آشنایی با ساخت افزایشی و کاربردها

آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که اگر بخواهید قطعه‌ای با تیراژ کم تولید کنید یا مدل سه ‌بعدی از طرح و ایده ذهنی خود بسازید، چه روشی از نظر تولیدی به ‌صرفه و منطقی‌تر خواهد بود؟ یا اگر قصد دارید قطعه‌ای تولید کنید که ممکن است هر بار نیاز به تغییرات و سفارشی‌سازی داشته باشد، روش تولیدی‌ای وجود دارد که بدون نیاز به ساخت مدل و قالب جدید، این تغییرات را به راحتی اعمال کند؟

در این مقاله، قصد داریم شما را با دنیای جذاب و نوین تکنولوژی ساخت افزایشی آشنا کنیم؛ تکنولوژی‌ای که با قابلیت‌های منحصر به فرد خود، به ‌ویژه در تولید قطعات با تیراژ کم و یا طراحی‌های پیچیده، تحولی بزرگ در صنعت ایجاد کرده است. ساخت افزایشی، یا همان پرینت سه ‌بعدی، به شما این امکان را می‌دهد که بدون نیاز به فرآیندهای پیچیده و پرهزینه قالب‌سازی، هر قطعه‌ای را دقیقاً مطابق با خواسته و نیاز خود طراحی و تولید کنید.

پس اگر به دنبال روشی کارآمد برای تولید قطعات با دقت بالا و قابلیت سفارشی‌سازی هستید، این تکنولوژی می‌تواند گزینه‌ای عالی برای شما باشد. در ادامه، به بررسی انواع روش‌های ساخت افزایشی و کاربردهای آن خواهیم پرداخت.

ساخت افزایشی و کاربرد آن در صنعت 

تکنولوژی ساخت افزایشی، که به عنوان پرینت سه‌ بعدی نیز شناخته می‌شود، انقلابی در دنیای تولید و طراحی صنعتی به ‌وجود آورده است. این روش که برخلاف تولیدات سنتی که در آن قطعه از یک ماده اولیه استخراج یا برش داده می‌شود، به ‌صورت لایه‌ به ‌لایه ساخته می‌شود، امکان تولید قطعات پیچیده و سفارشی را به راحتی فراهم می‌آورد.

در صنعت، ساخت افزایشی به ‌ویژه در زمینه‌هایی مانند خودروسازی، هوافضا، پزشکی، طراحی محصولات مصرفی و حتی ساخت سازه‌های معماری کاربرد گسترده‌ای یافته است. این تکنولوژی نه تنها به طراحان و مهندسان این امکان را می‌دهد که مدل‌های پیچیده را به ‌سرعت و با دقت بالا بسازند، بلکه فرآیند تولید را از نظر هزینه و زمان نیز بهینه می‌سازد. به‌ ویژه در پروژه‌هایی که تیراژ تولید کم یا قطعات خاص با طراحی‌های پیچیده دارند، ساخت افزایشی می‌تواند مزایای زیادی به همراه داشته باشد.

یکی از بزرگ‌ترین مزیت‌های این روش، قابلیت سفارشی‌سازی آن است. برای مثال در صنعت پزشکی، ساخت افزایشی این امکان را می‌دهد که قطعاتی مانند پروتزها و ایمپلنت‌ها دقیقاً مطابق با ویژگی‌های آناتومیکی هر بیمار طراحی و تولید شوند، بدون نیاز به قالب‌سازی یا تغییرات پیچیده در خط تولید.

علاوه بر این، در صنایعی مانند خودروسازی و هوافضا، ساخت افزایشی می‌تواند به کاهش وزن و هزینه‌های ساخت قطعات کمک کند. استفاده از مواد خاص، کاهش هدررفت مواد و امکان تولید قطعاتی با هندسه‌های پیچیده که به‌ طور سنتی قابل ساخت نیستند، از دیگر مزایای این روش است.

با این حال، هنوز برخی چالش‌ها در رابطه با استفاده گسترده از ساخت افزایشی در صنعت وجود دارد. به ‌ویژه از نظر هزینه‌های دستگاه‌ها، سرعت تولید و انتخاب مواد مناسب. اما با پیشرفت‌های مداوم در این فناوری و بهبود کیفیت و سرعت دستگاه‌های پرینت سه ‌بعدی، انتظار می‌رود این چالش‌ها به مرور زمان حل شوند و کاربرد ساخت افزایشی در صنایع مختلف گسترده‌تر گردد.

انواع فناوری‌های ساخت افزایشی

مزایا و معایب ساخت افزایشی

مزایا:

• دقت و پیچیدگی طراحی
  ساخت افزایشی امکان تولید قطعات پیچیده و با دقت بسیار بالا را فراهم می‌آورد که روش‌های سنتی قادر به انجام آن نیستند. از جمله ویژگی‌های پیچیده می‌توان به هندسه‌های خاص، سوراخ‌ها، یا طرح‌های داخلی اشاره کرد که به‌ راحتی در این فرایند قابل ساخت هستند.
• سفارشی‌سازی و انعطاف ‌پذیری
  در ساخت افزایشی، نیازی به تغییرات قالب یا ابزارها برای هر قطعه نیست، بنابراین امکان تولید قطعات سفارشی برای مشتریان یا کاربردهای خاص وجود دارد. به‌ویژه در صنایع پزشکی، مانند تولید پروتزها و ایمپلنت‌ها، این مزیت بسیار ارزشمند است.
• کاهش ضایعات مواد
  برخلاف روش‌های سنتی که معمولاً از قطعات بزرگتری شروع می‌کنند و از آن‌ها بخش‌هایی بریده می‌شود (که موجب ضایعات می‌شود)، در ساخت افزایشی تنها مقدار مواد لازم برای ساخت قطعه استفاده می‌شود. این باعث کاهش چشمگیر هدررفت مواد می‌شود.
• سرعت تولید نمونه‌های اولیه  (Prototype)
  یکی از کاربردهای اصلی ساخت افزایشی، تولید نمونه‌های اولیه سریع (Rapid Prototyping) است. این روش به طراحان اجازه می‌دهد تا به‌سرعت طرح‌های خود را تست کرده و اصلاحات لازم را قبل از تولید انبوه اعمال کنند.
• امکان تولید قطعات سفارشی در تیراژ پایین
  ساخت افزایشی برای تولید قطعات با تیراژ پایین بسیار مناسب است. به‌خصوص در صنایع کوچک و متوسط که نیازی به تولید انبوه ندارند، این روش می‌تواند جایگزین مناسبی برای تولید سنتی باشد.
• کاهش پیچیدگی فرآیندهای تولید
  نیاز به قالب‌سازی یا ابزارهای ویژه در تولید قطعات پیچیده از بین می‌رود و این امر باعث ساده‌تر شدن فرآیند تولید می‌شود.

معایب:

• سرعت پایین در تولید انبوه
  یکی از بزرگ‌ترین محدودیت‌های ساخت افزایشی در مقایسه با روش‌های سنتی، سرعت پایین تولید در مقیاس بزرگ است. به‌ویژه برای تولید قطعات با حجم زیاد یا برای خطوط تولید انبوه، روش‌های سنتی مانند قالب‌سازی یا ماشین‌کاری سریع‌تر و کارآمدتر هستند.
• محدودیت در انتخاب مواد
  اگرچه انتخاب مواد برای ساخت افزایشی در حال گسترش است، اما هنوز هم محدودیت‌هایی در انتخاب مواد نسبت به روش‌های سنتی وجود دارد. بیشتر فرآیندهای ساخت افزایشی معمولاً به مواد خاصی محدود می‌شوند (مثل پلاستیک، فلزات خاص یا رزین‌ها).
• هزینه‌های بالا برای دستگاه‌های پیشرفته
  دستگاه‌های ساخت افزایشی، به‌ویژه آن‌هایی که برای تولید قطعات فلزی یا با دقت بالا طراحی شده‌اند، هزینه بالایی دارند. این امر ممکن است برای کسب‌وکارهای کوچک یا استارتاپ‌ها چالش‌برانگیز باشد.آموزش پرینت سه بعدی فلزات راهنمای خوبی برای آشنایی بیشتر شما با این روش است. 
• محدودیت در اندازه قطعه
  اگرچه ساخت افزایشی قادر به تولید قطعات با هندسه‌های پیچیده است، اما محدودیت‌هایی در اندازه قطعه وجود دارد. بسیاری از دستگاه‌ها برای تولید قطعات بزرگتر نیاز به تقسیم قطعه به بخش‌های کوچکتر دارند که پس از آن باید به هم وصل شوند.
• نیاز به پردازش‌های پس از تولید
  بسیاری از قطعات ساخته شده با روش‌های ساخت افزایشی نیاز به پردازش‌های تکمیلی مانند پرداخت سطح، سمباده‌زنی یا حتی رنگ‌آمیزی دارند تا ظاهر نهایی مطلوبی داشته باشند. این فرایندها ممکن است زمان‌بر و هزینه‌زا باشند.
• قابلیت تحمل بار محدود
  برخی از قطعات تولید شده با استفاده از ساخت افزایشی ممکن است از نظر استحکام یا مقاومت به اندازه قطعات تولید شده با روش‌های سنتی مانند ریخته‌گری یا ماشین‌کاری نباشند، به ویژه اگر مواد به‌درستی انتخاب یا پردازش نشده باشند.

آینده ساخت افزایشی و بازارکار آن در صنایع مختلف

این فناوری به دلیل ویژگی‌های خاص خود، از جمله کاهش ضایعات مواد، امکان تولید پیچیده‌ترین اشکال و امکان ساخت قطعات سفارشی، در حال تحول در صنایع مختلف است. در اینجا، آینده ساخت افزایشی و بازار کار آن در برخی از صنایع مختلف را بررسی می‌کنیم. 

• صنعت خودروسازی

در صنعت خودروسازی، ساخت افزایشی به طور فزاینده‌ای در فرآیند طراحی و تولید قطعات استفاده می‌شود. این فناوری به طراحان خودرو این امکان را می‌دهد که قطعات پیچیده‌ای را تولید کنند که با روش‌های سنتی قابل تولید نبوده‌اند. برای مثال، استفاده از چاپ سه‌بعدی برای ساخت قطعات پلاستیکی، فلزی و حتی اجزای موتور می‌تواند هزینه‌ها و زمان تولید را کاهش دهد. همچنین، امکان تولید قطعات سفارشی و سبک‌تر به افزایش بهره‌وری و کاهش وزن خودرو کمک می‌کند. در آینده، پیش‌بینی می‌شود که ساخت افزایشی به عنوان یک بخش کلیدی در فرایند تولید خودروهای الکتریکی و خودروهای خودران مورد توجه قرار گیرد.

• صنعت پزشکی

در صنعت پزشکی، ساخت افزایشی نقشی حیاتی در تولید قطعات پزشکی و ایمپلنت‌ها ایفا می‌کند. این فناوری به پزشکان و مهندسان این امکان را می‌دهد که قطعات دقیقی را بر اساس نیازهای خاص هر بیمار طراحی و تولید کنند. برای مثال، ساخت پروتزها، ایمپلنت‌ها و مدل‌های جراحی از جمله کاربردهای ساخت افزایشی در پزشکی است. این روند موجب افزایش دقت در جراحی‌ها و بهبود کیفیت زندگی بیماران می‌شود. به علاوه، در آینده، ساخت افزایشی می‌تواند به تولید بافت‌های انسانی و ارگان‌های مصنوعی برای پیوندها و درمان‌های خاص کمک کند.

• صنعت هوافضا

در صنعت هوافضا، ساخت افزایشی به عنوان یک ابزار اصلی برای تولید قطعات پیچیده و سبک در نظر گرفته می‌شود. استفاده از مواد پیشرفته مانند تیتانیوم و آلومینیوم در ساخت قطعات هواپیما، موتورهای جت و ماهواره‌ها می‌تواند باعث کاهش وزن و افزایش کارایی شود. فناوری‌های ساخت افزایشی همچنین می‌توانند به کاهش هزینه‌ها و زمان ساخت کمک کنند. به عنوان مثال، در ساخت قطعات یدکی و قطعات خاص برای هواپیماها، استفاده از این فناوری به تولید سریعتر و مقرون به صرفه‌تر کمک می‌کند.

• صنعت مد و پوشاک

صنعت مد نیز به تازگی به استفاده از ساخت افزایشی روی آورده است. در این صنعت، فناوری چاپ سه‌بعدی می‌تواند به طراحی و تولید پوشاک، اکسسوری‌ها و کفش‌های منحصر به فرد و شخصی‌سازی شده کمک کند. این قابلیت‌ها به طراحان اجازه می‌دهند که با استفاده از متریال‌های نوآورانه و طرح‌های پیچیده، محصولات جدید و جذابی تولید کنند. همچنین، ساخت افزایشی می‌تواند به کاهش ضایعات مواد در صنعت مد کمک کند و به تولید لباس‌ها و اکسسوری‌های دوستدار محیط زیست منجر شود.

1. صنعت ساختمان

در صنعت ساختمان، ساخت افزایشی می‌تواند انقلابی در نحوه طراحی و ساخت ساختمان‌ها ایجاد کند. استفاده از پرینترهای سه‌بعدی برای ساخت دیوارها، فونداسیون‌ها و حتی ساختمان‌های کامل، می‌تواند هزینه‌ها را کاهش دهد و به تسریع فرآیند ساخت کمک کند. این فناوری در پروژه‌های ساختمانی در مناطق دورافتاده و یا مناطق با منابع محدود نیز کاربرد دارد. در آینده، ساخت افزایشی ممکن است به یک روش معمول در ساخت و ساز تبدیل شود.

بازار کار و فرصت‌های شغلی

با پیشرفت تکنولوژی ساخت افزایشی، نیاز به مهندسان، طراحان و متخصصان با دانش‌های خاص در این زمینه نیز افزایش خواهد یافت. از جمله مهارت‌های مورد نیاز در این صنعت می‌توان به طراحی سه‌بعدی، برنامه‌نویسی برای دستگاه‌های چاپ سه‌بعدی، مهندسی مواد، و مدیریت فرآیندهای تولید اشاره کرد. این فناوری همچنین فرصت‌های شغلی جدیدی در زمینه‌های مختلف از جمله تحقیق و توسعه، طراحی صنعتی، و تولید خواهد داشت.

شما می‌توانید برای تسلط بر موارد بالا در دوره‌ سالیدورک، دوره اتوکد یا دوره‌های برنامه نویسی مانند دوره پایتون شرکت کنید و بر آن مسلط شوید. همچنین یکی از دوره‌های بسیار پر مخاطب و جالبی که در مجموعه برای دانش پژوهان گرامی در نظر گرفته شده است دوره طراحی و ساخت پرینتر سه بعدی است که در انتهای دوره یک پرینتر به صورت کامل ساخته می شود. 

جمع بندی

ساخت افزایشی یا همان پرینت سه ‌بعدی، تکنولوژی نوینی است که به طراحان و مهندسان این امکان را می‌دهد که قطعات پیچیده و سفارشی را با دقت بالا و بدون نیاز به قالب‌سازی تولید کنند. یکی از مزایای بزرگ ساخت افزایشی، قابلیت سفارشی‌سازی و تولید قطعات با هندسه‌های پیچیده است. این ویژگی به ویژه در پزشکی برای ساخت پروتزها و ایمپلنت‌ها یا در خودروسازی برای تولید قطعات خاص و سبک‌تر مفید است. علاوه بر این، ساخت افزایشی می‌تواند سرعت تولید نمونه‌های اولیه را افزایش دهد و به تولید قطعات با تیراژ کم کمک کند. با وجود این مزایا، این فناوری هنوز با چالش‌هایی نظیر هزینه‌های بالای دستگاه‌ها، محدودیت در انتخاب مواد، و سرعت پایین تولید در مقیاس بزرگ مواجه است. اما با پیشرفت‌های مداوم در این تکنولوژی، انتظار می‌رود که این مشکلات برطرف شوند و کاربرد آن در صنایع مختلف گسترش یابد.

نویسنده : سایه صفاییان، کارشناسی مهندسی مواد