سازندگان فلزات و کارگاه‌های تولیدی به ماشین‌آلاتی متکی هستند که از نظر سن، قابلیت، مقیاس و هزینه طیف گسترده‌ای دارند. از مراکز ماشین‌کاری ۵ محوره تا ابزارهای پرداخت، برای تکمیل یک پروژه به موقع و در چارچوب بودجه، به انواع فناوری‌ها نیاز است.
شاید پرینترهای سه بعدی مبتنی بر پلیمر اولین راه‌حلی نیستند که هنگام تصمیم‌گیری برای سرمایه‌گذاری بعدی به ذهن می‌رسند، ولی کاهش هزینه‌های ماشین‌آلات و بهبود خواص مواد، باعث شده است که سازندگان فلزات فناوری‌هایی مانند پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی رومیزی (SLA) را در محیط‌های نمونه‌سازی و تولید خود ادغام کنند.
پرینت سه بعدی در دسترس قرار می‌گیرد
کارگاه مدرن باید همیشه با تغییر خواسته‌های مشتریان سازگار شود و راه‌های جدیدی برای حفظ کارایی، چابکی و رقابت‌پذیری پیدا کند. مهندسان و طراحان از دهه ۱۹۸۰ از پرینت سه بعدی SLA استفاده کرده‌اند، اما تا همین اواخر، هزینه بالای مالکیت و نیاز به تکنسین‌های ماهر باعث شده بود که چنین ماشین‌هایی در دنیای سازندگان فلزات نادر باشند.
پرینترهای SLA کم‌هزینه و آسان‌برای‌کار، مجموعه کاربردهایی را که در آن‌ها این فناوری از نظر مالی مقرون‌به‌صرفه است، گسترش داده‌اند و بسیاری از زمینه‌های سنتی تولید و ساخت شروع به بررسی چگونگی ادغام فناوری‌های افزودنی مانند SLA یا پخت لیزری انتخابی (SLS) برای صرفه‌جویی در زمان، کاهش نیروی کار و افزودن ارزش برای مشتریان خود کرده‌اند.
نمونه‌سازی، برنامه‌ریزی و پیش‌تولید
تکرار طراحی‌ها با ماشین‌کاری یا ساخت قطعات از فلز یا پلاستیک در مقایسه با فرآیندهای افزودنی هزینه‌بر است. فرآیندهای تولید قطعات فلزی زمان قابل توجهی را از اپراتورهای ماهر نیاز دارد، و فرآیندهای کاهشی که هنوز بهینه‌سازی نشده‌اند مواد اولیه را هدر داده و باعث سایش بیش از حد ابزار می‌شوند.
ارزیابی تناسب و عملکرد یا انتقال هدف طراحی می‌تواند با هزینه و نیروی کار کم‌تری با چاپ نمونه‌های اولیه در رزین‌های SLA انجام شود.
نمونه‌سازی کاربردی
پرینت سه بعدی و مواد پیشرفته، آزمایش مفاهیم، انتقال نیازها و اعتبارسنجی طراحی‌ها برای قابلیت تولید را برای مهندسان و طراحان آسان‌تر می‌کند.
نمونه‌سازی سریع به مهندسان اجازه می‌دهد تا تولیدات کوچک، راه‌حل‌های سفارشی یک‌بار مصرف و زیرمجموعه‌ها را برای اعتبارسنجی مهندسی و طراحی (EVT و DVT) ایجاد کنند تا قبل از سرمایه‌گذاری در ابزارهای گران‌قیمت برای تولید، آزمایش‌های جامع میدانی و داخلی انجام دهند.
بسیاری از شرکت‌ها استفاده از پرینت سه بعدی را برای تولید سریع نمونه‌های اولیه شروع می‌کنند و سپس، مانند هر ابزار دیگری، به سرعت حوزه‌های دیگری را شناسایی می‌کنند که این فناوری می‌تواند در آن‌ها زمان را ذخیره و ارزش افزوده ایجاد کند.
مدلهای ارتباطی
نقشه‌های ابعادی مدت‌هاست که به استاندارد انتقال هدف طراحی قطعات ماشین‌کاری شده تبدیل شده‌اند، اما درک آن‌ها نیاز به دانش تخصصی و توجه دقیق به جزئیات دارد، به ویژه برای قطعات و مجموعه‌های پیچیده‌تر.
مدلهای فیزیکی می‌توانند برخی از پیچیدگی‌های نقشه‌های ۲ بعدی را بهتر انتقال دهند و احتمال خطا و سوءتفاهم را کاهش دهند. مهندسان تولید می‌توانند ملاحظات طراحی برای قابلیت تولید (DFM) مانند دسترسی به ابزار، حداقل شعاع‌ها و تعداد عملیات مورد نیاز را به وضوح به مشتریان یا سایر اعضای تیم انتقال دهند.
با تنها چند دقیقه تنظیم در نرم‌افزار آماده‌سازی چاپ و حداقل پردازش پس از چاپ، پرینت سه بعدی تکمیل نقشه‌های ابعادی با مدلهای فیزیکی را ساده کرده است پرینترهای رومیزی می‌توانند به صورت بدون نور (lights-out) کار کنند، یک مهندس می‌تواند یک کار چاپی را برای تولید یک مدل ارتباطی در پایان روز تنظیم کند و قطعه تکمیل شده را صبح برداشت کند.
قطعات جایگزین (Surrogate Parts)
سرعت عرضه به بازار یک عامل حیاتی برای معرفی هر محصول جدید است، و هرچه محصول پیچیده‌تر باشد، احتمال بیشتری وجود دارد که راه‌اندازی خطوط تولید تحت تأثیر تأخیرهای زنجیره تأمین قرار گیرد.
به جای انتظار برای تحویل تمام قطعات سفارشی به تأسیسات مسئول مونتاژ، یا برای جلوگیری از آزمایش‌های پرهزینه قطعات نهایی موجود، می‌توان از قطعات جایگزین (Surrogate Parts) که با پرینت سه بعدی ساخته می‌شوند، در چارچوب کامل کار استفاده کرد.
با جایگزینی قطعات جایگزین به عنوان نگه‌دارنده، مهندسان تولید می‌توانند به سرعت خطوط مونتاژ را پیکربندی کنند، ارگونومی جیگ‌ها و فیکسچرها را ارزیابی کرده و فرآیندهای اتوماسیون را زودتر در فرآیند تولید کالیبره کنند.
قطعات جایگزین برای قطعات یا زیرمجموعه‌های با ارزش بالا که ظریف هستند یا در فرآیندهایی مانند اورمولدینگ مصرف می‌شوند نیز مفید هستند. کارگران می‌توانند با قطعات جایگزین کم‌هزینه آموزش ببینند و تنظیمات ماشین را بدون تخریب محصول واقعی انجام دهند.
ابزارهای تولید
پرینت سه بعدی رومیزی به سازندگان، کارگاه‌ها و تولیدکنندگان قراردادی در هر اندازه‌ای این امکان را می‌دهد که تولید سریع و مقرون‌به‌صرفه جیگ‌ها، فیکسچرها و ابزارها را درون‌سازمانی کنند.
به عنوان مثال، شرکت Pankl Racing Systems از جیگ‌های سفارشی پرینت سه بعدی برای تولید دنده موتورسیکلت استفاده می‌کند.
چاپ مستقیم جیگ‌ها و فیکسچرها در همان محل تولید روزانه و کارهای قراردادی می‌تواند روزها یا هفته‌ها از زمان تأخیر را کاهش دهد، چابکی عملیاتی را بهبود بخشد و هزینه‌ها را به طور چشمگیری در مقایسه با برون‌سپاری قطعات به یک فروشنده خارجی برای ماشین‌کاری از بلوک جامد پلاستیک یا فلز کاهش دهد.
تولیدکنندگان و کارگاه‌های ماشین‌کاری از مواد پیشرفته SLA برای طیف وسیعی از کاربردها استفاده می‌کنند – معمولاً جیگ‌ها و فیکسچرها برای نگه‌داری کار – اما همچنین برای ایجاد ماسک‌های هم‌شکل برای محافظت از قطعات در طول فرآیندهای رنگ‌آمیزی، پوشش‌دهی و سندبلاست یا برای اصلاح سلول‌های کاری و ابزارهای مونتاژ با عناصر سفارشی.
جیگ‌ها و فیکسچرهای پرینت سه بعدی به ویژه زمانی جذاب هستند که قطعات به سطوح پیچیده، شعاع‌های کوچک، زیربرش‌ها، گذرگاه‌ها یا ویژگی‌های ظریف نیاز دارند که ایجاد آن‌ها با روش‌های تولید سنتی هزینه‌بر است.
قطعات نهایی
امروزه، تولیدکنندگان در حال جایگزینی فروشندگان خارجی قطعات کوچک ماشین‌کاری شده و تراش‌کاری شده برای ابزارهای نهایی با قطعات پرینت سه بعدی شده در انواع مواد مهندسی هستند.
اگر به تلرانس‌های دقیق‌تری نیاز باشد، یا سخت‌افزارهای ثانویه مانند inserts حرارتی نصب شوند، قطعات چاپ شده می‌توانند سوراخ‌کاری، رزوه‌زنی، بورینگ، تراش‌کاری و ماشین‌کاری شوند.
به عنوان مثال، زمانی که یک کوپلینگ عنکبوتی برون‌سپاری شده برای یک ماشین پولیش لنز در اندازه اشتباه تحویل داده شد، یک مهندس در A&M Tool and Design یک جایگزین را با رزین بادوام پرینت سه بعدی کرد تا یک راه‌حل سریع قبل از یک نمایشگاه بزرگ ارائه دهد.
بیشینه‌سازی ارزش تولید افزودنی
برای بسیاری از تولیدکنندگان و کارگاه‌ها، پرینت سه بعدی نمونه‌های اولیه با وفاداری بالا و ابزارهای تولید قوی فقط شروع کار است.
نتیجه‌گیری
از مدیریت مواد تا استفاده از ظرفیت‌های یک کارگاه برای تولید یک خط محصول جدید، بهترین فرصت‌ها برای بیشینه‌سازی ارزش فناوری‌های افزودنی توسط افرادی که بیشترین نزدیکی را به کار روزانه ساخت قطعات، پاسخ به خواسته‌های مشتریان و افزایش سود دارند، شناسایی می‌شود.
در حالی که افزودن دستگاه‌های CNC معمولاً به اپراتورها و برنامه‌نویسان بیشتری علاوه بر هزینه‌های بالای تجهیزات نیاز دارد، پرینترهای سه بعدی رومیزی و میزی می‌توانند با آپلود یک فایل و فشار یک دکمه شروع به تولید قطعات پلاستیکی کنند و با هزینه کم، با افزایش تقاضا بدون فشار بر بودجه اضافه شوند.
