سه روش رایج قالب سازی سریع
مقدمه مترجم:
قالب سازی سریع تکنیکی است که در دهه 1990 با رشد رقابت در بازار تولید محصولات مصرفی و افزایش سرعت ورود محصولات جدید به بازار شکل گرفت. روش‌های گوناگونی برای ساخت ابزارها و قالب‌های سریع پیشنهاد شده است که از آلومنیوم، فولادهای نرم و حتی پلاستیک ساخته می‌شوند. علاوه بر مواد مصرفی در ساخت قالب ابزارهای سریع، فرآیند ساخت متنوعی نیز طراحی و پیشنهاد شده است. در این میان سه شیوه ساخت قالب با چاپ پلاستیک، ساخت قالب با زینتر فلزات و ساخت قالب با فلزات نرم‌تر با شیوه‌های ماشینکاری سنتی رواج بیشتری دارند. هر یک از این روش‌ها مزایا و معایبی دارد که با توجه به نیاز ما برای ساخت سریع ابزار، می‌توان گزینه مناسب را انتخاب کرد و با پیروی از دستورالعمل‌های موجود برای ساخت آن‌ها و ارائه راهکارهای پیشنهادی، می‌توان آن‌ها را برای نیازهای جدید بهبود داد.
کلمات کلیدی:
ابزار سازی سریع، قالب سازی سریع، نمونه سازی سریع، تولید کم تیراژ، قالب پرینت سه بعدی
آخرین تاریخ ویرایش:
دی ماه 1400
ابزارسازی سریع، در یک تعریف ساده، ایجاد یک قالب در یک جدول زمانی کوتاه است. ابزارسازی سریع در دهه 1990 شروع شد، زمانی که مهندسان در بخش قالب‌گیری تزریقی می‌خواستند ببینند که آیا می‌توانند قالب‌ها را در عرض چند ساعت یا چند روز به جای هفته‌ها یا ماه‌ها (مدت زمانی که ساخت یک قالب ماشینکاری شده زمان می‌برد) بسازند. یک قالب یا ابزار سریع برای نمونه سازی یک قطعه و قالب‌گیری چند صد قطعه پلاستیکی، قبل از شروع فرآیند تولید در مقیاس کامل و با حجم بالا، ایده‌آل است. بخشی از قالب که در فرآیند ابزارسازی سریع ساخته می‌شود، به شکل افزونه در اجزای ثابت قالب مونتاژ می‌شود؛ این قطعات معمولاً شامل هسته، حفره، و قطعات جانبی می‌شوند. بسته به نوع قالب و شیوه ابزار سازی سریع اتخاذ شده، ممکن است بتوانید هزاران (یا ده ها تا صدها هزار) قطعه را به کمک این ابزار تهیه کنید.
انواع مختلفی از ابزارهای سریع موجود است. مزایای هر کدام بر اساس مواد مورد نیاز، فناوری، دقت، سازگاری و اندازه متفاوت است. اگر به دنبال ابزارسازی سریع برای نمونه اولیه خود هستید، این سه محدودیت را در نظر داشته باشید:
• قالب باید به اندازه کافی قوی باشد تا بتواند فرآیند قالب‌گیری تزریقی را انجام دهد. ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی، قالب‌ها را با نیروی بسیار زیادی بسته نگه می‌دارند؛ بنابراین اگر قطعات قالب به اندازه کافی قوی نباشند، ممکن است دوام نیاورند. علاوه بر این، قالب باید بتواند در برابر مواد تزریقی، که معمولاً مواد پلاستیکی داغ هستند، مقاومت کند.
• قالب باید به اندازه کافی صاف باشد تا قسمت پلاستیکی تمیز بیرون بیاید. قالب‌های سنتی ماشینکاری شده فولادی، صیقل داده می‌شوند یا پولیش می‌شوند تا خروج قطعات آسان شود؛ اما در طول برخی از فرآیندهای ابزارسازی سریع، مواد به شکل لایه‌ای ساخته می‌شوند که لزوماً صاف نیستند. این بدان معناست که قالب ساخته شده ممکن است پس از ساخت در مراحل اولیه، به کار بیشتری نیاز داشته باشد تا برای نمونه سازی به اندازه کافی صاف گردد.
• قالب ممکن است به اندازه کافی تحمل نداشته باشد. همه قالب‌های تزریق پلاستیک نیاز به تحمل فشار بسیار بالایی را دارند، که در غیر این صورت ممکن است دچار نشت پلاستیک شوند و این امر نمونه‌های اولیه را بی‌استفاده می‌کند. بسته به نوع ابزار سریع مورد استفاده، دستیابی به این امر ممکن است دشوار باشد.
در اینجا سه مورد از رایج‌ترین روش‌های ابزارسازی سریع را بررسی می‌کنیم:
1. چاپ سه بعدی پلاستیک
پرینت سه بعدی نقش‌های زیادی در قالب‌گیری تزریق پلاستیک بازی می‌کند و به حدی تکامل یافته است که برخی از ماشین‌های تولید مواد افزودنی می‌توانند قالب تزریق پلاستیک را چاپ کنند. مزایای چاپ سه بعدی در چاپ پلاستیک‌ها است؛ قالب‌ها را می‌توان بسیار سریع (در بسیاری از موارد در عرض چند ساعت) ایجاد کرد. ساخت قالب‌ها در مقایسه با چاپ فلزات بسیار ارزان است و ماشین‌ها می‌توانند تقریباً هر هندسه مورد نیازی را ایجاد کنند. با این حال، فناوری چاپ سه بعدی امروزی ساخت برخی قطعات استثنایی را امکان پذیر نمی‌کند. در حالی که ممکن است بتوانید نمونه اولیه یک قالب تزریق پلاستیک سه بعدی را اجرا کنید، نمی‌توانید به حجم بالای تولید قالب‌های سنتی دست یابید.
2. زینترینگ مستقیم فلزات با لیزر
فلزات نه تنها برای ابزارسازی سریع از طریق ماشینکاری سنتی (همان طور که در شماره 3 بحث خواهیم کرد) استفاده می‌شوند، بلکه می‌توان از آن‌ها برای ایجاد یک قالب تزریق پلاستیک در فرآیندی به نام “زینترینگ” استفاده کرد. در ابزارسازی سریع، فرآیند تف جوشی با پاشیدن ابری از فلز پودر شده در یک پرتو لیزر انجام می‌شود که به شما این امکان را می‌دهد تا شکل قالب خود را با لیزر “طراحی” کنید. این فرآیند را می‌توان با استفاده از تعدادی فلز مختلف از جمله فولاد ضد زنگ، تیتانیوم یا کروم-کبالت انجام داد. و از آنجایی که قالب تمام شده از فلز ساخته شده است، برای مدیریت انتقال حرارت، فشارها و قابلیت‌های تخلیه بهتر عمل می‌کند.
یکی از مواردی که زینترینگ را منحصربه‌فرد می‌کند این است که به شما امکان می‌دهد، خطوط خنک کننده یکپارچه‌ای چاپ کنید تا به خنک شدن سریع قطعه پلاستیکی کمک کنید. مثلاً تصور کنید که در حال ایجاد یک قالب برای یک کلاه با شکل منحصر به فرد در هر دو طرف هستید. به دلیل انحنای لبه‌ها و دیواره نازکی که نیاز دارد، باید بتوانید پلاستیک را پس از ورود به قالب در سریع‌ترین زمان ممکن خنک کنید تا از تغییر شکل آن جلوگیری کنید. این فرآیند خنک‌سازی، به لطف خنک‌سازی یکپارچه‌ای که از لوله‌های خطوط خنک‌کننده تعبیه شده در فولاد استفاده می‌کنید، امکان‌پذیر است.
به خاطر داشته باشید که در حالی که زینترینگ سرعت بالایی دارد، به اندازه کافی دقیق نیست تا به تلورانس‌های کوچک مستقیماً دست یابید. اما برای به دست آوردن تلرانس بهتر، باید دقت اضافی را با عملیات ثانویه از طریق استفاده از ماشینکاری سنتی یا ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM) افزایش دهید. علاوه بر این، تف جوشی در مقایسه با نمونه سازی سریع در پلاستیک می‌تواند گرانتر باشد.
3. قالب سازی سریع از طریق ماشینکاری سنتی
هنگامی که فرآیندهای قالب سازی سریع مطرح شد، شرکت‌هایی که قالب‌ها را با استفاده از روش‌های سنتی (مانند ماشینکاری آلومینیوم یا فولاد) می‌ساختند، شروع به افزایش سرعت آن روش‌ها برای رقابت کردند. در نهایت، اصطلاح “ابزارسازی سریع” به هر ابزاری که می‌توانست به سرعت ساخته شود، حتی ابزارهایی که با روش‌های سنتی‌تر ساخته می‌شدند، به کار رفت. برخی از شرکت‌ها می‌توانند قالب فلزی را در عرض چند روز تا یک هفته آماده بکار کنند.
اما این روش ابزارسازی سریع بدون محدودیت نیست که یکی از آن‌ها هندسه قطعات است. اگر نیاز به برش حفره‌ای به شکل یک هندسه خاص دارید، به ابزاری که شرکت از آن استفاده می‌کند محدود شده‌اید؛ نمی‌توانید یک گوشه مربع را با یک ابزار گرد برش دهید. برای رسیدگی به این مشکل، باید در گوشه‌ای که نیاز دارید از طریق EDM اقدام کنید. اگر به یک هندسه بسیار پیچیده در قالب خود نیاز دارید، انجام این کار با ابزارهای سریع در ماشینکاری سنتی، می‌تواند گرانتر از این نیز باشد.
آیا هیچ کدام از این نوع ابزارهای سریع برای محصول شما مناسب است؟
به خاطر داشته باشید که فقط به این دلیل که می‌توانید یک قالب را با ابزارسازی سریع تهیه کنید، لزوماً به این معنی نیست که زمان زیادی صرفه جویی خواهید کرد. همان طور که در برخی از مثال‌های ما در بالا توضیح داده شد، فرآیند ساخت قالب‌سازی سریع، معمولاً سریع‌تر از ماشینکاری سنتی فولاد یا آلومینیوم است، اما اغلب به عملیات و پردازش‌های نهایی نیاز دارد که می‌تواند پس از شکل گیری قالب، روند فعالیت شما را کندتر کند.
منابع:
