فن آوری نمونه سازی سریع و دورنمای آن در ایران و جهان

کد محصول: me3

فرمت فایل:  word

تعداد صفحات : ۱۲۰ صفحه

قیمت : ۲۵۰۰۰ تومان

دانلود فایل بلافاصله بعد از خرید

فصل اول : معرفی

۱-۱- مقدمه       ۱

۱-۲- اهمیت و جایگاه نمونه¬سازی سریع در فرآیندهای تولید        ۴

۱-۳- مزایای فناوری نمونه¬سازی سریع   ۷

۱-۳-۱-مزایای استراتژیک          ۷

۱-۳-۲-مزایای تولید       ۸

۱-۳-۳- مزیت در تصمیم¬گیری ۸

۱-۴- کاربرد و مصرف فناوری نمونه¬سازی سریع ۸

فصل دوم : آشنایی با فناوری نمونه¬سازی سریع

۲-۱- انواع فرآیندهای ساخت و جایگاه نمونه¬سازی سریع            ۱۱

۲-۲- زنجیره¬ی فرآیند نمونه¬سازی سریع          ۱۲

۲-۲-۱- آماده¬سازی داده¬ها توسط طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)   ۱۳

۲-۲-۲- تبدیل مدل CAD به فایل STL 13

۲-۲-۳- پردازش فایل STL و آماده سازی اطلاعات برای ساخت   ۱۴

۲-۲-۴- ساخت نمونه¬ی شاهد   ۱۴

۲-۲-۵- فرآیندهای ثانویه (تمام¬کاری، تمیزکاری و آماده¬سازی)            ۱۴

۲-۳- اجزای اصلی فرآیندهای نمونه¬سازی سریع  ۱۴

۲-۳-۱- داده¬های ورودی و نرم¬افزار    ۱۵

۲-۳-۲- فرآیند ۱۵

۲-۳-۳- مواد مصرفی      ۱۶

۲-۳۲-۴- کاربردها        ۱۶

۲-۴- انواع فرآیندهای نمونه¬سازی سریع ۱۶

فصل سوم : سیستمهای نمونه‌سازی سریع

۳-۱- مقدمه       ۲۰

۳-۲- فرایند نمونه‌سازی سریع      ۲۱

۳-۲-۱- مدل CAD      ۲۱

۳-۲-۲- فایل STL        ۲۱

۳-۲-۳- لایه‌بندی           ۲۲

۳-۲-۴- تکیه‌گاه            ۲۲

۳-۲-۵- ساخت ۲۳

۳-۲-۶- پس پردازش     ۲۳

۳-۳- استریولیتوگرافی (SLA)    ۲۳

۳-۳-۱- مزایا     ۲۵

۳-۳-۲- معایب  ۲۵

۳-۳-۳-کاربردها           ۲۶

۳-۴- تف جوشی انتخابی لیزری (SLS)  ۲۶

۳-۴-۱- مزایا     ۲۸

۳-۴-۲-معایب   ۲۸

۳-۴-۳-کاربردها           ۲۸

۳-۵- MJM     ۲۹

۳-۵-۱- مزایا     ۳۰

۳-۵-۲-معایب   ۳۰

۳-۵-۳-کاربردها           ۳۱

۳-۶- FDM     ۳۱

۳-۶-۱-مزایا      ۳۲

۳-۶-۲- معایب  ۳۲

۳-۶-۳-کاربردها           ۳۳

۳-۷- سیستمهای EOS 33

۳-۷-۱-فرایند    ۳۳

۳-۷-۲-مواد      ۳۴

۳-۷-۳- مزایا     ۳۵

۳-۷-۴- معایب  ۳۶

۳-۷-۵- کاربردها          ۳۶

۳-۸- LOM    ۳۷

۳-۸-۱- فرایند   ۳۷

۳-۸-۲- مزایا     ۳۸

۳-۸-۳- معایب  ۳۹

۳-۸-۴- کاربردها          ۳۹

۳-۹- چاپ سه بعدی      ۴۰

۳-۹-۱- مزایا     ۴۱

۳-۹-۲- معایب  ۴۲

۳-۱۰- SGC    ۴۲

۳-۱۰-۱- فرایند ۴۲

۳-۱۰-۲- مزایا   ۴۳

۳-۱۰-۳- معایب            ۴۳

۳-۱۰-۴- کاربردها        ۴۴

۳-۱۱- سیستمهای PATTERN MASTER , MODEL MAKER           ۴۴

۳-۱۱-۱- فرایند ۴۵

۳-۱۱-۲- مزایا   ۴۵

۳-۱۱-۳- معایب            ۴۶

۳-۱۱-۴- کاربردها        ۴۶

۳-۱۲- سیستم SCS      ۴۷

۳-۱۲-۱- فرایند ۴۷

۳-۱۲-۲- مزایا   ۴۸

۳-۱۲-۳- معایب            ۴۸

۳-۱۳-سیستم SOLIFORM    ۴۸

۳-۱۳-۱- مبانی  ۴۹

۳-۱۳-۲- فرایند ۴۹

۳-۱۳-۳- مزایا   ۴۹

۳-۱۳-۴- معایب            ۵۰

۳-۱۳-۵- کاربردها        ۵۰

۳-۱۴- LENS             ۵۰

۳-۱۴-۱- مبانی LENS بر اساس دو اصل            ۵۱

۳-۱۴-۲- فرایند             ۵۱

۳-۱۴-۳- مزایا   ۵۲

۳-۱۴-۴- معایب            ۵۲

۳-۱۴-۵- کاربردها        ۵۲

۳-۱۴-۶- جهت‌گیریهای آینده    ۵۳

۳-۱۵- تفت‌جوشی بازداری انتخابی (SIS)           ۵۳

۳-۱۵-۱- مراحل            ۵۳

۳-۱۵- مزایا       ۵۵

۳-۱۶- ساخت پیرامونی (Contour Crafting) 55

۳-۱۶-۱- فرآیند            ۵۵

۳-۱۶-۴- جهت‌گیریهای آینده    ۵۹

فصل چهارم: کاربردها و اطلاعات موردی

۴-۱- مقدمه       ۶۰

۴-۲- اهمیت و جایگاه فناوری     ۶۰

۴-۲-۱- بهبود ارتباطات  ۶۰

۴-۲-۲- اعمال سریع تغییرات و اصلاحات ۶۱

۴-۲-۳- تقویت و پردازش ایده¬ها و پیشنهادها      ۶۲

۴-۲-۴- طراحی تجسمی و بازاریابی         ۶۲

۴-۲-۵- کنترل اطلاعات CAD  ۶۲

۴-۲-۶- آزمایش¬های کاربردی ۶۳

۴-۲-۷- ابزارسازی         ۶۳

۴-۲-۸- ریخته¬گری فلزات       ۶۳

۴-۳- مطالعه موردی        ۶۴

۴-۳-۱- خودروسازی     ۶۴

۴-۳-۲- هوافضا ۶۷

۴-۳-۳- پزشکی            ۶۹

۴-۳-۴- هنر      ۷۳

۴-۳-۵- معماری            ۷۵

۴-۳-۶- صنایع الکترونیک          ۷۷

۴-۳-۷- جواهرسازی      ۷۸

فصل پنجم : وضعیت و دورنمای نمونه¬سازی و ابزارسازی سریع در ایران و جهان

۵-۱- مقدمه       ۷۹

۵-۲- وضعیت صنعتی      ۸۰

۵-۳- بازار مصرف         ۸۱

۵-۴- بازار اولیه  ۸۲

۵-۴-۱- تجهیزات          ۸۲

۵-۴-۲- ساخت نمونه‌های شاهد   ۸۵

۵-۴-۳- خدمات مهندسی            ۸۶

۵-۴-۴- درآمد  ۸۸

۵-۵- بازار ثانویه            ۸۹

۵-۶- درآمد جهانی        ۸۹

۵-۷- تحقیق و توسعه      ۸۹

۵-۸- چرخه¬ی عمر فناوری       ۹۲

۵-۹- پیش بینی وضعیت آینده     ۹۴

۵-۱۰- الگوی پیشرفت و استراتژی توسعه در کشورهای صنعتی        ۹۷

۵-۱۰-۱- آمریکای شمالی          ۹۷

۵-۱۰-۲- اروپا   ۹۹

۵-۱۰-۳- آسیا   ۱۰۲

۵-۱۰-۴- مناطق دیگر     ۱۰۷

۵-۱۱- وضعیت ایران      ۱۰۸

۱۲-۱۱-۱- جایگاه جهانی           ۱۰۸

۵-۱۱-۲- موقعیت در آسیا           ۱۱۰

۵-۱۱-۳- وضعیت خاورمیانه        ۱۱۱

۵-۱۱-۴- تحلیل وضعیت کشور و تنگناهای موجود            ۱۱۲

فهرست اشکال 

شکل ۱-۱- تهیه‌ی نقشه‌های برجسته مکان‌یابی با استفاده از صفحاتی از جنس موم      ۲

شکل ۱-۲- تصویری از مجسمه‌سازی با استفاده از سخت کردن پلیمرها توسط اشعه‌ی لیزر      ۳

شکل ۱-۳- تغییرات پیچیدگی و زمان ساخت مدل‌ها با پیشرفت فناوری         ۵

شکل ۱-۴- مقایسه‌ی چرخه‌ی تولید در روش‌های متداول و سیستم‌هایی بر پایه‌ی فناوری

نمونه‌سازی سریع .          ۵

شکل ۱-۵- ارتباط بین هزینه‌های تولید با تعداد قطعات در نمونه‌سازی سنتی و سریع   ۷

شکل ۱-۶- متداول‌ترین زمینه‌های استفاده از محصولات نمونه‌سازی سریع در صنعت  ۹

شکل۱-۷- بازار مصرف فناوری نمونه‌سازی و ابزارسازی سریع در صنایع مختلف .     ۹

شکل ۱-۸- چگونگی توزیع کاربرد نمونه‌های شاهد تولیدی به روش نمونه‌سازی سریع

در صنعت .        ۱۰

شکل ۲-۱- روش‌های مختلف ساخت و تولید        ۱۱

شکل ۲-۲- زنجیره‌ی فرآیند نمونه‌سازی سریع       ۱۳

شکل ۲-۳- اجزای اصلی در فرآیندهای نمونه‌های سریع که بر سرعت پیشرفت فناوری

مؤثر است          ۱۵

شکل ۳-۱- مراحل کلی در نمونه‌سازی سریع         ۲۰

شکل ۳-۲- فایل STL مدل یک میلینگ  ۲۲

شکل ۳- ۳- قطعات تولید شده بوسیله فرایند SLA بر روی پلتفرم دستگاه، تکیه‌گاهها در زیر قطعات

دیده می‌شوند.    ۲۲

شکل ۳-۴- شماتیک دستگاه استریولیتوگرافی .     ۲۴

شکل ۳- ۵- SLA7000 قادر است قطعه‌ای به ابعاد ۵۰۸ mm 508  ۵۸۴ را تولید کند.     ۲۵

شکل ۳-۶- مدل SLA یک موتور بنز چهار سیلندر دیزلی که در مقیاس یک به یک به منظور تست

 مونتاژپذیری تولید شده است، به این ترتیب ۸۰% در هزینه صرفه‌جویی شده است       ۲۶

شکل ۳-۷- شماتیک دستگاه SLS         ۲۷

شکل ۳-۸- SLS مدل SinterStation HiQ  می تواند قطعاتی  با ابعاد ۳۸۱×۳۳۰×۴۵۷ میلیمتر را

تولید کند.          ۲۷

شکل ۳-۹- نمونه‌ای از قطعات تولید شده به روش SLS، از چپ به راست توسط  پودر پلی‌آمید، ماسه و

همان قطعه از پودر فلز.    ۲۸

شکل ۳-۱۰- راست: شماتیک یک دستگاه MJM، چپ: مراحل کار در فرایند MJM         ۲۹

شکل ۳-۱۱- نمونه قطعات تولیدی توسط Invision HR 3D، در شکل  سمت راست  مدل مومی و

مدل فلزی تهیه شده از فرایند ریخته‌گری دقیق نشان داده شده است.  ۳۰

شکل ۳-۱۲- قطعات ساخته شده توسط ترموجت   ۳۰

شکل ۳-۱۳- قطعات ساخته شده توسط ترموجت   ۳۱

شکل ۳-۱۴- شماتیک فرایند FDM       ۳۱

شکل ۳-۱۵- FDM مدل TITAN میتواند قطعاتی  با ابعاد ۴۰۸×۴۰۸×۳۵۵ میلیمتر را تولید کند        ۳۲

شکل ۳-۱۶- مدل یکبیل مکانیکی با استفاده از فراین FDM           ۳۳

شکل ۳-۱۷- قطعه ساخته شده به روش EOS-M با استفاده از پودر فلز       ۳۵

شکل ۳-۱۸- باک خودرو ساخته شده به رش EOS-P با استفاده  از پودر پلاستیک ۳۵

شکل ۳-۱۹- سمت راست: ماهیچه ساخته شده به روش EOS-S با استفاده از ماسه،  سمت چپ:

بلوک موتور خودرو که با استفاده از یک ماهیچه ساخته شده به این روش ریختگی شده است. ۳۶

شکل ۳-۲۰- شماتیک دستگاه LOM     ۳۷

شکل ۳-۲۱- جدا کردن مواد اضافی از بلوک و رسیدن به قطعه نهایی           ۳۸

شکل ۳-۲۲- قطعات ساخته شده از روش LOM 39

شکل ۳-۲۳- شماتیک مراحل ساخت در فرایند چاپ سه بعدی        ۴۰

شکل ۳- ۲۴- نمونه‌ای از یک قطعه چند رنگ ساخته شده بوسیله دستگاه Sepectrum Z510        ۴۱

شکل ۳-۲۵- کاربردهای متنوع قطعات ساخته شه از فرایند چاپ سه بعدی    ۴۱

شکل ۳-۲۶- شماتیک دستگاه SCG      ۴۲

شکل ۳-۲۷-مراحل فرایند SGC             ۴۳

شکل ۳-۲۸- دونمونه قطعات ساخته شده به روش SCG از جنس اپوکسی، راست: پره پمپ، چپ:

چرخ ژنوا           ۴۴

شکل ۳-۲۹-مدل حلقه تولید شده با استفاده از Patern Master   ۴۴

شکل ۳-۳۰- شماتیک دستگاه Model Maker             ۴۵

شکل ۳-۳۱- نمای میزکار دستگاه MM II          ۴۶

شکل ۳-۳۲- تکه‌ای از یک دستبند که با استفاده از MM II ساخته شده است،  از چپ به راست:

مدل CAD، مدل مومی، قطعه نهایی .       ۴۷

شکل ۳-۳۳- کاربردهای فرایند SCS: 1- به عنوان نمونه اصلی در یخته‌گری ۲- ایپلیمر، به

جهت مطالعات آیرودینامیکی  ۳- منیفولد، به منظور انجام تست مونتاژپذیری ۴- پای IC        ۴۸

شکل ۳-۳۴- نمونه ساخته شده از فرایند SCS  از رزینی با خواص لاستیکی .           ۴۸

شکل ۳-۳۵-نمونه ساخته شده از فرایند Soliform .        ۴۹

شکل ۳-۳۶- نمایی از دستگاه LENSTM 750             ۵۰

شکل ۳-۳۷-شماتیک فرآیند LENS      ۵۱

شکل ۳-۳۸- ساخت تیغه‌ای با ضخامت ناچیز از فرآیند LENS      ۵۱

شکل ۳-۳۹- دو نمونه از کاربردهای فرآیند LENS،  راست: تعمیر یک آب بند راهگاهی دورا، ۵۳

چپ: یک ایمپلنت .        ۵۳

شکل ۳-۴۰- مراحل فرآیند SIS             ۵۳

شکل ۳-۴۱- خارج کردن قطعه ساخته شده           ۵۴

شکل ۳-۴۲ – قطعات نمونه ساخته شده بروش SIS           ۵۵

شکل ۳-۴۳ – قسمت کلگی دستگاه CC در حین ساخت دیواره مخروطی    ۵۶

شکل ۳-۴۴ – شماتیک فرآیند ساخت پیرامونی      ۵۶

شکل ۳-۴۵ – راست : پروفسور خوشنویس در کنار دستگاه ساخت پیرامونی، چپ : شماتیک

دستگاه CC      ۵۷

شکل ۳-۴۶ – کانالهای تأسیسات درون دیوارها      ۵۸

شکل ۳-۴۷ – شماتیک دیوارها و نحوه نصب تأسیسات در آنها        ۵۸

شکل ۴-۱- نرخ افزایش هزینه برای تغییر یا اصلاح طرح در چرخه توسعه محصول. دایره‌های موجود

در نمودار از نتایج گزارش شده توسعه شرکت Ricoh Copier استخراج شده است .          ۶۱

شکل ۴-۲- مجرای ورودی هوا در توربین موتور گازی. شکل سمت چپ الگوی ریخته‌گری  دقیق

از جنس پلی کربنات  و قطعه سمت راست محصول حاصل را نشان می‌دهد.   ۶۷

شکل ۴-۳- ساخت مدلی از مغز انسان از تلفیق تکنولوژی MRI و SLA     ۷۰

شکل۴-۴- جراحی ترمیمی گوش بیرونی با استفاده از فرآیند FDM           ۷۱

شکل ۴-۵- ساخت قطعه‌ی جایگزین کشکک زانو به روش SLS    ۷۲

شکل ۴-۶- تأثیر استفاده از فناوری SLS در میزان جذب دارو از پوشش‌های انتقال دارو         ۷۳

شکل ۴-۷-  طرح تجسمی – تخیلی در پروژه‌ی CALM 74

شکل ۴-۸-  طرح تجسمی – تخیلی یک قایق در پروژه‌ی CALM            ۷۴

شکل ۴-۹- تهیه‌ی مدلی از مجسمه‌ای قدیمی به منظور  حفظ آثار باستانی     ۷۵

شکل ۴-۱۰ – سازه‌هایی که توسط RP ساخته شده‌اند       ۷۶

شکل ۴-۱۱- مدل‌های ساخته شده توسط SLS     ۷۷

شکل ۴-۱۲- مدل‌های ساخته شده به روش چاپ سه بعدی (۳DP) 77

شکل ۴-۱۳- مدل‌ها و انگشتری ساخته شده توسط فناوری RP        ۷۸

شکل ۵-۱- بازار مصرف فرآیندهای نمونه‌سازی و ابزارسازی سریع در صنایع مختلف جهان    ۸۰.

شکل ۵-۲ – توزیع کاربرد نمونه‌های شاهد تولیدی به روش سریع در صنعت             ۸۰

شکل ۵-۳-  روند رو به ازدیاد ساخت و فروش دستگاه‌های RP در سال‌های مختلف. (ب) کشورهای

صنعتی مهم        ۸۱

شکل ۵-۴- توزیع جغرافیایی نصب سیستم‌های RP در دنیا بر حسب (الف) قاره         ۸۲

شکل ۵-۵- متوسط رشد خرید و نصف تجهیزات RP در کشورهای مختلف صنعتی در پنج

سال گذشته        ۸۳

شکل ۵-۶ – توزیع جغرافیایی سازندگان سیستم‌های RP در دنیا      ۸۵

شکل ۵-۷- سهم سه کشور آمریکا، ژاپن و آلمان از بازار فروش تجهیزات RP         ۸۵

شکل ۵-۸-  تعداد مدل‌های تولید شده به روش سریع در سالهای ۱۳۷۷ تا ۱۳۷۹         ۸۶

شکل ۵-۹ – توزیغ جغرافیایی دفاتر خدمات مهندسی در جهان        ۸۶

شکل ۵-۱۰- سهم تقریبی روش‌های مختلف نمونه‌سازی سریع در ارائه خدمات مهندسی         ۸۷

شکل ۵-۱۱- روند تقلیل نصب دستگاه‌های RP در دفاتر خدمات مهندسی در سالهای ۱۳۷۶

تا ۱۳۷۹             ۸۷

شکل ۵-۱۲- درآمد حاصل از بازار اولیه RP در سالهای مختلف      ۸۸

شکل ۵-۱۳- روند رو به ازدیاد ثبت اختراع در آمریکا در زمینه‌ی فناوری نمونه‌سازی سریع      ۹۰

شکل ۵-۱۴- نمو تجهیزات RP در مراکز آموزشی و پژوهشی         ۹۰

شکل ۵-۱۵- توزیع جهانی سیستم‌های نمونه‌سازی سریع در مراکز آموزشی و پژوهشی           ۹۱

شکل ۵-۱۶- نمودار تصویری چرخه‌ی یک فناوری (TALC)       ۹۳

شکل ۵-۱۷- پیش‌بینی جایگاه CAD و RP در چرخه‌ی عمر فناوری          ۹۴

شکل ۵-۱۸- توزیع تجهیزات نمونه‌سازی سریع در مراکز مختلف آسیا         ۱۰۳

شکل ۵-۱۹- سهم روش‌های مختلف نمونه‌سازی سریع در ابزار مصرف آسیا             ۱۰۳

شکل ۵-۲۰- توزیع مصرف فناوری RP در صنایع ژاپن      ۱۰۵

شکل ۵-۲۱- استفاده‌ی ایران از فناوری RP در مقایسه با کشورهای صنعتی   ۱۰۹

شکل ۵-۲۲-  توزیع تجهیزات RP در قاره‌های مختلف      ۱۱۰

شکل ۵-۲۳- مقایسه وضعیت ایران با برخی از کشورهای آسیایی از لحاظ تجهیزات

نمونه‌سازی سریع .          ۱۱۰

شکل ۵-۲۴- موقعیت ایران در منطقه خاورمیانه از لحاظ تجهیزات RP         ۱۱۱

            فهرست جداول

عنوان                صفحه

جدول ۱-۱- روند پیشرفت فناوری‌های مهم و جایگاه‌ روش نمونه‌سازی سریع بین آنها            ۴

جدول ۱-۲- دسته‌بندی انواع نمونه‌های شاهد قابل ساخت توسط فناوری نمونه‌‌سازی سریع       ۶

جدول ۲-۱- روند توسعه‌ی روش‌های اصلی  نمونه‌سازی سریع در دنیا           ۱۸

جدول ۲-۲- گروه‌بندی روش‌های اصلی نمونه‌سازی بر حسب حالت ماده مورد مصرف           ۱۹

جدول ۴-۱- مقایسه‌ی زمان مورد نیاز (روز) برای تولید شش الگوی مختلف از مجراهای  سوخت و هوا و

دود در یک موتور احتراق داخلی ۶۸

جدول ۴-۲- زمان و هزینه صرف شده برای نمونه‌سازی قطعات الکترونیکی به  روش‌های مختلف در

 شرکت Texas Instruments  .        ۷۸

جدول ۵-۱- سازندگان اصلی تجهیزات نمونه‌سریع و انواع سیستم‌های موجود            ۸۴

جدول ۵-۲- پیش بینی درآمد جهانی حاصل از فناوری RP در سالهای  ۱۳۷۶ تا ۱۳۷۹

(میلیون دلار)      ۸۹

جدول ۵-۳- فهرست الفبایی و آدرس الکترونیکی برخی از مراکز دانشگاهی مهم که در زمینه RP

فعالیت می‌‌کنند   ۹۱

جدول ۵-۴- پیش‌بینی زمینه‌های رشد و توسعه فناوری RP در آینه‌ی نزدیک و دور    ۹۵

جدول ۵-۵- پیش‌بینی تعداد دستگاه‌های RP برخی از کشورها در سال ۱۳۸۰           ۱۰۹

چکیده

در طی سالیان متمادی صنعتگر و مصرف کننده در یک نکته به اشتراک رسیده‌اند که انتظار سطح بالایی از کیفیت و اطمینان محصول داشته باشند. برای آنکه بتوان در سطح جهانی قابلیت رقابت داشت شرکت‌ها بطور ممتد در قسمت فشار برای ارایه محصولات و فرآیندهای جدید به بازار مصرف در زمان کوتاهتر و در عین حال با کیفیت و عملکرد بالاتر هستند. آنچه که از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، اطمینان از انطباق دقیق قطعات برای تولید یک محصول جدید و حصول مشخصه‌های اولیه آن در کوتاه‌ترین زمان ممکن می‌باشد این انتظارات با بکارگیری روشهای سنتی که در طی سالها حداکثر توان خود را نشان داده‌اند امکان‌پذیر نیست، بنابراین همین امر موجب پدید آمدن فناوری تولید جدیدی در چند دهه اخیر بنام نمونه‌سازی و ابزارسازی سریع شده است که توانسته تأثیری شگرفی در تولید و پیشرفت شرکت‌ها و جوامع دارای این تکنولوژی داشته است. امروزه کشورها که از نظر علمی وصنعتی مطرح هستند در حال ساخت دستگاههای نمونه‌سازی سریع و سوق دادن تولیدات خود به سوی استفاده از این فناوری هستند، و همچنین سرمایه‌گذاری و برنامه‌ریزی وسیعی از سوی این کشور‌ها جهت مطالعه بیشتر در این جهت برای بهبود فرآیندها و افزایش دامنه‌ مواد اولیه مورد استفاده در این فناوری شده و می‌شود.

۱-۱- مقدمه

امروزه تولید سریع قطعات مهندسی و صنعتی از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. بازار پویای تجارت جهانی و فشردگی رقابت بین تولیدکنندگان موجب شده است تا زمان ارائه­ی یک محصول به بازار مصرف، عامل تعیین کننده­ی فروش باشد.

در حقیقت، موفقیت یک محصول با چرخه­ی طراحی تا تولید آن ارتباط تنگاتنگ دارد. زمان توسعه­ی محصول، قابلیت توزیع سریع در بازار و به روز نگه داشتن طرح از جمله مهم­ترین عواملی هستند که برتری در رقابت را تعیین می­کنند. برای نمونه می­توان به صنعت خودرو اشاره نمود که در آن تعداد سازندگان و تنوع انتظارات مشتری عرصه­ی رقابتی سنگینی را به وجود آورده است. اهمیت موضوع به حدی است که پس از تجربه­ی مهندسی معکوس و مهندسی هم زمان، دهه­ی اول قرن بیست و یکم به دهه­ی سرعت مرسوم شده است.

از طرف دیگر، رشد صنعتی با شتابی بی مانند نسبت به گذشته در حال گسترش است. این رشد نه تنها مستلزم افزایش سرعت تولید، بلکه نیازمند ارائه­ی طرح­های نو و متنوع نیز می­باشد. به علاوه، پیچیدگی طرح­های مهندسی به طور مداوم در حال افزایش است به طوری که صنعت، تشنه­ی توسعه­ی روش­های نو با ویژگی‌های خاص است که بتواند در حداقل زمان، محصول را به بازار عرضه کند. گسترش کاربرد رایانه­ها در تمام فرآیندهای ساخت گواهی گویا از نیاز صنعت به بهبود کیفیت، افزایش بهره­وری، کاهش زمان و اجرای طرح­­های پیچیده است. فناوری­های نمونه سازی، ابزارسازی و ساخت و تولید سریع نقش به سزایی در این زمینه دارند. ویژگی اصلی فرآیندهای یاد شده، کاهش زمان ساخت نمونه­های شاهد (نمونه­ی شاهد اولین الگو از محصولی است که باید طراحی، ساخته و یا نسخه­­برداری شود)، کمک در طراحی محصول، قطعه‌سازی و ابزارسازی سریع است.

اگرچه بیش از پانزده سال از قدمت به کارگیری فناوری نمونه­سازی سریع در مقیاس تجاری نمی­گذرد، ولی ریشه­های پیدایش و شکل­گیری آن را باید در قرن نوزدهم جستجو کرد. بلندر در سال ۱۸۹۰ با استفاده از تعداد زیادی صفحات از جنس موم، قالب­هایی برای تهیه­ی نقشه­های برجسته­ی مکان­یابی تولید کرد. این فرآیند بر پایه­ی حک کردن خطوط نقشه­ها روی یک سری از صفحات مومی و برش صفحات از روی خطوط نقشه­ها و روی هم قرار گرفتن صفحات طراحی شده بود (شکل ۱-۱). پیشرفت این روش را می­توان در ساخت قالب­های ریخته­گری براساس فرآیند یاد شده در سال ۱۹۷۲ مشاهده کرد.

شکل ۱-۱- تهیه‌ی نقشه‌های برجسته مکان‌یابی با استفاده از صفحاتی از جنس موم [۱].

در ادامه می­توان به مجسمه­سازی از طریق عکاسی در قرن نوزدهم اشاره کرد که تصاویر قرینه­ مدل­های سه بعدی از طریق عکس­برداری هم زمان توسط بیست و چهار دوربین که در اطراف مدل و در محفظه­ای استوانه­ای شکل قرار داشتند، تهیه شد. در حقیقت از هر عکس جهت تهیه­ی یک بیست و چهارم از انحنای مدل استفاده می­شد. پیشرفت این روش را می­توان در ساخت مدل­ها به روش­های مختلف مشاهده کرد. به عنوان نمونه روشی که در سال­های ۱۹۴۴- ۱۹۳۵ مورد استفاده قرار می­گرفت بر مبنای تابش خطوط تیره و روشن با پهنای ثابت بر قسمت­های مختلف مدل و عکسبرداری از آن استوار بود. براساس خطوط تیره و روشن به دست آمده از عکسبرداری، ورق برش داده می­شد و از چسباندن قسمت­های برش یافته به یکدیگر، قطعه­ی موردنظر به دست می­آمد. مانز در سال ۱۹۵۶ با سخت کردن محلول امولسیونی با قابلیت عبور نور، اصول اولیه­ی روش استریولیتوگرافی را پایه­ریزی کرد. در این روش محلول امولسیون براساس طرح اسکن لایه به لایه­ی قطعه با اعمال فشار،فشرده و سخت می­شد و لایه­ها به ترتیب روی یکدیگر قرار می­گرفتند. در سال ۱۹۶۸، اولین روش براساس کاربرد لیزر در نمونه­سازی سریع توسط سوئینسون پایه­گذاری شد. در این روش پلیمرهای حساس به نور بر اثر برخورد دو دسته اشعه­ی لیزر هم­گرا سخت می­شدند (شکل ۱-۲).

شکل ۱-۲- تصویری از مجسمه‌سازی با استفاده از سخت کردن پلیمرها توسط اشعه‌ی لیزر [۱].

در سال ۱۹۷۱ از اشعه­ی لیزر جهت ذوب و اتصال پودر مواد استفاده شد. کیراد با انجام این فرآیند اصول اولیه تف جوشی لیزری را بنا نهاد. در سال ۱۹۸۱، سخت کردن رزین­های مایع حساس به نور ماوراء بنفش به صورت لایه به لایه توسط کوداما انجام شد. با این وجود، استفاده­ی اقتصادی از فناوری نمونه­سازی سریع در صنعت از سال ۱۹۸۸ آغاز شد. اگر به روند پیشرفت فناوری با زمان در جدول (۱-۱) توجه کنیم، گسترش نمونه­سازی سریع در مقیاس تجاری را می­توان مدیون پیشرفت گسترده در مدل­سازی سه بعدی کامپیوتری دانست. در واقع با پیشرفت فرآیندهای وابسته به کامپیوتر مانند سیستم طراحی توسط کامپیوتر، ساخت توسط کامپیوتر   و ابزار کنترل عددی توسط کامپیوتر  ، استفاده از روش­های نمونه­سازی سریع با سرعت بیشتری افزایش یافت. شایان ذکر است که سرعت رشد فرآیندهای نمونه­سازی سریع از آغاز فعالیت تجاری حدود ۵۰-۴۰ درصد بوده است. این در حالی است که متوسط رشد فرآیندهایی مانند CNC حدود ۱۱% و فرآیندهای CAD حدود ۲۲% بوده است. این موضوع به خوبی اهمیت و سرعت رشد فرآیندهای نمونه‌سازی سریع را نشان می­دهد.

جدول ۱-۱- روند پیشرفت فناوری‌های مهم و جایگاه‌ روش نمونه‌سازی سریع بین آنها [۱].

۱-۲- اهمیت و جایگاه نمونه­سازی سریع در فرآیندهای تولید

برای درک بهتر و بیشتر اهمیت و جایگاه نمونه­سازی سریع، بهتر است بر چگونگی تکامل این فناوری مروری داشته باشیم. عصر نمونه­سازی تاکنون سه دوره را پشت سر گذاشته است:

   wدر دوره­ی اول که از اواسط دهه­ی ۱۹۶۰ آغاز شد، مبنای مدل­سازی هندسی، نقشه­کشی دوبعدی بود که مجموعه­ی از خطوط صاف و منحنی، نمای بیرونی قطعه را نشان می­داد. نمونه­سازی در این دوره به صورت دستی و سنتی که از سال­ها پیش رونق داشت، در جریان بود.

   wدر دوره­ی دوم که از اواسط دهه­ی ۱۹۷۰ آغاز شد، مبنای مدل­سازی هندسی، نقشه­کشی سه بعدی و مدل­سازی سطحی بود. در این دوره، CAM با استفاده از مدل­سازی سطحی میسر شده بود. در نتیجه نمونه­سازی متحول و ماشین کاری با کنترل عددی، نمونه­سازی مجاری و شبیه سازی رایانه­ای گسترش یافت. از مهم­ترین خصوصیات این دوره، افزایش پیچیدگی مدل­هاست و از مشکلات آن نیز می­توان به عدم توانایی در مدل­سازی هندسی داخل نمونه­ها اشاره کرد.

   wدر دوره­ی سوم که اواسط دهه­ی ۱۹۸۰ آغاز شده است، مبنای مدل­سازی هندسی، الگوی حالت جامد است که در آن با گسترش نرم­افزارهای کامپیوتری توانایی مدل­سازی داخل نمونه­ها به خوبی سطوح خارجی میسر است. ساخت قطعات با تحولی شگرف رو به رو شد.

چگونگی اثر استفاده از این فرآیندها در کاهش زمان مدل­سازی با توجه به افزایش پیچیدگی طرح­های مهندسی در شکل (۱-۳) نشان داده شده است. این شکل بیانگر پیشرفت عصر نمونه­سازی است که روند تکامل آن پیش از این بیان شد. با ظهور سیستم­های طراحی مهندسی توسط رایانه  و همچنین توسعه­ی فرآیندهای کنترل عددی به کمک رایانه  تقلیل زیادی در زمان ساخت نمونه­های شاهد ایجاد شد. با این وجود، پیچیده شدن طرح­ها دوباره سبب افزایش این زمان گردید. با تلفیق قابلیت­های رایانه و فناوری­های پیشرفته­ای مانند لیزر، عصر نمونه­سازی سریع   در سال ۱۹۸۸ آغاز و به سرعت گسترش یافت که کاهش شدید زمان ساخت نمونه­ها را در پی داشت. به دلیل قابلیت­های ویژه، رشد این فناوری در سال­های اولیه بیش از ۱۰۰% بوده است.

شکل ۱-۳- تغییرات پیچیدگی و زمان ساخت مدل‌ها با پیشرفت فناوری [۱].

همانطور که اشاره شد، جهت­گیری فرآیندهای ساخت به سمتی است که زمان چرخه­ی طراحی تا تولید به حداقل برسد. در شکل (۱-۴) مراحل مختلف تولید در سیستم­هایی به روش متداول استفاده از فناوری نمونه‌سازی سریع نشان داده شده است. همانطور که ملاحظه می­شود فناوری­های نمونه­سازی و ابزارسازی سریع در حلقه­ی میانی چرخه­ی تولید قرار دارند و پل ارتباطی بین مراحل طراحی و ساخت هستند. نکته­­ی قابل توجه در به کارگیری فناوری­های یاد شده، کاهش زمان و هزینه است که نقش اساسی در بهینه سازی تولید دارد.