امروزه صنعت چاپ سه بعدی برای همه در دسترس است و دیگر به تحقیقات آزمایشگاهی محدود نیست. این فناوری رشته طراحی و ساخت را نیز متحول کرده است و با ابزارهایی که در اختیار طراحان قرار می دهد به آنها امکان ایجاد هندسه و بافت های پیچیده و با وزن مختلف را می دهد.
اصول طراحی برای قطعات چاپ سه بعدی
در نظر گرفتن فناوری ساخت
انواع مختلف فناوری چاپ سه بعدی، نقاط قوت و ضعف خود را دارند. طراح قبل از اینکه طراحی را شروع کند باید در نظر بگیرید که از کدام روش چاپ سه بعدی می خواهد برای پرینت قطعه خود استفاده کند و متناسب با آن روش، قطعه را طراحی کند.
روش های مختلف چاپ سه بعدی محدودیت های متفاوتی مانند میزان ارتفاع لایه، حجم ساخت، حداقل اندازه و ... دارد. اگر طراح این محدودیت ها را در نظر بگیرد می تواند قطعاتی با دقت بالا چاپ کند.
استفاده از نرم افزار طراحی مانند CAD
برای چاپ سه بعدی به مدل دیجیتالی سه بعدی نیاز است. این مدل ها را با نرم افزار های طراحی مانند CAD، SolidWork، SketchUp و ... می توان ایجاد کرد. با کمک این نرم افزارها می توانید مدل دیجیتالی دقیقی ایجاد کنید.
این نرم افزارها به کاربران کمک می کنند تا طرح را قبل از چاپ، آزمایش و تکرار کنند و ایرادات احتمالی طرح را شناسایی و رفع کنند.
ساخت افزودنی (Additive Manufacturing)
در تولید سنتی قطعات با حذف مواد از یک بلوک جامد ایجاد می شدند، اما در روش پرینت سه بعدی قطعات به صورت لایه لایه ساخته می شوند.
حسن این روش این است که می توان قطعاتی با هندسه پیچیده و حفره های داخلی ساخت که در روش سنتی دشوار یا تقریبا غیر ممکن بود.
انتخاب مواد مناسب برای پرینت
هر کدام از
مواد چاپ سه بعدی خواص فیزیکی دارند که بر طراحی قطعه تاثیر قابل توجهی می گذارد. به عنوان مثال اگر قطعه ای که ساخته می شود قرار است تحت بار یا تنش های زیادی قرار بگیرد، باید از موادی استفاده کرد که در مقابل نیرو و تنش مقاوم باشد.
گاهی قطعات ساخته شده قرار است در معرض دمای بالا قرار بگیرند، به همین دلیل ماده انتخابی باید تحمل گرما را داشته باشد.
مواد مورد استفاده در پرینترهای سه بعدی
پلاستیک، سرامیک، فلز یا کامپوزیت هستند. پلاستیک های محبوب قابل استفاده
ABS،
PLA،
PETG و نایلون می باشند. هر کدام از این مواد نیز خواص خاص خود را دارند و در مقابل فشار، تنش، بار، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر حرارت و ... متفاوت عمل می کنند.
در نظر گرفتن ساختارهای پشتیبانی
این ساختارها در فرایند چاپ سه بعدی بسیار مهم و ضروری هستند و از فرو ریختن قطعه در طول فرایند چاپ سه بعدی جلوگیری می کنند. البته این ساختارها به زمان چاپ و هزینه های مواد نیز اضافه می کنند.
طراح باید هنگام طراحی از سازه های های نگهدارنده مانند برآمدگی هایی در سطح قطعه از طرح اصلی پشتیبانی کند.
استفاده از طراحی مولد (Generative Design)
Generative Design یک فرآیند طراحی است که الگوریتم های مختلفی دارد که این الگوریتم ها شامل اهداف و محدودیت های مختلفی است که برای طراحی استفاده می شود و می توان هندسه های پیچیده را طراحی کرد.
با این روش می توان قطعاتی ساخت که برای چاپ سه بعدی بهینه سازی شده اند، عملکرد خوبی دارند و وزن سبکی نیز دارند.
تست و تکرار
برای تست و تکرار قطعات چاپ سه بعدی روش های زیادی وجود دارد. یکی از ساده ترین روش ها پرینت نمونه اولیه در مقایس کوچک تر است. با این روش می توان عیوبی مانند تاب برداشتن، تلرانس های نادرست و ... را بر طرف کرد.
روش دیگر برای تست و تکرار قطعات چاپ سه بعدی استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی است. با استفاده از این نرم افزارها می توان عملکرد قطعه در شرایط مختلف مانند گرما، تنش، لرزش و ... را شبیه سازی کرد. در این حالت
ایرادات احتمالی طراحی شناسایی می شود و طراح می تواند قبل از چاپ آن ها را برطرف کند.