهند و یک قطعه یک‌پارچه را می‌سازند. برای ساخت کالیپر ترمز بوگاتی شیرون از پودر فلز تیتانیوم استفاده شده است. همچنین پرینت سه‌بعدی این قطعه 45 ساعت زمان می‌برد.

اگر تمایل دارید جزئیات بیشتری در مورد استفاده‌ی بوگاتی از پرینتر سه‌بعدی فلز برای ساخت کالیپر ترمز بدانید، حتماً مقاله‌ی “تولید کالیپر ترمز بوگاتی شیرون توسط پرینترهای سه‌بعدی” را مطالعه بفرمایید. در این مقاله تصاویر بیشتری از این کالیپر ترمز و همچنین جزئیات فرآیند تولید آن با پرینترهای سه‌بعدی آمده است.

پرینت سه‌بعدی نازل سوخت تیتانیومی هواپیما

قطعات تیتانیومی صنایع هوایی با 63% وزن کمتر – GE Aviation

کمپانی GE Aviation نازل سوخت مشهورش را با استفاده از پرینترهای سه‌بعدی فلز می‌سازد. GE Aviation هم همانند بقیه‌های کمپانی‌های هوافضایی به تاثیر انقلابی پرینت سه‌بعدی در صنایع هوافضایی پی برده است. این تاثیر تنها بر روی زنجیره‌ی تامین نیست. بلکه با تاثیر بسیار زیاد بر روی وزن قطعات هواپیماها و فضاپیماها، مصرف سوخت آن‌ها را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

این کمپانی با بازطراحی نازل‌های سوخت تیتانیومی و تطبیق آن‌ها با توانایی‌های پرینترهای سه‌بعدی توانست 63% از وزن آن‌ها بکاهد.

با هدف کاهش وزن براکت و قسمت ساپورت این قعطه، تیم طراحی از نرم‌افزار بهینه‌سازی Materialise 3-matic استفاده کرده است. آن‌ها به خوبی بررسی کردند که کدام قسمت‌های طرح را می‌توان با ساختارهای شبکه‌ای جایگزین کرد؛ با این هدف که با حفظ مقاومت قطعه از وزن آن بکاهند.

سپس این تیم ارزیابی‌های نهایی را بر روی قطعه می‌کنند تا مطمئن شوند که ساختار شبکه‌ای آن برای فرآیند پرینت سه‌بعدی مناسب است.

سپس تیم وضعیت تنش‌های وارد بر قطعه را بر اساس قیدهای طراحی بررسی می‌کند و در صورت نیاز، به تغییر ساختار هندسی آن دست می‌زند. با تکرار چرخه‌ی طراحی، این تیم توانست که کاهشی 63درصدی در وزن نازل سوخت تیتانیومی پرینت سه‌بعدی شده نسبت به نازل سوخت ساخته شده با روش‌های سنتی ایجاد کند.

جالب اینجاست که استفاده از پرینتر سه‌بعدی فلز برای ساخت نازل سوخت تیتانیومی GE Aviation علاوه بر تحول زنجیره‌ی تامین و همچنین کاهش وزن 63 درصدی قطعه، به دلیل ایجاد فضاهای انتقال حرارتی بیشتر، باعث کاهش تنش‌های گرمایی نیز می‌شود!

اسکن سه‌بعدی پا و پرینت سه‌بعدی کفی کفش اختصاصی

اولین کمپانی تولیدکننده‌ی کفی‌های کفش دینامیک

تصور کنید که کفشی داشته باشید که نه تنها کاملاً اندازه‌ی پای شما باشد، بلکه نحوه‌ی راه رفتن شما را هم بشناسد و برای آن طراحی شده باشد.

برای پیدا کردن این کفش تنها کافی است که بر روی یک اسکنر که حرکت شما را بررسی می‌کند راه بروید و در طی تنها چند روز کفی کفش جادویی شما پرینت سه‌بعدی شده و آماده‌ی تحویل به شما خواهد بود.

همه‌ی این کارها پیش از این توسط کمپانی Phits™ Insoles انجام شده است و این کمپانی را به اولین تولیدکننده‌ی “کفی‌های کفش اختصاصی مبتنی بر آنالیز راه رفتن فرد” تبدیل کرده است. این کمپانی یکی از پیشروان به کارگیری ظرفیت‌های ساخت افزایشی است و با استفاده از نرم‌افزارهای مدرن طراحی صنعتی، پرینت سه‌بعدی و اسکن سه‌بعدی توانسته به خوبی این ظرفیت‌ها را به ثروت تبدیل کند.

در اینفوگرافیک زیر زنجیره‌ی ارزش ساخته شده توسط کمپانی Phits™ Insoles به خوبی دیده می‌شود.

گیره‌های نگهدارنده در اتوماسیون صنعتی

گیره‌های پرینت سه‌بعدی شده‌ی Schunk

در اتوماسیون صنعتی، سرعت و دقت از اصول اساسی کار هستند. گیره‌هایی که در خطوط تولید برای برداشتن و قرار دادن قطعات استفاده می‌شوند یکی از مثال‌هایی است که باید شامل این ویژگی‌ها باشد. هرچه این قطعات بهتر برای اهداف کاریشان ساخته و تنظیم شوند، بهتر می‌توانند انجام وظیفه کنند.

ولی ساخت دقیق این گیره‌ها همیشه هم به این سادگی نیست و در بسیاری از موارد می‌تواند زمان‌بر و هزینه‌بردار باشد.

متخصصان آلمانی شرکت Schunk که در حوزه طراحی و تولید گیره‌های صنعتی فعال هستند، توانستند به کمک مجموعه‌ی متریالایز سیستمی را با نام eGrip راه‌اندازی کنند. eGrip اولین ابزار کاملاً اتوماتیک برای طراحی و سفارش گیره‌های پرینت سه‌بعدی شده است.

طراحی و سفارش تنها در 15 دقیقه

تنها با چند کلیک در پلتفرم eGrip، سفارش شما ثبت می‌شود.

سفارش دهنده تنها باید فایل STEP و یا STL قطعه‌ای که قرار است برای آن گیره ساخته شود را آپلود کند. سپس برخی اطلاعات مانند وزن، بستر نگهدارنده(Gripper Base)، جهت جدایش(Extraction Direction) و موقعیت نسبی قطعه و گیره را به eGrip بدهد تا این پلتفرم، گیره‌ی مطلوب را برای مشتری طراحی کند.

نرم‌افزار بلافاصله پنجه‌های گیره را به گونه‌ای که قطعه را به طور کامل و دقیق نگه دارد و درعین حال بهینه باشد طراحی می‌کند. سپس قیمت و اطلاعات نحوه و زمان ارسال گیره‌ها را در اختیار مشتری قرار می‌دهد. فرآیند طراحی، ساخت و ارسال این گیره‌ها تنها چندین روز طول می‌کشد که در مقایسه با روش‌های سنتی که هفته‌ها طول می‌کشید بسیار بازده‌ی زمانی بهتری دارد.

گیره ساکشن آلومینیمی

پرینت سه‌بعدی آلومینیم و قدرت (باز)طراحی: گیره ساکشن

هرچه یک تیم تولیدکننده‌ی یک زنجیره‌ی ارزش با کمک ساخت افزایشی، درک بهتر و عمیق‌تری نسبت به همه‌ی ظرفیت‌های این تکنولوژی داشته باشد، خروجی حاصل بهینه‌تر و ارزنده‌تر خواهد بود.

اجازه دهید همین موضوع را به بیان دیگر مطرح کنیم. اگر یک تیم می‌خواهد به وسیله‌ی ساخت افزایشی یک محصول جدید را تولید کند و یا یک محصول قدیمی را بازتولید کند، بهتر است که از تمام ظرفیت ساخت افزایشی در همه‌ی جنبه‌های روند تولید استفاده کند.

به عنوان نمونه در فرآیند طراحی، قطعات باید برای تولید با پرینترهای سه‌بعدی بهینه شوند. سپس در فرآیند تولید و حتی رساندن محصول به مشتری هم باید از مزایای ساخت افزایشی به بهترین شکل استفاده شود.

در این مورد، تیم Materialise با بازطراحی گیره ساکشن و ساخت آن با پرینترهای سه‌بعدی فلز، توانستند این قطعه‌ی آلومینیمی را با یک سوم قیمت، یک چهارم وزن و بدون نیاز به اسمبلی بسازند.

برای مطالعه‌ی کامل این کاربرد پرینت سه‌بعدی در مهندسی مکانیک می‌توانید از لینک اصلی آن مراجعه کنید.