چاپگر سه بعدی با سرعت بالا برای پلاستیک‌های با کارایی بالا

اول مارس 2019، Fraunhofer-Gesellschaft
 

 

توضیح تصویر: SEAM می‌تواند تولید افزاینده اجزای پلاستیکی را تا هشت برابر فرآیندهای معمولی تسریع کند. این روند با ترکیب چاپ سه بعدی با سیستم حرکت یک ابزار ماشین، سرعت تولید فوق العاده‌ای به دست می‌دهد.
 
تولید افزاینده اجزای پلاستیکی بزرگ، یک تعهد وقت گیر است. محققان موسسه Fraunhofer Institute of Machine Tools و Technology Forming IWU اکنون تولید افزاینده اکستروژن پیچ (SEAM)، که یک سیستم و فرآیندی است که هشت برابر سریعتر از چاپ سه بعدی معمولی است، را توسعه داده‌اند. بازدیدکنندگان قادر خواهند بود تا پرینتر فوق سریع سه بعدی خود را ببینند. تولید کنندگان ابزار و همچنین صنایع خودرو سازی و هوا فضا از نوآوری سه بعدی‌ای بهره می‌برند که هشت بار در سرعت پروسه سریعتر است.
 
چاپگرهای سه بعدی‌ای که لایه به لایه‌های کوچک سوغاتی را از پلاستیک ذوب شده می‌سازند اغلب در نمایشگاه‌های تجاری استفاده می‌شوند. تولید یک سوغات جیبی می‌تواند یک ساعت طول بکشد. اما این فرایند برای تولید انبوه قطعات، به عنوان مثال آنها که مورد نیاز صنعت خودرو است، خیلی کند است. یک سیستم از موسسه Fraunhofer برای ابزارهای ماشینکاری و تکنولوژی تشکیل شده در IWU در Chemnitz اکنون چاپ سه بعدی را به یک سطح جدید ارتقاء می‌دهد: تکنولوژی خیلی سریع سیستم فقط 18 دقیقه برای تولید یک جزء پلاستیکی که 30 سانتیمتر ارتفاع دارد وقت می‌گیرد. یک تیم از محققان در IWU Fraunhofer این تکنولوژی را برای ساخت افزاینده اجزای پلاستیکی مقاوم در حجم‌های بزرگ توسعه داده است. تولید کنندگان ابزار و همچنین صنایع خودرو سازی و هوا فضا از نوآوری سه بعدی‌ای بهره می‌برند که هشت بار در سرعت پروسه سریعتر است. این چاپگر با استفاده از SEAM – که کوتاه شده تولید افزاینده اکستروژن پیچ است – که فرایند توسعه یافته در مؤسسه Chemnitz است، کار می‌کند.
 
SEAM چگونه این سرعت فرآیند بالا را به دست می‌آورد؟ دکتر مارتین کاوچ، یک دانشمند در Fraunhofer IWU می‌گوید: "با ترکیب تکنولوژی ماشین ابزار با چاپ سه بعدی" برای پردازش پلاستیک، محققان از یک واحد به خصوص طراحی شده استفاده می‌کنند که مواد خام را ذوب  و با نرخ خروجی بالا بیرون اندازی می‌کند. این واحد در بالای یک پلت فرم ساخت و ساز نصب شده است که می‌تواند با استفاده از سیستم حرکت یک ابزار ماشین در شش محور چرخش داده شود. دکتر Kausch می‌گوید: "تا کنون، این ترکیب منحصر به فرد است." پلاستیک داغ در لایه‌های موجود در پلت فرم ساخت و ساز قرار می‌گیرد. سیستم حرکت دستگاه، تضمین می‌کند که پانل ساخت و ساز در زیر نازل، به گونه‌ای شکل می گیرد که شکل مولد قبلا برنامه ریزی شده تولید شود. جدول را می توان با سرعت یک متر در ثانیه در محورهای X، Y و Z برای نقل مکان تنظیم کرد و همچنین دستگاه می‌تواند تا 45 درجه کج شود." "این ما را قادر می‌سازد تا هشت بار سریعتر از فرآیندهای معمولی چاپ کنیم، به طوری که باعث کاهش زمان تولید قطعات پلاستیکی می‌شود."
 

 

توضیح تصویر: این بخش تجربی ترکیبی از ورق فلزی CFRP و ساختارهای سه بعدی چاپ شده است - SEAM امکان چاپ برای اجزای قالب گیری تزریقی یا ورق فلز را برای اولین بار فراهم می کند.
 

هر ساعت تا هفت کیلوگرم پلاستیک از طریق نازل داغ با قطر یک میلیمتر فشار داده می‌شود. فرآیندهای چاپ سه بعدیِ مشابه با مدل سازی رسوب دهی (Fused FDM) یا (Modeling Filament Fused FLM) معمولا فقط 50 گرم پلاستیک در هر ساعت را به دست می‌آورند. یک ویژگی منحصر به فرد این است که به جای فیبر گران قیمت FLM SEAM، فرایند گرانول پلاستیکی استاندارد را به صورت انعطاف پذیر و مقرون به صرفه برای اجزای مقاوم در برابر فیبر تقویت شده که چندین متر است اندازه می‌گیرد. این روش می‌تواند هزینه‌های مواد را تا دو صد کاهش دهد. "با ترکیب تکنولوژی ماشین ابزار با چاپ سه بعدی" برای پردازش پلاستیک، محققان از یک واحد به خصوص طراحی شده استفاده می‌کنند که مواد خام را ذوب  و با نرخ خروجی بالا بیرون اندازی می‌کند. با ترکیب تکنولوژی ماشین ابزار با چاپ سه بعدی برای پردازش پلاستیک، محققان از یک واحد به خصوص طراحی شده استفاده می‌کنند که مواد خام را ذوب  و با نرخ خروجی بالا بیرون اندازی می‌کند.
 
SEAM به محققان اجازه می‌دهد هندسه‌های پیچیده را بدون پشتیبانی از ساختارها اجرا کنند. نکته برجسته این است که سیستم جدید حتی امکان چاپ بر روی اجزای قالب گیری تزریقی موجود را فراهم می‌کند. Kausch می‌گوید: "همان طور که پلت فرم ساخت و ساز ما می‌تواند تبدیل شود، ما قادر به چاپ در ساختار منحنی با یک محور Z که به طور جداگانه حرکت می‌کند هستیم." در آزمایشات ما توانستیم طیف گسترده‌ای از پلاستیک‌ها را پردازش کنیم. آنها از الاستومرهای گرما نرم تا پلاستیک‌های با کارایی بالا با فیبر کربن با درصد 50 متغیر بودند. این پلاستیک‌ها موادی هستند که به ویژه به صنایع مرتبط هستند و عملاً نمی‌توانند با روش سنتی چاپگرهای سه بعدی تولید شوند. "
 

همه چیز به سال 1980 میلادی برمی‌گردد. زمانی که برای نخستین بار، اولین مواد و تجهیزات مناسب برای چاپ سه بعدی مهیا شد. در آن موقع، هیچ چیز به سادگی امروز نبود و علاوه بر قیمت بسیار بالای قطعات و مواد اولیه، تخصص بسیار زیادی برای مدل ‌سازی و تولید یک شیء ساده مورد نیاز بود. در آن زمان، آقای چاک هالک از «صنایع سامانه‌های سه بعدی»، موفق به ساخت نوعی ماشین (که آن روزها به ماشین‌های تولید افزایشی یا AM شهرت داشتند) شد که از فرایند جدیدی به نام اِستریولیتوگرافی بهره می‌بُرد. در این روش، با تاباندن لیزرهای فرابنفش (UV) به مواد فوتوپولیمر (نوعی درشت مولکول که در اثر تابش نور یا پرتوهای فرابنفش، تغییر ماهیت می‌دهد)، موجب تغییر شکل آن‌ها و به وجود آوردن اشکال هندسی پیچیده می‌شدند، به این صورت که لایه‌هایی از مواد جامد، یکی پس از دیگری بر روی هم قرار می‌گرفتند و یک مقطع عرضی مشخص را به وجود می‌آوردند. بر اثر تابش لیزر، مواد به سرعت برش خورده، ذوب شده و لایه‌ها به یکدیگر اتصال می‌یافتند. با ادامه‌ کار، محصول نهایی به دست می‌آمد. او همچنین فرمت STL را به عنوان فرمت مرجع نرم افزارهای کامپیوتری طراحی مخصوص چاپگرهای سه‌بعدی معرفی کرد.
 
در دهه 90 میلادی، شرکت Stratasys ، روش‌هایی چون برش یا ذوب مواد [اغلب پلاستیکی] را ابداع کرد. 5 سال بعد، کمپانی Z Corporation، تولید افزایشی را بر اساس یک نام تجاری پیشنهاد شده از سوی موسسه فناوری ماساچوست، چاپ سه بعدی نامید.
 
در روشی دیگر، از بسپارهای حساس به نور مانند رزین، برای ریخته گری مستقیم یا غیر مستقیم محصول نهایی استفاده می‌شود. به این صورت که چاپگر سه بعدی، مانند چاپگرهای جوهر افشان، رزین را بر روی یک بستر پودری از مواد پلیمری می‌پاشد. در این روش دقت چاپ، به 10 میکرون هم می‌رسد. با استفاده رزین‌های قابل ریخته‌گری، می‌توان کارهای بسیار ظریفی را، حتی به صورت تو خالی تولید کرد. در صنایع ساخت مجسمه و اشیا تزئینی، از رزین‌های سرامیکی برای قالب گیری استفاده می‌شود، زیرا این نوع مواد محکم‌تر هستند و به صورت مستقیم قابل ریخته‌گری نیستند.

در مصارف گوناگون، از طیف وسیعی از مواد اولیه استفاده می‌شود که از میان پرکاربردترین آن‌ها می‌توان به برخی فلزات مانند تیتانیوم، رزین، خمیر سرامیک، انواع مواد ترموپلاستیک، پلاستیک و نایلون اشاره کرد.
  
ارائه شده توسط: Fraunhofer-Gesellschaft
 
برگرفته از سایت فیز اُرگ
 

مترجم: علی رضایی میر قائد