۶ روش برای کاهش هزینه‌ها با چاپ سه‌بعدی

بیشتر توسعه‌دهندگان محصولات و مهندسان در طول سال‌ها دانش قابل قبولی از چاپ سه‌بعدی به دست آورده‌اند. این فرآیند که به عنوان تولید افزایشی نیز شناخته می‌شود، شامل مجموعه‌ای از فناوری‌ها مانند مدل‌سازی رسوبی فیلامنتی (FDM) است که پروتوتایپ‌های پلاستیکی ایجاد می‌کند، فرآیندهای لیزری که قطعاتی از رزین‌های فوتوپلیمر می‌سازند و ماشین‌های جوش پودر که اجزای فلزی و پلاستیکی با چگالی کامل تولید می‌کنند.

تمام این فناوری‌ها پتانسیل زیادی برای کاهش هزینه‌ها هنگام ساخت نمونه اولیه دارند. دو مورد از این فناوری‌ها، سینترینگ لیزری انتخابی (SLS) و سینترینگ لیزری فلز مستقیم (DMLS)، می‌توانند هزینه‌ها را از طریق تولید تسریع شده؛ کاهش هزینه‌های ابزارآلات و فرآیندهای کاری؛ کاهش ضایعات؛ و قطعاتی که به رغم وزن سبک‌تر، همچنان استحکام خود را حفظ می‌کنند، کاهش دهند. SLS و DMLS به ویژه برای هزاران شرکتی که قطعات نهایی را با چاپ سه‌بعدی تولید می‌کنند، اهمیت زیادی دارند.

خدمات پرینت سه بعدی با رزین

در ادامه، شش نکته طراحی آورده شده است:

1. بهینه‌سازی طراحی

قطعات چاپ سه‌بعدی با طراحی خوب از بسیاری از قوانین مشابه با قالب‌گیری تزریقی پیروی می‌کنند. از گذارهای تدریجی بین سطوح مجاور استفاده کنید. تفاوت‌های بزرگ در مقطع عرضی و حجم قطعه را حذف کنید. از گوشه‌های تیز که اغلب باعث ایجاد تنش باقی‌مانده در قطعه نهایی می‌شوند، اجتناب کنید. دقت کنید که دیواره‌های نازک و بدون پشتیبانی بیش از حد بلند نشوند، زیرا ممکن است منجر به تغییر شکل یا تاب برداشتن شوند. همچنین، سطوح با زوایای کم می‌توانند اثر “پله‌ای” ناخوشایندی ایجاد کنند که آنها را برای کاربردهای ظاهری نامناسب می‌کند. در صورت امکان، این سطوح را صاف‌تر طراحی کنید.

2. کنار گذاشتن روش‌های سنتی

طراحی‌هایی که بیشترین بهره را از چاپ سه‌بعدی می‌برند، اغلب از قابلیت ایجاد اشکال “ارگانیک” مانند ساختارهای لانه‌زنبوری و ماتریس‌های پیچیده استفاده می‌کنند. از استفاده از این اشکال نترسید، مشروط بر اینکه باعث ایجاد قطعات سبک‌تر و قوی‌تر شوند. همچنین، نباید از قرار دادن حفره‌ها در طراحی قطعه بترسید. در تولید سنتی، ایجاد حفره‌ها در یک بلوک جامد از مواد، هزینه و ضایعات را افزایش می‌دهد، اما در تولید افزایشی، تعداد بیشتر سوراخ‌ها به معنای مصرف کمتر مواد و زمان پردازش کمتر است. به خاطر داشته باشید که حفره‌های چاپ سه‌بعدی لازم نیست گرد باشند، در بسیاری از موارد، اشکال بیضوی، شش‌ضلعی یا آزاد بهتر با طراحی قطعه سازگارند و راحت‌تر چاپ می‌شوند.

3. در نظر گرفتن مراحل بعدی در چرخه طراحی

اگرچه امکان چاپ قطعاتی با حفره‌های فراوان وجود دارد، اما همیشه نباید این کار را انجام دهید، به‌ویژه اگر قصد دارید در آینده تولید انبوه داشته باشید. از آنجایی که چاپ سه‌بعدی انعطاف‌پذیری زیادی در طراحی ارائه می‌دهد، ممکن است بدون در نظر گرفتن روش‌های تولید پس از نمونه‌سازی، در طراحی محدود شوید. بسیاری از شرکت‌ها چاپ سه‌بعدی را برای تولید نهایی مناسب می‌دانند، اما بسیاری از قطعات با افزایش حجم تولید از چاپ سه‌بعدی به ماشین‌کاری، قالب‌گیری یا ریخته‌گری تغییر خواهند کرد. به همین دلیل، انجام یک تحلیل طراحی برای تولیدپذیری (DFM) در مراحل اولیه طراحی ضروری است تا تولید مقرون‌به‌صرفه در کل چرخه عمر قطعه تضمین شود.

4. اجتناب از عملیات ثانویه

قطعات پلاستیکی تولیدشده با SLS به ساختارهای پشتیبانی نیاز ندارند، بنابراین پردازش پس از تولید معمولاً به سندبلاست، رنگ‌آمیزی، رزوه‌ کاری حفره ها، قلاویزکاری و ماشین‌کاری ویژگی‌های دقیق محدود می‌شود. در مقابل، DMLS اغلب به ساختارهای پشتیبانی گسترده‌ای نیاز دارد تا حرکت قطعه فلزی را در طول فرآیند تولید کنترل کند، در غیر این صورت ممکن است سطح قطعات دچار پیچ‌خوردگی و تاب شود. این مسئله به‌ویژه در طراحی‌های دارای بخش‌های معلق مانند اشکال T شکل گسترده دیده می‌شود که برای ساخت به پشتیبانی‌های زیرین نیاز دارند و در نهایت باید ماشین‌کاری یا سنگ‌زنی شوند که هزینه و زمان تولید را افزایش می‌دهد.

5. مدیریت تلرانس‌ها

طراحان و مهندسان باید از “اعمال تلرانس بیش از حد” در قطعات خود اجتناب کنند زیرا این کار ممکن است آن‌ها را مجبور به استفاده از لایه‌های نازک‌تر برای ساخت کند (که زمان ساخت و هزینه را افزایش می‌دهد) و در بسیاری از موارد نیاز به عملیات ماشین‌کاری ثانویه برای برآورده کردن ابعاد چاپی بیش از حد دقیق را ایجاد می‌کند. همچنین، به دلیل اینکه چاپ سه‌بعدی فرصت‌های بسیاری برای کاهش تعداد قطعات فراهم می‌کند، دیگر نیازی به دقت بسیار بالا در تناسب سطوح متصل وجود ندارد، که این خود یک نمونه دیگر از این است که چگونه این فناوری هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد.

6. نگاه جامع به فرآیند تولید

هزینه اولیه قطعات چاپ سه‌بعدی ممکن است بالاتر باشد، اما نباید از این موضوع واهمه داشت. فناوری افزایشی امکان کاهش تعداد قطعات، کاهش وزن و افزایش یکپارچگی ساختاری، کاهش هزینه‌های مونتاژ، ایجاد کانال‌های داخلی برای خنک‌سازی یا سیم‌کشی، و سایر ویژگی‌هایی را فراهم می‌کند که با روش‌های سنتی امکان‌پذیر نیستند. همچنین، به یاد داشته باشید که در چاپ سه‌بعدی نیازی به ابزارهایی مانند فیکسچرها، قالب‌ها و سایر تجهیزات تولیدی نیست، که این خود باعث کاهش هزینه‌های غیرمستقیم تولید می‌شود. تمرکز صرف بر هزینه هر قطعه، به‌جای کارایی کلی محصول و “تصویر بزرگ‌تر”، ممکن است باعث شود همان قطعات قدیمی را طراحی کنید و فرصت‌های کاهش هزینه‌های کلی تولید را از دست بدهید.