مروري بر نمونه سازي سريع

واژه (Rapid prototyping) RP به روشي اطلاق مي شود كه در آن از اطلاعات CAD، مدل فيزيكي ساخته مي شود.

اين پرينترهاي 3 بعدي به طراح اجازه مي دهد تا به جاي تصاوير دو بعدي، سريع تر به نمونه هاي محسوس طرحشان دسترسي داشته باشند. همچنين مدلهايي استفاده هايي متعدد مي توانند داشته باشند: آنها به عنوان يك وسيله بصري عالي، باعث سهولت ارتباط بين همكاران و يا مشتري ها مي شوند علاوه بر اين از نمونه ها مي توان براي تست طرح استفاده كرد. براي مثال يك مهندس هوافضا براي اندازه گيري نيروها در تونل باد نياز به مدل دارد.

طـراح ها هـميشه از مدل اسـتفاده مي كنند. RP به آنها اين امكان را مي دهد كه سريع تر و ارزان تر و دقيق تر نمونه را بسازند.

علاوه بر ساخت نمونه و روش هاي RP براي ساخت ابزار (Rapid tooling) و حتي ساخت قطعات (Rapid manufacturing) استفاده مي شوند. براي تعداد كم و اشياء پيچيده RP اغلب بهترين روش ساخت موجود است.

البته واژه سريع نسبي است، اكثر نمونه ها به زمان ساخت 3 تا 72 ساعت نياز دارند، كه بستگي به اندازه و پيچيدگي آنها دارد. اين ممكن است كند به نظر برسد ولي در مقايسه با هفته يا ماه ها كه در اكثر روش هاي ديگر از قبيل ماشينكاري براي ساخت نمونه صرف مي شود، سريع تر مي باشد. اين كاهش زمان به سازنده اجازه مي دهد كه محصولات را سريع تر و ارزان تر به بازار ارائه كند.

حداقل شش تكنيك RP در دسترس است كه هر كدام نقاط ضعف و قوت منحصر به فردي دارند، چون تكنولوژي RP، به صورت روزافزون در كاربردهايي به غير از نمونه سازي استفاده مي شود، از آن به عنوان Computer Automated manufacturing يا Layered Manufacturing  يا Solid Free-From Fabrication (S.F.F) يا Solid Free Form Manufacturing ياد مي شود.

Layered Manufacturing: به طور خاص پروسه هايي را كه در همه تكنيكها استفاده مي شود، بيان مي كند. توسط يك نرم افزار، مدل CAD به لايه هاي نازكي «حدود m 1/0» برش خورده و هر لايه بر روي لايه ديگري قرار مي گيرد.

RP يك روش افزايشي (Additive) است، كه لايه هايي از كاغذ، واكس يا پلاستيك را براي توليد يك قطعه جامد با هم تركيب مي كنند. اين درست برخلاف روش هاي ماشينكاري قديمي «تراشكاري، فرزكاري، سنگ زني و …» است كه روش هاي Subtractive هستند كه در آنها براي درست كردن قطعه، موازد از يك بلوك برداشته مي شوند.

طبيعت روش هاي افزودني RP آن است كه مي توان با آنها اجسامي با سطوح داخلي پيچيده ساخت كه نمي توان توسط هيچ روش ديگري توليد كرد.

البته RP روش كاملي نيست، حجم قطعه بسته به نوع ماشين RP به m3 125/0 يا كمتر محدود مي شود. ساخت نمونه هاي فلزي مشكل است كه تصور مي شود اين مشكل در آينده نزديك برطرف مي شود.

براي قطعات فلزي، توليد بالا يا قطعات ساده، تكنيكهاي ساخت مرسوم معمولاً اقتصادي تر هستند. اگر از محدوديت هاي ذكر شده بالا بگذريم، بايد گفت RP تكنولوژي است كه در پروسه هاي ساخت انقلابي ايجاد كرده است.

2- پروسه هاي پايه Basic Process

با وجود اينكه چندين روش RP وجود دارد ولي در تمامي آنها پنج مرحله زير مشترك است:

1. ايجاد مدل CAD از طرح
2. تبديل مدل CAD به فرمت STL
3. برش فايل STL به لايه هاي نازك
4. ساخت مدل به صورت لايه هاي روي يكديگر
5. تميز كردن و پرداخت مدل

1. ايجاد مدل CAD: ابتدا جسم توسط يك نرم افزار CAD مدل سازي مي شود، مدل سازي هاي Solid از قبيل Pro Engineer نسبت به مدل سازي هاي Wire Frame از قبيل اتوكد، اشياء سه بعدي دقيق تري مدل مي كنند، كه در نهايت به بهتر شدن نتايج مشخص مي شود.
2. تبديل به فرمت STL: نرم افزارهاي CAD مختلف، از الكوريتم هاي متفاوتي براي ارائه جسم سه بعدي استفاده مي كنند، براي ايجاد سازگاري، فرمت STL (استريوليتوگرافي، اولين روش RP) به عنوان فرمت استاندارد صنعت RP پذيرفته شده است. بنابراين گام بعدي تبديل فايل CAD به فرمت STL مي باشد، اين فرمت سطح سه بعدي را به وسيله مجموعه اي از مثلث هاي صفحه  ارائه مي كند. چون فايل هاي STL از المانهاي صفحه اي استفاده مي كنند، قادر نيستند سطوح منحني را دقيقاً ارائه كنند، با افزايش تعداد مثلثها تقريب بهبود مي يابد، ولي اين كار منجر به افزايش حجم فايل مي شود، فايل هاي بزرگ و پيچيده به زمان بيشتري براي پيش پردازش و ساخت نياز دارند، در نتيجه طراح بايد در توليد يك فايل STL بين دقت و مديريت پذيري تعادل ايجاد كند. چون فرمت STL جهاني مي باشد، اين مرحله نيز در ميان تمامي روش هاي RP مشترك است.
3. برش فايل STL:  در گام سوم، برنامه پيش پردازش فايل STL را براي ساخت آماده مي كند، چندين برنامه موجود است كه در هر كدام به استفاده كننده، اجازه داده مي شود تا اندازه (size)، مكان (location) و جهت مدل (orientertion) را تنظيم كند. جهت دهي مدل به چند دليل مهم است: اول آنكه خواص مدل در جهات مختلف، متفاوت است، به عنوان مثال نمونه ها معمولاً در جهت Z ضعيف تر و كم دقت تر مي باشند، علاوه بر اين، جهت دهي قطعه تا حدي زمان لازم براي ساخت مدل را مشخص مي كند، قرار دادن ابعاد كوتاهتر در جهت Z منجر به كاهش تعداد لايه ها در اين جهت مي شود، كه در نهايت باعث كاهش زمان ساخت مي گردد.