اختصاصی بسپار/ بررسی فرایندها، مواد و چالش‌ها در ساخت سریع سِری قطعات بسپاری (پلیمری) خودرو

بسپار/ایران پلیمر ساخت افزایشی (AM) به سمت کاربردهای ساخت سِری قطعات در صنایع مختلف در حال رشد است. با این حال، جذب برای تولید سری قطعات در صنعت خودرو هنوز کُند و محدود به مواد بسیار کمی است. بنابراین، این مقاله مروری، سازگاری مواد و فرایندهای ساخت افزایشی بسپار را ارزیابی می‌کند و روشی برای بررسی کاربرد رسمی آن‌‌ها برای تولید سِری قطعات خودرو ارایه می‌کند. روش انتخاب مواد و فرایند پیشنهادی الزامات اساسی خودرو را اعمال می‌کند که از استاندارد صنعت VDA 232-201 و مطالعه موردی یک قطعه داخلی گرفته شده است. مواد و فرایندها در ساخت افزایشی از طریق نمودارهای انتخاب مواد و شاخص سازگاری فرایند درک می‌‌شوند. این تجزیه و تحلیل گرافیکی، اولین قضاوت در مورد کاربرد و پیش انتخاب مواد و فرایندهای بعدی را امکان‌‌پذیر می‌سازد.

بینش‌‌ها ممکن است به کاربران، سازندگان تجهیزات و تولیدکنندگان مواد در زمینه‌های ساخت افزایشی کمک کند تا با الزامات خودرو مطابقت داشته باشند و موانع پذیرش ساخت افزایشی در تولید سِری قطعات را کاهش دهند.

1- مقدمه
پس از ثبت اختراع فناوری استریولیتوگرافی یا SLA (stereolithography، دستگاهی که در ساخت افزایشی یا همان چاپ سه بعدی استفاده می‌‌شود، مترجم) در سال 1986، ساخت افزایشی بسپار به طور مداوم به انواع فرایندهای شناخته شده و در دسترس تجاری برای فراورش بسپار، مانند گداخت بستر پودری (PBF)، نوربسپارش خمره‌‌ای (VP- vat photopolymerization، یکی از روش‌‌های ساخت افزایشی است که در آن از یک رزین نوربسپارشی مایع در محفظه ای مثل خمره استفاده می‌‌شود و لایه به لایه پخت می‌‌شود، مترجم)، رانشگری/اکستروژن مواد (ME) و جت‌‌پاشی مواد (MJ) که طبق استاندارد ISO/ASTM 52900  طبقه‌بندی شده است، توسعه یافته است. مفهوم ساخت سریع (RM) از توانایی ساخت افزایشی برای تولید قطعات با کاربرد نهایی مستقیما از مدل‌هایCAD  (طراحی به کمک رایانه) تکامل یافته است. محققان پیش‌بینی کردند که RM تاثیر زیادی بر توسعه و ساخت محصول خواهد داشت و هم‌‌چنین پیامدهای اقتصادی و اجتماعی مختلفی را به همراه خواهد داشت.

با این حال، محبوبیت RM به دلیل محدودیت‌های فرایند، در دسترس بودن مواد و موانع دانش، از حد انتظارات عقب مانده است. چندین محصول به سرعت ساخته شده (RM)، به ویژه در صنعت پزشکی و هوافضا، پس از رسیدن به نقطه اوج جذابیت در تحقیق و صنعت در سال 2012 پدیدار شدند.
جدول 1 بینشی از کاربردهای اخیرا منتشر شده را نشان می‌دهد و فناوری‌های مورد استفاده، دسته‌‌های مواد و محرک‌های مربوطه برای استفاده از ساخت افزایشی بسپار به عنوان فرایند ساخت را فهرست می‌کند.
جدول1_مروری بر کاربرد های اخیر قطعات مصرفی نهایی در ساخت افزایشی بسپار در صنعت.

سفارشی‌سازی اغلب در ترکیب با طراحی خاص برای ساخت افزایشی (DfAM)، یک محرک مکرر برای تولید اقتصادی محصولات خاص مشتری محور با اندازه یک بهر (lot) می‌باشد. در صنایع خودروسازی و هوافضا، ساخت افزایشی راه خود را به سِری‌های کوچک، کاربردهای بهسازی (retrofit) یا بازار قطعات یدکی و هم‌‌چنین گزینه‌های سفارشی‌سازی برای قطعات بارچینی (stowage) و تزئینی یافته است.
انواع و تجربه کاربری سفارشی شده در صنعت خودرو، تمایز در بازار را ترویج می‌‌کند و سامانه‌های ساخت ناب شناخته شده را به چالش می‌‌کشد. در این‌‌جا، ساخت افزایشی می‌تواند به افزایش سود مشتری و محصولات تمیزتر، سبک‌تر یا ایمن‌تر کمک کند. هم‌‌چنین فرصت‌هایی را برای تولید قطعات کم حجم تا حجم متوسط به عنوان جایگزینی برای قالب‌‌گیری تزریقی و زنجیره تامین قطعات سِری و یدکی به ارمغان می‌آورد.

اگرچه ساخت افزایشی در عملکرد فناوری و رقابت اقتصادی پیشرفت کرده است، این سوال باقی می‌ماند که تا چه حد فناوری‌ها و مواد فعلی می‌توانند با نیازهای خودرو مطابقت داشته باشند. معرفی مواد ساخت افزایشی در تولید سِری قطعات خودروها عملا می‌تواند به عنوان معرفی مواد کاملا جدید تلقی شود که در مقایسه با مواد شناخته شده، خطرات و پیچیدگی بیشتری را در فرایندهای انتخاب مواد به همراه دارد. بر اساس این فرضیه، این مقاله سازگاری مواد و فرایندهای ساخت افزایشی بسپار را ارزیابی می‌کند و روشی برای بررسی کاربرد رسمی آن‌‌ها برای ساخت قطعات سری خودرو ارایه می‌کند. تحلیل پیشنهادی و روش زیربنایی، بخشی از یک چارچوب روش‌شناختی است که هدف آن افزایش دسترسی و استفاده از ساخت افزایشی در کاربردهای مهندسی خودرو، با در نظر گرفتن الزامات و موانع شناسایی‌شده در پروژه‌های تحقیقاتی قبلی است.

2- آخرین پیشرفت‌‌ها و تحقیقات علمی
2-1- مقدمه‌ای کوتاه بر فرایندهای ساخت افزایشی بسپارهای شناخته شده در صنعت
قبل از ارایه تحلیل‌‌ها، مروری کوتاه بر فرایندهای ساخت افزایشی بسپارهای شناخته شده و روندهای فناوری فعلی آورده شده است. با این حال، تمرکز این مقاله، ارایه یک مقدمه جامع درباره تمام فرایندهای موجود ساخت افزایشی بسپار نیست. بنابراین، فناوری‌های شناخته ‌شده آورده شده در جدول 2 در رابطه با اصطلاحات پیشنهادی توسط استانداردهای ISO/ASTM 52900 و VDI 3405 و هم‌‌چنین یافته‌های موجود در مقالات اخیر مرتبط مشخص شده‌اند.
فرایندهای صنعتی فعلی ساخت افزایشی بسپار از سازوکار‌ها و مواد مختلفی برای شکل‌دهی هندسه قطعه در رویکرد لایه به لایه استفاده می‌کنند. تفاوت در فناوری‌ها تاثیر قابل توجهی بر خواص قطعات تولید شده دارد. در حالی که همه معیارها می‌توانند بر انتخاب فرایند تاثیر بگذارند، تحلیل زیر بر خواص مکانیکی و گرمایی تمرکز دارد.

برگردان: دکتر فاطمه خودکار
[email protected]

(ادامه دارد …)

متن کامل این گفت و گو را در شماره 252 ماهنامه بسپار که در نیمه مهرماه 1402 منتشر شده است، می خوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه  و  فیدیبو  قابل دسترسی است.