برای هر کسی که به دنبال ساخت محصول جدید یا بهبود محصولی موجود است، نمونه‌سازی سریع ابزاری ارزشمند محسوب می‌شود. این مقاله به شما نشان می‌دهد چگونه می‌توانید پرینت سه بعدی را در فرآیند نمونه‌سازی سریع خود وارد کرده و در عین حال هزینه‌ها و زمان ورود به بازار را کاهش دهید.
نمونه‌سازی سریع چیست؟
نمونه‌سازی سریع فرآیند ساخت سریع یک نسخه غیرنهایی از محصول است تا ایده‌های طراحی را آزمایش کرده و داده‌هایی را برای بهبود نسخه‌های آینده جمع‌آوری کند.
این اصطلاح ارتباط نزدیکی با فناوری تولید افزایشی (پرینت سه بعدی) دارد، چرا که در ابتدا به فرایندی اشاره داشت که در آن با استفاده از داده‌های طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)، یک مدل سه‌بعدی ساخته می‌شد و سپس برای آزمایش، یک شی یا بخشی از آن با پرینت سه بعدی تولید می‌گردید.
در طراحی محصول فیزیکی، نمونه‌سازی سریع این امکان را فراهم می‌کند که مواد، اندازه‌ها، اشکال، رنگ‌ها و عوامل دیگر را آزمایش کنید تا تاثیر آن‌ها بر شکل، تطابق و عملکرد محصول مشخص شود. با استفاده از نتایج این آزمایش‌ها، می‌توانید محصول نهایی را بهبود ببخشید.
در سال‌های اخیر، اصول نمونه‌سازی سریع در رشته‌های دیگری از جمله طراحی نرم‌افزار و تجربه کاربری (UX) نیز کاربرد یافته است. مفهوم محصول حداقلی قابل عرضه (MVP) شباهت‌های بسیاری با نمونه‌سازی سریع دارد و گاهی این دو اصطلاح به اشتباه با هم استفاده می‌شوند. تفاوت اصلی این است که MVP معمولاً به طور عمومی عرضه می‌شود تا توسط مشتریان استفاده شده و داده‌های زیادی به سرعت جمع‌آوری شود، در حالی که بیشتر نمونه‌ها برای آزمایش داخلی یا در گروهی محدود و کنترل‌شده از مشتریان احتمالی استفاده می‌شوند.
چرا نمونه‌های سریع خود را با پرینت سه بعدی بسازید؟
همان‌طور که پیش‌تر ذکر شد، فناوری پرینت سه بعدی الهام‌بخش ایجاد مفهوم نمونه‌سازی سریع بود. اگرچه روش‌های تولید دیگری مانند قالب‌گیری تزریقی و ماشین‌کاری CNC می‌توانند برای نمونه‌سازی سریع استفاده شوند، پرینت سه بعدی همچنان یکی از بهترین گزینه‌هاست.
هدف از هر فرآیند نمونه‌سازی سریع، ساخت نسخه‌ای سریع از محصول برای انجام آزمایش‌ها و بررسی فرضیات است.
این بدان معناست که شما باید بتوانید طرح‌های سفارشی تک‌نسخه‌ای ایجاد کرده و سپس آن‌ها را در نسخه‌های بعدی تغییر دهید. این نسخه‌ها باید در کوتاه‌ترین زمان ممکن تولید شوند و هرچه آزادی بیشتری در طراحی نمونه‌های خود داشته باشید، بهتر است. و البته، برای توجیه مالی آزمایش‌های خود، تمام این نیازها باید با قیمتی مقرون‌به‌صرفه محقق شوند. بیایید بررسی کنیم که پرینت سه بعدی تا چه حد این معیارها را برآورده می‌کند:
سرعت
در تولید تک‌نسخه‌ای یا تولید در مقیاس کوچک، پرینت سه بعدی بی‌رقیب است. زمان آماده‌سازی کوتاه است چرا که نیاز به ساخت قالب‌های سفارشی جدید نیست و لازم نیست منتظر ارسال سفارش خود باشید. برای اشیاء کوچک تا متوسط، می‌توان یک طراحی سه‌بعدی جدید را در طول روز ایجاد کرد، آن را شبانه چاپ کرد و صبح روز بعد شی تکمیل‌شده را از چاپگر تحویل گرفت.
سرعت پرینت سه بعدی به شرکت Quad Lock مستقر در ملبورن این امکان را داد که بیش از 100 نسخه مختلف از پایه ضدلرزش تلفن همراه برای استفاده روی موتورسیکلت بسازد. تولید نمونه‌های جدید آنقدر سریع بود که گاهی می‌توانستند چندین نسخه را در یک روز بسازند.
انعطاف‌پذیری
توانایی اعمال تغییرات و تکرار بر روی یک طرح سفارشی از دیگر مزایای پرینت سه بعدی است. برای چاپ سه‌بعدی یک شی، ابتدا باید یک مدل سه‌بعدی دیجیتال از آن ایجاد کنید. مدل‌های سه‌بعدی را می‌توان به هر شکلی تغییر، کپی و به اشتراک گذاشت. اگر یک سری از آزمایش‌ها ناموفق بود، می‌توانید نسخه قبلی را بارگذاری کرده و راه دیگری را امتحان کنید.
پرینت سه بعدی همچنین انعطاف زیادی در خصوص خواص فیزیکی نمونه‌ها به شما می‌دهد. برخی از خواصی که بسته به مواد استفاده‌شده می‌توانند تغییر کنند، شامل استحکام مکانیکی، سختی، مقاومت دمایی، مقاومت شیمیایی، دقت ابعادی و رنگ هستند.
هزینه
هزینه‌ها به شدت به الزامات قطعه و مواد مورد استفاده بستگی دارد. اما تولید یک قطعه با خواص مشابه از طریق روش‌های سنتی مانند قالب‌گیری تزریقی، تقریباً همیشه برای نمونه‌های تک یا تولید در مقیاس کوچک گران‌تر خواهد بود.
یک مثال عالی در بازار، شرکت NoiseAware است. این شرکت دستگاهی برای نظارت بر سطح صدا تولید کرد و تصمیم گرفت از پرینتر سه‌بعدی FFF برای فرآیند نمونه‌سازی خود استفاده کند. آن‌ها توانستند هزینه‌های نمونه‌سازی خود را از 800 دلار به ازای هر محصول به فقط 15 دلار کاهش دهند. این امر به آن‌ها امکان داد هم هزینه‌ها را کاهش دهند و هم نمونه‌های بیشتری ایجاد کنند، در نتیجه از عرضه محصولی آزمایش‌نشده به بازار جلوگیری شد.
کاربردهای نمونه‌سازی سریع با پرینت سه بعدی
حالا که می‌دانیم چرا پرینت سه بعدی برای نمونه‌سازی سریع مناسب است، بیایید به انواع نمونه‌هایی که می‌توان با پرینت سه بعدی ساخت، نگاهی بیندازیم. در زیر برخی از دسته‌بندی‌های نمونه‌هایی آورده شده که پرینت سه بعدی برای آن‌ها مناسب است:
نمونه اثبات مفهوم (POC)
نمونه‌های اثبات مفهوم (که به آن‌ها مدل‌های مفهومی نیز گفته می‌شود) اولین مرحله از نمونه‌سازی هستند. هدف، آزمایش اولیه‌ترین فرضیات درباره یک محصول با کمترین ریسک ممکن است. این نمونه‌ها معمولاً توجهی به زیبایی‌شناسی یا قابلیت استفاده از محصول ندارند. به همین دلیل، نمونه‌های POC اغلب به سطح جزئیاتی که یک پرینتر سه‌بعدی ارائه می‌دهد نیاز ندارند، اما همچنان می‌توانند از سرعت و هزینه پایین پرینت سه بعدی بهره ببرند.
نمونه بصری
که گاهی نمونه‌های ظاهری نیز نامیده می‌شوند، برای نشان دادن و تایید ظاهر یک محصول طراحی می‌شوند. از جمله شکل، اندازه، رنگ و بافت آن. عملکرد محصول در این نوع نمونه‌سازی اهمیت ثانویه دارد. نمونه‌های بصری می‌توانند به طراحان در تصمیم‌گیری درباره موادی که باید در محصول نهایی استفاده شوند و چگونگی بازاریابی محصول کمک کنند.
پرینت سه بعدی می‌تواند برای ایجاد نمونه‌های بصری ایده‌آل باشد، چرا که هر ترکیبی از عوامل ظاهری را می‌توان آزمایش کرد. پرینترهای FFF ممکن است نیاز به پردازش پس از چاپ داشته باشند تا با نمای نهایی محصول مطابقت داشته باشند، اما فناوری‌های دیگری مانند چاپ SLA می‌توانند به شدت نزدیک به ظاهر یک محصول آماده تولید باشند.
نمونه عملکردی
نمونه‌های عملکردی (که به آن‌ها نمونه‌های کاری نیز گفته می‌شود) برای نشان دادن و تایید عملکردهای یک محصول طراحی شده‌اند. ظاهر بصری در این نوع نمونه‌سازی اهمیت ثانویه دارد. اغلب، نمونه‌های موازی برای آزمایش عملکردهای جداگانه یک محصول قبل از ترکیب آن‌ها در یک نمونه جامع‌تر ساخته می‌شوند. این نمونه‌ها می‌توانند به طراحان کمک کنند تا تصمیم بگیرند کدام ویژگی‌ها ضروری و کدام‌ها غیرعملی هستند.
نمونه‌های کاری جایی هستند که پرینت سه بعدی بیشترین تناسب را دارد، چرا که تنوع وسیع مواد موجود و خواص آن‌ها می‌تواند به بهترین شکل استفاده شود.
نمونه مهندسی/پیش‌تولید
نمونه‌های مهندسی یا پیش‌تولید، آخرین دسته از نمونه‌ها هستند که یافته‌های همه نمونه‌های قبلی در یک محصول تقریباً نهایی ادغام می‌شوند. این نمونه‌ها معمولاً برای نمایش محصول به سرمایه‌گذاران، مشتریان، توزیع‌کنندگان و تولیدکنندگان استفاده می‌شوند.
پرینت سه بعدی می‌تواند به عنوان بخشی از قطعات نهایی یا بسیار نزدیک به آن عمل کند. اما ممکن است همیشه بهترین ابزار برای این مرحله نباشد. در این مرحله معمولاً تصمیم‌گیری درباره روش‌های تولید نهایی و این که کدام قطعات، در صورت وجود، همچنان با پرینت سه بعدی تولید خواهند شد، انجام می‌شود.
چگونه پرینترهای سه‌بعدی را در فرآیند نمونه‌سازی خود بگنجانید
هنگامی که تصمیم گرفتید از پرینت سه بعدی برای نیازهای نمونه‌سازی خود استفاده کنید، مهم است که ارزیابی کنید کدام راه‌حل بهترین تناسب را با این نیازها دارد. به طور کلی، دو روش اصلی برای استفاده از پرینت سه بعدی وجود دارد:
خدمات پرینت سه بعدی
امروزه خدمات پرینت سه بعدی متنوعی در دسترس است که یا مدل سه‌بعدی موردنظر شما را طراحی می‌کنند یا از مدلی که قبلاً ایجاد کرده‌اید استفاده کرده و آن را با پرینترهای خود چاپ کرده و محصول نهایی را برای شما ارسال می‌کنند.
خدمات پرینت سه بعدی زمانی منطقی است که نیازهای نمونه‌سازی سریع شما کم باشد و تعداد تکرارها پایین باشد یا زمانی که می‌خواهید از فناوری پرینت سه بعدی استفاده کنید که بسیار گران است و بودجه شما اجازه خرید آن را نمی‌دهد.
مزیت استفاده از این خدمات این است که بدون نیاز به خرید پرینتر یا یادگیری نحوه کار با آن‌ها، می‌توانید از سرعت و هزینه نسبی پایین پرینت سه بعدی بهره‌مند شوید. از طرف دیگر، زمان تحویل هر قطعه طولانی‌تر خواهد بود زیرا علاوه بر چاپ، باید به شما ارسال شود. هزینه به ازای هر قطعه نیز نسبت به چاپ توسط خودتان بالاتر خواهد بود و کنترل کمتری روی نحوه چاپ قطعه خواهید داشت.
خرید پرینتر شخصی
خرید پرینتر یا پرینترهای شخصی به شما این آزادی را می‌دهد که به‌طور نامحدود نمونه‌هایتان را آزمایش و تکرار کنید، در ازای پرداخت هزینه اولیه بیشتر.
خرید پرینتر بیشتر برای شرکت‌هایی مناسب است که نیازهای مداوم به نمونه‌سازی دارند. تنظیم و راه‌اندازی پرینتر شخصی مستلزم آن است که یکی از اعضای تیم شما نحوه کار با آن را یاد بگیرد. خوشبختانه این کار آسان‌تر از همیشه شده است و منابع آموزشی فراوانی در دسترس هستند. به‌عنوان مثال، Ultimaker Academy دوره‌های آموزشی حرفه‌ای برای پرینترهای FFF ارائه می‌دهد.
کدام فناوری پرینت سه بعدی را انتخاب کنیم؟
هنگام سرمایه‌گذاری در پرینت سه بعدی، انتخاب پرینتری که بیشترین تطابق با نیازهای شما را دارد اهمیت زیادی دارد. پنج فناوری پرینت سه بعدی که بیشتر در بازار رایج هستند عبارتند از:
| فناوری پرینتر | مزایا | معایب |
| Fused Filament Fabrication (FFF) | ساده برای کار و نگهداریانتخاب گسترده موادهزینه پایین موادهزینه پایین پرینترحداقل نیاز به پردازش پس از چاپقابلیت چاپ با چند ماده به‌طور همزمانپرینترهای جمع‌وجور | خطوط لایه قابل‌مشاهدهنیاز گاهی به ساختارهای پشتیبانی پیچیدهسرعت چاپ پایین‌تر |
| Stereolithography (SLA) | آسان برای کار و نگهداریخواص متنوع مواددقت و جزئیات بصری بالاسرعت چاپ گاهی بیشترپرینترهای جمع‌وجور | رزین UV برای کار با تجهیزات ایمنی نیاز داردهمیشه نیاز به ساختارهای پشتیبانی پیچیدهنیاز به پردازش پس از چاپحساسیت قطعات نهایی به نور UVعدم توانایی چاپ با چند ماده به‌طور همزمان |
| Selective Laser Sintering (SLS) | بدون نیاز به ساختارهای پشتیبانیقطعات قوی و کاربردی | انتخاب محدود موادعدم توانایی چاپ با چند ماده به‌طور همزمان |
| PolyJet/Multijet | دقت و جزئیات بصری بالاامکان چاپ با چند ماده به‌طور همزمانسرعت چاپ بسیار بالا | نیاز به پردازش پس از چاپحساسیت قطعات نهایی به نور UVهزینه بالای پرینتر |
| Direct Metal Laser Sintering (DMLS) | قطعات بسیار قوی و کاربردی | هزینه بالای پرینترهزینه بالای موادحجم کوچک چاپنیاز به ساختارهای پشتیبانیپردازش پس از چاپ پیچیده |
گام بعدی در سفر پرینت سه بعدی شما
امیدواریم اطلاعات ارائه‌شده در این مقاله به شما کمک کند تا از پرینت سه بعدی برای بهبود فرآیند نمونه‌سازی سریع خود بهره ببرید. اگر به دنبال گام بعدی در مسیر پرینت سه بعدی خود هستید و می‌خواهید یاد بگیرید چگونه بهترین مواد را برای نمونه‌های خود انتخاب کنید، می‌توانید با ما تماس بگیرید تا نحوه انتخاب مواد توسط مهندسان با تجربه و سایر نکات مرتبط بررسی شوند.
