ساخت اتومبیل با استفاده از چاپگر سه بعدی

خودروی تولید شده در اوایل سپتامبر 2014 به وسیله یک چاپگر سه بعدی در شیکاگو در یک دوره زمانی دو روزه

در یکی از روزهای اوایل ماه سپتامبر 2014،  خودروی متعلق به شرکت لوکال موتورز تحت عنوان استراتی (Strati‎)  به نمایش جهانی گذاشته شد. این اتومبیل الکتریکی شباهتی به سایر خودروهای در حال تردد حال حاضر ندارد. با وجود آنکه این اتومبیل بر روی چهار چرخ حرکت می‌کند، اما بدنه و شاسی آن در کارخانه ساخته نشده‌اند. در عوض طراحان استراتی از نوعی فناوری تحت عنوان چاپ سه بعدی جهت تولید این قطعات استفاده کردند.

به گفته‌ی گِرِگ شرودر مهندس ارشد تحقیقات: «استراتی در مقایسه با یک وسیله نقلیه معمولی در حال تردد، کاملاً متفاوت به نظر می‌رسد». سازمانی که او در آن مشغول به کار است در زمینه گرایش‌ها و تغییرات صورت گرفته در صنعت اتومبیل سازی مطالعه و تحقیق می‌نماید.

چاپ این خودرو جدید در نمایشگاه تولید بین‌المللی فناوری در شیکاگو 44 ساعت به طول انجامید. طی چند روز بعد، طراحان این اتومبیل قطعات دیگر آن را نصب کردند. این قطعات، موتور خودرو، ترمز و لاستیک را شامل می‌شدند. سپس در اوایل ماه سپتامبر، جی راجرز سوار بر این اتومبیل شد و موتور آن را روشن کرده و به درون خیابان رانندگی کرد. راجرز در تأسیس کمپانی لوکال موتوز همکاری داشته است. این کمپانی مستقر در آریزونا حامی تولید خودروی استراتی بوده است. دو هفته بعد، این تیم دومین استراتی خود را به همان سرعت در نمایشگاهی در شهر نیویورک چاپ یا تولید نمود.
امروزه خریداران خودرو در انتخاب وسیله نقلیه دارای محدودیت هستندجاستین فیشکین یکی از مقامات لوکال موتورز استراتی را همچون دریچه‌ای به سوی آینده می‌بیند. امروزه خریداران خودرو در انتخاب وسیله نقلیه دارای محدودیت هستند. آنها تنها می‌توانند اتومبیل‌هایی را به شرکتهای خودروسازی سفارش دهند که پیش از این طراحی شده‌ باشند. اما او عنوان می‌کند که در آینده شاید قادر باشید اتومبیل دلخواه خود را به صورت آنلاین طراحی کرده و سپس آن را برای چاپ سفارش دهید.
 

به گفته فیشکین: «تصور کنید که به یک فروشگاه رفته و بدنه، چرخ و قطعات دیگر یک اتومبیل را انتخاب کرده، سپس همانطور که منتظر هستید، این کمپانی آن را برای شما چاپ نماید».

متخصصان بخش تولید عنوان می‌کنند که چاپ سه بعدی شروع به متحول ساختن نحوه ساخت وسایل کرده است. این فناوری چندین دهه است که روی کار آمده است. اما این دستگاه‌ها سابق بر این بسیار گران بوده بطوریکه تنها کمپانیهای بزرگ قادر به خرید آنها بودند. هرچند در چند سال گذشته تغییراتی حاصل شده است. بسیاری از این دستگاه‌ها هم اینک به قدر کافی ارزان شده‌اند که کمپانیهای کوچک یا حتی افراد بتوانند آنها را در اختیار داشته باشند. برخی کتابخانه‌های محلی آنها را در دسترس عموم قرار می‌دهند. دبیرستانها شروع به استفاده از آنها در کلاسهای درس خود کرده‌اند. دسترسی وسیع به این چاپگرها بدان معناست که اکنون هر فرد می‌تواند انواع مختلفی از وسایل نوآورانه از وسایل بازی و مواد غذایی گرفته تا دست مصنوعی با دارا بودن انگشتان متحرک  را طراحی و چاپ نماید.
 

فناوری چاپگر سه بعدی که در شیکاگو مورد استفاده قرار گرفت یکی از نمونه‌های تولید افزایشی است. طی این فرایند اشیاء جامد تکه به تکه از پایین به بالا ساخته می‌شوند. (استراتی در زبان ایتالیایی به معنای لایه لایه است). نوعی بازوی مکانیکی یک نازل یا افشانک را از یک سو به سوی دیگر و به عقب و جلو حرکت می‌دهد. این نازل همانطور که حرکت داده می‌شود، مایعی را که اغلب فلز یا پلاستیک ذوب شده است (اما می‌تواند مواد غذایی، بتن و یا حتی سلول باشد) را ته نشین ساخته بطوریکه این مایع به سرعت سخت شده یا به هم چسبیده تا به حالت جامد یا نیمه جامد درآید. این فرایند یک تک لایه نازک را ایجاد می‌کند. به محض آنکه یک لایه کامل شد، چاپگر شروع به ته نشین ساختن لایه بعد می‌کند. (یک مجسمه ساخته شده از موم را تصور کنید که به صورت لایه به لایه بوسیله قطرات موم داغ چکیده شده از یک شمع ساخته می‌شود).

به گفته شرودر: «در صنعت اتومبیل سازی کشش و علاقه بالایی در چاپ سه بعدی وجود دارد». در حال حاضر، این فناوری به ویژه جهت ساخت نمونه‌های اولیه یا مدل‌های اتومبیل یا قطعات خودرو بکار می‌آید.چاپگر سه بعدی جهت رقابت با تولید کنندگان کنونی خودرو بایستی بر سرعت خود بیافزایندشرودر عنوان می‌کند که چاپگر سه بعدی جهت رقابت با تولید کنندگان کنونی خودرو بایستی بر سرعت خود بیافزایند. او خاطر نشان می‌سازد که از سوی دیگر، یک وانت فورد اف 150 خط تولید را با سرعت تقریباً یک دستگاه در دقیقه به جریان می‌اندازد. جهت تولید همان تعداد استراتی نیاز به چاپگرهای بسیار بیشتری است. به عقیده شرودر پیشی گرفتن چاپ سه بعدی جهت تولید چنین حجم بالایی به این زودی‌ها محقق نخواهد شد. اما او می‌افزاید: «کسی چه می‌داند در بلند مدت چه اتفاقی خواهد افتاد؟».

دانشمندان در آزمایشگاه ملی اوک ریج واقع در تنسی چاپگر سه بعدی مورد استفاده در شیکاگو را طراحی نمودند. لانی لاو دانشمند محقق از این آزمایشگاه سرپرستی این کار را برعهده داشت. به منظور ساخت دستگاهی که بتواند یک اتومبیل را چاپ نماید، او و تیمش مجبور بودند موانع بسیاری را از سر بگذرانند.

تولید افزایشی اغلب آهسته و گران است. به گفته لاو ممکن است موادی غیر قابل اطمینان را نیز تولید نماید. بنابراین تیم او به مدت دو سال به دنبال راه‌هایی بودند تا چاپگر سه بعدی بهتری بسازند. آنها دستگاه‌های جدیدی ساخته و آنها را چندین مرتبه آزمایش کردند.

تمام آن تلاشها به ثمر نشست و اکنون دستگاه جدید آنها سریع بوده و نسبت به چاپگرهای پیشین از مواد ارزان‌تری استفاده می‌کند. علاوه بر آن، پلاستیکی ادغام شده با فیبرهای کربن جهت تولید ماده‌ای مستحکم‌تر چاپ می‌نماید. بدین ترتیب این اطمینان خاطر حاصل می‌شود که ماده تولید شده تحت فشار ترک نخورده یا درهم نمی‌شکند.

دستگاه جدید ساخته شده در همان ابتدای کار از عیب و نقص مبرا نبود. لاو به یاد می‌آورد که نخستین مرتبه‌ای که آنها سعی در چاپ یک خودرو کردند این فرایند شش روز به طول انجامید. و بدنه خودرو هنگامی که بیش از حد سرد شد، ترک برداشت و از هم پاشید. با این حال دانشمندان با تلاش بسیار زیاد توانستند سرعت این دستگاه را بالا ببرند. و اکنون خودروی تولید شده توسط این دستگاه بهم پیوستگی خود را حفظ می‌کند.

او عنوان می‌کند که این فناوری جدید جهت رشد و توسعه در آن واحد نیاز به افکار جوان دارد. طراحانی که در بخش تولید مدت زمان طولانی مشغول به کار بوده‌اند، به کار با محدودیتهای شدید عادت کرده‌اند. آنها ممکن است تنها انواع خاصی از مواد را تجربه کرده باشند. اما چاپ سه بعدی بسیاری از این محدودیتها را ندارد این دستگاه‌ها می‌توانند تقریباً هرآنچه فرد می‌تواند متصور باشد را چاپ نمایند.

به همین دلیل لاو و تیم اوک ریج دانش آموزان دبیرستانی و دانشجویان را برای کمک، با خود همراه ساختند. او عنوان می‌کند که «دانش آموزان دیدگاه‌های نو و تازه‌ای در خصوص طراحی دارند» و «مهندسان مجرب با فیزیک، دستگاه و مواد سروکار داشته‌اند» بنابراین هر دو گروه می‌توانند از یکدیگر یاد گرفته و با همکاری یکدیگر محصول بهتری تولید کنند.

 
منبع: sciencenewsforstudents