اختصاصی بسپار/ چاپ سه‌بعدی قطعات سیلیکونی بدون قالب؛ تولید سریع‌تر، اما با چه محدودیت‌هایی؟
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر تولید قطعات سیلیکونی سفارشی معمولا به ساخت قالب، صرف زمان و هزینه اولیه نیاز دارد؛ موضوعی که به‌ویژه برای تجهیزات پزشکی و تولید در شمار کم چالش‌برانگیز است. اکنون چاپ سه‌بعدی مستقیم سیلیکون امکان ساخت این قطعات را بدون قالب فراهم کرده است. با این حال، هزینه تولید، استحکام بین لایه‌ها و تکرارپذیری کیفیت هم‌چنان پرسش‌های مهمی هستند که تولیدکنندگان باید پیش از انتخاب این فناوری بررسی کنند.
در یک نشست تخصصی شرکت Stratasys، دو کارشناس این شرکت، Ido Bitan، مدیر مدیریت محصولات پزشکی، و Yaniv Hirschsohn، مدیر توسعه فرایند و مواد، به پرسش‌هایی درباره قابلیت‌ها و محدودیت‌های چاپ سه‌بعدی مستقیم سیلیکون پاسخ داده‌اند.
آیا چاپ سه‌بعدی سیلیکون واقعا جای‌گزین قالب‌گیری می‌شود؟ برای شرکتی که تاکنون از چاپگر سه‌بعدی استفاده نکرده، کار با سیلیکون چقدر دشوار است؟
Hirschsohn: سیلیکون ماده آسانی برای چاپ نیست. گران‌روی زیاد آن باعث می‌شود فرایند چاپ به تنظیمات و دانش تخصصی نیاز داشته باشد. حتی هنگام تغییر فناوری چاپ از FDM به DLP، باید شیوه طراحی قطعه را دوباره بررسی کرد.
به همین دلیل، آموزش فن‌ورزها و آشنایی با طراحی مناسب برای مواد لاستیکی اهمیت دارد. ما علاوه بر دوره‌های آموزشی، خدمات آزمایش، چاپ نمونه و ارزیابی کارکرد قطعات را نیز ارائه می‌کنیم.
هزینه چاپ سه‌بعدی در مقایسه با قالب‌گیری برای تولید ۱۰۰، هزار یا ۱۰ هزار قطعه چگونه است؟
Bitan: پاسخ ثابتی وجود ندارد. هزینه به هندسه قطعه، تعداد قطعاتی که در هر نوبت روی سکوی چاپ قرار می‌گیرند و مقدار ماده مصرفی بستگی دارد.
مواد چاپ سه‌بعدی ما در حال حاضر کمی گران‌تر از سیلیکونی هستند که در حجم عمده خریداری می‌شود. اما در روش قالب‌گیری، هزینه ساخت قالب و مقدار خرید مواد اولیه را نیز باید در نظر گرفت.
در برخی کاربردها نشان داده‌ایم که چاپ مستقیم قطعه نهایی از قالب‌گیری اقتصادی‌تر است؛ البته این نتیجه برای همه قطعات و شمارهای تولید صدق نمی‌کند.
آیا قطعه چاپ‌شده به‌اندازه قطعه قالب‌گیری‌شده مقاوم است؟ چاپ لایه‌به‌لایه چه تاثیری بر کشسانی و استحکام سیلیکون دارد؟
Hirschsohn: اتصال میان لایه‌ها یکی از مهم‌ترین چالش‌های چاپ سه‌بعدی است. معمولا خواص مکانیکی در راستای محور Z، یعنی جهت ساخت لایه‌ها، حدود ۱۰ درصد کم‌تر است.
برای بهبود این وضعیت، در فرایند توسعه‌یافته از ترکیبی از بسپارش رادیکالی و تراکمی استفاده می‌کنیم. پس از چاپ، قطعه تمیز و پخت تکمیلی می‌شود. سپس به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۸۰ درجه‌ی سلسیوس و رطوبت نسبی ۸۰ درصد در گرم‌خانه قرار می‌گیرد.
در این مرحله، واکنش تراکمی سیلیکون به بهبود اتصال لایه‌ها کمک می‌کند و خواص مکانیکی قطعه، به‌ویژه در راستای Z، به میزان قابل‌توجهی بهبود می‌یابد.
بنابراین، هرچند چاپ سه‌بعدی امکان حذف قالب را فراهم می‌کند، تولید قطعه نهایی هم‌چنان به مراحل تکمیلی و کنترل دقیق شرایط فرایند نیاز دارد.
آیا کیفیت قطعات در تولید مداوم یکسان می‌ماند؟ چگونه می‌توان اطمینان یافت که قطعات تولیدشده در نوبت‌های مختلف کیفیت یکسانی دارند؟
Hirschsohn: واسنجی (calibration) دقیق چاپگرها و اجرای روش‌های اعتبارسنجی اهمیت زیادی دارد. ما از مراحل IQ، OQ و PQ برای بررسی نصب صحیح تجهیزات، کارکرد فرایند و پایداری کیفیت تولید استفاده می‌کنیم.
تجربه ما نشان می‌دهد چاپگر Origin Two از تکرارپذیری زیادی برخوردار است. این تجهیزات در خطوط تولید برخی شرکت‌ها استفاده می‌شوند و به‌طور مداوم تحت آزمایش و واسنجی قرار دارند.
Bitan: موقعیت قطعه روی سکوی چاپ نیز نباید باعث تغییر کیفیت آن شود. ما گزارش‌هایی درباره تکرارپذیری تولید در چاپگرهای مختلف، موقعیت‌های متفاوت سکوی چاپ و مواد گوناگون تهیه کرده‌ایم.
هم‌چنین بخش Stratasys Direct Manufacturing برای شرکت‌هایی که نمی‌خواهند چاپگر خریداری کنند، خدمات تولید قطعه ارائه می‌دهد.
این مجموعه دارای گواهی ISO 13485 برای سامانه مدیریت کیفیت تجهیزات پزشکی است. با این حال، عرضه خدمات تولید قطعات سیلیکونی پزشکی هنوز در مرحله تکمیل الزامات مربوط قرار دارد و باید وضعیت آماده‌بودن آن به‌صورت جداگانه بررسی شود.
آیا قرار است مواد سیلیکونی با سختی (Shore) متفاوت تولید شوند؟
Bitan: برنامه‌های گسترده‌ای برای توسعه این خانواده مواد داریم. محصول فعلی نخستین ماده‌ای است که برای بازار پزشکی عرضه می‌کنیم، اما توسعه گونه‌هایی با سختی، رنگ و میزان ترانمایی متفاوت نیز در برنامه قرار دارد.
جزئیات زمان‌بندی این محصولات هنوز قابل اعلام نیست.
فرصت اصلی برای تولیدکنندگان کجاست؟
چاپ سه‌بعدی مستقیم سیلیکون به‌ویژه برای ساخت نمونه‌های کاربردی، قطعات سفارشی پزشکی و تولید در شمار محدود جذاب است؛ زیرا نیاز به طراحی و ساخت قالب اختصاصی را حذف می‌کند و امکان اصلاح سریع هندسه قطعه را فراهم می‌سازد.
با این حال، انتخاب میان چاپ سه‌بعدی و قالب‌گیری باید بر اساس هزینه کل و شمار تولید، ویژگی‌های مکانیکی مورد نیاز و الزامات کنترل کیفیت انجام شود.
حذف قالب به معنای حذف همه هزینه‌ها و مراحل تولید نیست؛ مزیت اصلی این فناوری، انعطاف‌پذیری در طراحی و امکان تولید قطعاتی است که ساخت آن‌ها با قالب‌گیری متداول ممکن است زمان‌بر یا غیراقتصادی باشد.
