کد محصول: me3
فرمت فایل: word
تعداد صفحات : ۱۲۰ صفحه
قیمت : ۲۵۰۰۰ تومان
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.