مزیت چاپ سه بعدی نسبت به روش ساخت سنتی چیست؟

مزیت چاپ سه بعدی نسبت به روش ساخت سنتی چیست؟

در این مقاله سعی شده به بررسی مزایای اصلی پرینت ۳ بعدی نسبت به روش های ساخت سنتی پرداخته شود. توصیه می کنیم حتما این مقاله را تا انتها مطالعه نمایید!

مقدمه

چاپ سه بعدی قطعاتی سخت را، با ساختن اشیایی به صورت لایه به لایه ایجاد می کند. ساخت قطعات از این روش مزایای زیادی نسبت به فنون ساخت سنتی را ارائه می دهد. در حالی که طیف بزرگی از فناوری های چاپ سه بعدی وجود دارد، مزایای بحث شده در این مقاله به طور کلی بر همه این صنعت مترتب است.

چاپ ۳ بعدی شاید هنوز نتواند جایگزین بسیاری از روش های ساخت سنتی شود اما کاربردهای بسیاری هستند که چاپ سه بعدی قادر است یک طرح را به سرعت با دقت بالا از مواد کاربردی تحویل دهد. فهم مزایای چاپ سه بعدی به طراحان اجازه می دهد تصمیمات بهتری را هنگام انتخاب یک تکنیک ساخت که منجر به تحویل محصول بهینه می شود، بگیرند.

سرعت

یکی از مزایای اصلی پرینتر سه بعدی سرعتی است که قطعات می توانند در مقایسه با روش های ساخت سنتی تولید شوند. طراحی های پیچیده را می توان از یک مدل CAD آپلود کرده و در طی چند ساعت پرینت ۳ بعدی کرد. مزیت این امر سرعت تایید و توسعه ایده های طراحی است.

در حالی که در گذشته ممکن بود چندین روز یا حتی هفته برای دریافت نمونه زمان صرف کنیم، چاپ سه بعدی یک مدل را طی چند ساعت در دست طراح قرار می دهد. در حالی که چاپگر های ۳ بعدی صنعتی تر زمان بیشتری برای پرینت و پردازش پس از چاپ قطعات صرف می کنند، توانایی تولید قطعات نهایی کاربردی با حجم های کوچک تا متوسط ، مزیت صرفه جویی در زمان عظیمی را در مقایسه با تکنیک های ساخت سنتی فراهم می کند.(معمولاً زمان منجر به مدل سازی تزریقی و قالب سازی می تواند تا چند هفته طول بکشد!)

یک قلاب کاربردی سفارشی چاپ سه بعدی

ساخت یک مرحله ای

یکی از بزرگترین نگرانی ها برای یک طراح این است که چگونه یک قطعه را به بهینه ترین شکل ممکن بسازد. بیشتر قطعات نیازمند تعداد زیادی از گام های ساخت جهت تولید هستند و ترتیب گام های انجام شده بر کیفیت و ساخت طرح اثر می گذارد.

یک قلاب سفارشی استیل را در نظر بگیرد که به روش های سنتی ساخته می شود. همچون چاپ سه بعدی کار با یک مدل CAD آغاز می شود. زمانی که طراحی نهایی شد، ساخت با برش طولی استیل آغاز می شود. برش های طولی سپس در جای خود محکم می شوند و یکی یکی جوش داده می شوند تا یک قلاب را بسازند. کاری سریع و دقیق باید صورت گیرد تا اطمینان حاصل شود که همه اجزا به درستی قرار گرفته اند. سپس اتصالات با هم چفت می شوند تا پرداخت سطحی خوب را به ما بدهند. بعد سوراخ ها انجام می شوند تا قلاب ها بتوانند به دیوار محکم شوند. در نهایت قلاب ماسه جلا داده می شود، آستر شده و رنگ می شود تا ظاهر آن بهبود یابد.

روش ساخت سنتی

پرینترهای ۳ بعدی ساخت را در یک گام بدون نیاز به تعامل در طول فاز ساخت به اتمام می رسانند. در ساخت فزاینده(پرینت سه بعدی) به محض این که طراحی CAD نهایی شد می تواند به چاپگر ۳ بعدی آیلود شود و در یک گام طی چند ساعت چاپ شود.

توانایی تولید یک قطعه در یک گام به شکلی عالی وابستگی به جریان های مختلف ساخت (تراشکاری، جوش، رنگ کاری) را کاهش داده و به طراح کنترلی عالی بر محصول نهایی می دهد.

فرآیند چاپ سه بعدی (قرمز) در مقایسه با فرآیند ساخت سنتی (سیاه)

هزینه

هزینه ساخت را می توان به سه دسته تقسیم کرد؛ هزینه عملیاتی دستگاه، هزینه مواد اولیه و هزینه نیروی انسانی.

هزینه عملیاتی دستگاه: بیشتر چاپگرهای سه بعدی رومیزی میزان برقی معادل یک رایانه لپتاپ مصرف می کنند. فناوری های ساخت فزاینده صنعتی تر میزان انرژی بالایی را جهت تولید یک قطعه واحد مصرف می کنند اما توانایی تولید اشکال هندسی پیچیده در یک گام منجر به بهینگی بالا و برگشت می شود. هزینه عملیات دستگاه معمولاً کمترین سهم را در کل هزینه ساخت دارد.

هزینه مواد اولیه: هزینه مواد اولیه برای ساخت فزاینده به شکل قابل توجهی بر اساس فناوری تفاوت می کند. چاپگرهای رومیزی FDM از رشته های فیلامنت استفاده می کنند که هر کیلو از آن حدود ۲۵ دلار هزینه دارد در حالی که چاپ SLA نیازمند رزین است که به قیمتی حدود ۱۵۰ دلار برای هر لیتر فروخته می شود. طیف مواد اولیه موجود برای ساخت فزاینده مقایسه کمّی را با ساخت سنتی را مشکل می کند. پودر نایلون استفاده شده در SLS هزینه ای حدود ۷۰ دلار برای هر کیلوگرم دارد، در حالی که گلوله های نایلونی قابل مقایسه با آن که در قالب گیری تزریقی استفاده می شود را می توان با قیمت کمی حدود ۲ تا ۵ دلار برای هر کیلو خرید. هزینه های مواد اولیه نقش بیشتری در هزینه تولید قطعات در تولید فزاینده دارند.

هزینه های نیروی انسانی: یکی از مزایای اصلی چاپ سه بعدی هزینه نیروی انسانی است. جدای از پردازش پس از چاپ، بیشتر چاپگرهای سه بعدی تنها نیازمند یک اپراتور برای فشار یک دکمه هستند. سپس ماشین یک فرآیند کاملاً خودکار را برای ساخت قطعه دنبال می کند. در مقایسه با ساخت سنتی که مکانیک های با مهارت بالا و اپراتورهای متعدد مورد نیاز است، هزینه نیروی انسانی برای چاپگرهای سه بعدی تقریباً صفر است.

نتیجه گیری

ساخت فزاینده در حجم های تولید پایین در مقایسه با ساخت سنتی بسیار قابل رقابت است. برای تولید نمونه هایی که شکل و اندازه آنها را تایید می کنند، این روش به مقدار قابل توجهی ارزان تر از روش های ساخت جایگزین (قالبگیری تزریقی) است و معمولاً در ساخت قطعات کاربردی نیز رقابتی است. تکنیک های ساخت سنتی در افزایش حجم تولید مقرون به صرفه تر می شوند و هزینه ای نصب بالا با حجم زیاد تولیدات متعادل می گردند.

تعدیل ریسک

سفارش نمونه ای که معیوب باشد هم هزینه زمانی و هم مالی دارد. حتی تغییرات کوچک در قالب یا ساخت نیز می تواند تاثیر زیادی بر هزینه بگذارد. امکان تایید یک طرح با چاپ یک نمونه آماده از محصول پیش از سرمایه گذاری روی تجهیزات گران قیمت ساخت (قالب ها یا ابزارها و اتصالات) ریسک را از فرآیند نمونه سازی خارج می کند. این به ایجاد اطمینان پیش از انجام سرمایه گذاری های بزرگ لازم در سطح تولید انبوه کمک می کند.

پیچیدگی و آزادی طراحی

محدودیت های تحمیل شده به وسیله ساخت سنتی بر روی چیزی که می تواند تولید شود معمولاً در ساخت فزاینده بی ربط هستند. از آن جایی که قطعات به صورت لایه لایه ساخته می شوند نیازهای طراحی همچون زوایای پیش نویس، قوس ها و دسترسی ابزار در هنگام طراحی قطعاتی که باید چاپ سه بعدی شوند اِعمال نمی شوند. در حالی که محدودیت هایی در مورد حداقل اندازه ویژگی هایی که می توانند به دقت چاپ شوند وجود دارد، بیشتر محدودیت های ساخت فزاینده حول این شکل می گیرد که چگونه یک چاپ را به صورت بهینه جهت دهی کنیم تا وابستگی با پشتیبان(ساپورت) را کاهش داده و احتمال عدم موفقیت چاپ را کم کنیم. این به طراحان اجازه آزادی بیشتر در طراحی را می دهد و به این معنی است که اشکال هندسی بسیار پیچیده را می توان به راحتی تولید کرد.

طراحی های پیچیده و مشکل را می توان به آسانی با برخی فناوری های چاپ سه بعدی تولید کرد

سفارشی سازی

نه تنها چاپ سه بعدی اجازه آزادی طراحی بیشتر را می دهد بلکه اجازه سفارشی سازی کامل طراحی را نیز به ما می دهد. از آن جا که ساخت فزاینده حول ساخت یک قطعه واحد در یک زمان شکل گرفته است کاملاً مناسب تولیدات مقطعی و یکباره است. این مفهوم به وسیله صنایع پزشکی و دندان پزشکی برای ساخت پروتزهای سفارشی، ایمپلنت ها و وسیله های کمک دندانپزشکی به کار گرفته شده است. از نگاه وسایل ورزشی سطح بالا این فناوری کاملا مناسب این است که برای یک ورزشکار عینک های دودی کاملاً سفارشی و لوازم مد روز را با ساخت فزاینده بسازیم که ساخت تکی و سفارشی قطعات را بسیار مقرون به صرفه می کند.

هدفون های قابل سفارشی سازی چاپ سه بعدی

دسترسی آسان

در حالی که ساخت فزاینده بیش از ۳۰ سال است که وجود دارد بیشتر رشد آن در ۵ سال اخیر رخ داده است. این منجر به ورود تعداد زیادی پرینتر سه بعدی به این صنعت شده است که دسترسی به فناوری های چاپ فزاینده را برای طراحان آسان کرده است. تنها در سال ۲۰۱۵ بیش از ۲۷۸۰۰۰ چاپگر ساخت فزاینده با قیمتی زیر ۵۰۰۰ دلار فروخته شده است و تعداد چاپگرهای فروخته شده در سه سال اخیر هر ساله ۲ برابر شده است. چیزی که در ابتدا تنها یکی فناوری نوین جهت بخش کوچکی از صنعت ساخت بود در حال حاضر به سرعت در دسترس قرار گرفته و روشی قابل رقابت از نظر هزینه و تولید قطعات استفاده شده در طیف بزرگی از صنایع است.

آمار سالیانه فروش پرینترهای سه بعدی

پایداری

روش های ساخت کاهشی همچون فرزکاری CNC یا تراشکاری مقدار قابل توجهی از مواد اولیه را از بلوک اصلی حذف می کند که باعث اتلاف مقدار زیادی از مواد اولیه می شود. روش های ساخت فزاینده به طور کلی تنها از مواد اولیه مورد نیاز جهت ساخت یک قطعه استفاده می کنند. بیشتر فرآیندها از مواد اولیه ای استفاده می کنند که قابل استفاده مجدد برای بیش از یک بار ساخت است که باعث می شود فرآیندهای ساخت فزاینده مقدار اتلاف بسیار کمی داشته باشد.

ملزومات چاپ سه بعدی Fairphone که به صورت سفارشی از مواد بازیافتی ساخته می شوند

افزایش تعداد ماشین های ساخت فزاینده در جهان همچنین بر حمل و نقل نمونه ها از راه دور تاثیر گذاشته است. از آن جا که چاپگرهای سه بعدی نیازمند فهمی بسیار پایه جهت کاربرد موفق هستند، طرح ها نیاز به ارسال برای ساخت تخصصی ندارند. کاهش نیازهای ارسال و حمل و نقل نقش مثبتی بر محیط زیست دارد. این به همراه توانایی چاپ و تولید قطعات یدکی در محل باعث اثر کربنی بسیار کمتری برای بیشتر قطعات تولید شده با ساخت فزاینده دارد.