اختصاصی بسپار/ ساخت قالبهای کامپوزیت با چاپ سهبعدی بزرگمقیاس؛ فناوری جدیدی که تولید صنعتی را متحول میکند
بسپار/ ایران پلیمر فناوری ساخت برهمافزای بزرگمقیاس (Large-Scale Additive Manufacturing یا LSAM) بهسرعت در حال تبدیل شدن به یکی از جدیترین جایگزینهای روشهای سنتی ساخت قالب در صنایع پیشرفته است. پژوهشگران نشان دادهاند این فناوری میتواند قالبهای بزرگ مورد نیاز صنایع هوافضا و خودرو را با سرعت بیشتر، مصرف مواد کمتر و هزینه پایینتر نسبت به روشهای مرسوم تولید کند.
در سالهای اخیر، تولیدکنندگان قطعات چندسازه (Composite) بهطور گسترده از قالبهای بزرگ برای فرایندهایی مانند لایهچینی و قالبگیری فشاری استفاده میکنند. اما ساخت این قالبها معمولا با ماشینکاری فلزات انجام میشود؛ روشی پرهزینه که زمان تولید طولانی دارد و پسماند مواد زیادی ایجاد میکند.
چاپ سهبعدی جایگزین ماشینکاری فلزات میشود
فناوری LSAM راهکار متفاوتی ارائه کرده است. در این روش، ماده فقط در نقاط موردنیاز لایهگذاری میشود و برخلاف ماشینکاری فلزات، بخش زیادی از مواد به پسماند تبدیل نمیشود.
این فناوری میتواند قالبهای بزرگ صنعتی را با استفاده از گرمانرمهای مهندسی تولید کند و زمان ساخت را بهطور محسوسی بکاهد.
الیاف کربن، استحکام قالب را میافزابند
در این فناوری از سامانههای رانشگری با خوراک دانهای استفاده میشود که امکان تولید قطعات بزرگ با سرعت لایهگذاری زیاد را فراهم میکنند.
پژوهشگران نشان دادهاند استفاده از گرمانرمهای تقویتشده با الیاف کربن باعث افزایش سختی، کاهش انبساط گرمایی و بهبود پایداری ابعادی قالب میشود؛ ویژگیهایی که برای حفظ هندسه دقیق قالب هنگام تولید قطعات چندسازه بسیار حیاتی هستند.
این مواد همچنین بازیافتپذیر هستند و امکان استفاده دوباره دارند و از این نظر مزیت زیستمحیطی مهمی نسبت به قالبهای فلزی ایجاد میکنند.
چالش اصلی؛ دقت ابعادی قطعات بزرگ
با وجود مزایا، یکی از مهمترین محدودیتهای فناوری LSAM همچنان دقت ابعادی است.
در چاپ سهبعدی لایهبهلایه، جهتگیری الیاف، آهنگ سرد شدن و کیفیت اتصال بین لایهها باعث ایجاد ناهمسانگردی (Anisotropy) در خواص مکانیکی میشود؛ به این معنا که استحکام قطعه در جهات مختلف یکسان نیست.
این مسئله در قالبهای بزرگ شدیدتر میشود، زیرا اختلاف دمایی در حین چاپ میتواند تنشهای پسماند و اعوجاج هندسی ایجاد کند. به همین دلیل، در بسیاری موارد قالب چاپشده نیاز به ماشینکاری نهایی برای رسیدن به رواداری دقیق دارد.
طراحی پودمانی؛ راهحل همراه با چالش جدید
یکی دیگر از محدودیتها این است که بسیاری از سامانههای LSAM نمیتوانند قالبهای بسیار بزرگ را بهصورت یکپارچه تولید کنند.
در نتیجه، سازندگان ناچارند قالب را به چند بخش تقسیم کرده و پس از چاپ سرهمبندی کنند. این رویکرد پودمانی (Modular) اگرچه محدودیت ابعادی را حل میکند، اما چالش جدیدی به وجود میآورد: محل اتصال قطعات.
پژوهشها نشان دادهاند اتصالهای چسبی بین بخشهای مختلف در معرض خستگی مکانیکی ناشی از چرخههای گرمایی قرار میگیرند و ممکن است دوام کلی قالب را محدود کنند.
بازیافتپذیری؛ مزیت مهم فناوری جدید
یکی از جذابترین ویژگیهای این فناوری، امکان بازیافت و استفاده دوباره از مواد اولیه است.
بررسیها نشان دادهاند گرمانرمهای تقویتشده با الیاف کربن پس از بازیافت بخش مهمی از ویژگیهای اصلی خود را حفظ میکنند و میتوان آنها را دوباره وارد چرخه تولید کرد.
این مزیت در مقایسه با قالبهای فلزی اهمیت زیادی دارد، زیرا بازفراوری یا بازیافت فلزات معمولا انرژی و هزینه بسیار بیشتری نیاز دارد.
جایگزینی کامل فلز هنوز زود است
با وجود پیشرفتهای اخیر، پژوهشگران تاکید میکنند LSAM هنوز نمیتواند کاملا جایگزین قالبهای فلزی شود.
قالبهای فلزی همچنان رسانایی گرمای بالاتر و دوام بیشتری در تولید انبوه دارند. اما در کاربردهایی با شمار تولید پایین تا متوسط، جایی که زمان تحویل، هزینه ساخت و وزن قالب اهمیت بیشتری دارد، فناوری LSAM اکنون به یک گزینه کاملا جدی تبدیل شده است.
کارشناسان معتقدند صنعت تولید چندسازه در سالهای آینده بهتدریج از ساخت سنتی قالب فاصله خواهد گرفت و طراحی قالبها بیش از گذشته بر پایه فناوری ساخت برهمافزا انجام خواهد شد. ترکیب چاپ سهبعدی بزرگمقیاس، گرمانرمهای تقویتشده با الیاف کربن و بازیافتپذیری میتواند یکی از مهمترین تحولات آینده تولید صنعتی را رقم بزند.
