پرينت سه بعدي، قالبگيري سيليكوني و وكيوم فرمينگ با رزين

مقدمه

در دنیای امروز تولید، سرعت، انعطاف‌پذیری و کاهش هزینه‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. سه فناوری چاپ سه‌بعدی ، قالبگیری سیلیکونی و وکیوم فرمینگ با رزین به تنهایی ابزارهایی قدرتمند هستند، اما زمانی که در کنار یکدیگر و به صورت زنجیرهای به کار گرفته می‌شوند، امکان ساخت نمونه‌های کاملاً حرفه‌ای و تولید محدود با کیفیت بسیار بالا و هزینه مقرون‌به‌صرفه را فراهم می‌کنند. ایده‌آل آرسس پاسارگاد در این مقاله به بررسی اصول هر فناوری، مزایا، محدودیت‌ها و نحوه یکپارچه‌سازی آن‌ها می‌پردازد.

جهت مطالعه راجع به وکیوم فرمینگ اینجا کلیک کنید

جهت مطالعه راجع به قالبگیری سیلیکونی اینجا کلیک کنید

چاپ سه‌بعدی؛ سنگ بنای دیجیتال

چاپ سه‌بعدی نقطه آغاز این فرآیند ترکیبی است. در این روش، یک مدل سه‌بعدی دیجیتال (CAD) به صورت لایه‌به‌لایه و با دقت بالا به یک شیء فیزیکی تبدیل می‌شود.

نقش کلیدی: در این چارچوب، از چاپ سه‌بعدی برای ساخت “مستر” یا “اصل مدل” (Master Pattern) استفاده می‌شود. این مدل اصلی است که تمام جزئیات و دقت نهایی محصول نهایی را دارد.

 تکنولوژی‌های رایج برای ساخت مستر:

SLA (استریولیتوگرافی): با استفاده از رزین مایع و نور UV، دارای بالاترین دقت سطحی و پرداخت عالی. انتخابی ایدهآل برای مسترهایی با جزئیات ریز.

برای مطالعه بیشتر راجع به SLA اینجا کلیک کنید

DLP (پردازش نور دیجیتال): مشابه SLA، اما با سرعت بالاتر. کیفیت سطح بسیار خوبی ارائه میدهد.

برای مطالعه بیشتر راجع به DLP اینجا کلیک کنید

MJF (Multi Jet Fusion) یا SLS (Selective Laser Sintering): برای قطعاتی با استحکام مکانیکی بالاتر و نیاز به ویژگی‌های مهندسی مناسب هستند. البته ممکن است نیاز به پرداخت سطح داشته باشند.

برای مطالعه بیشتر راجع به SLS اینجا کلیک کنید

مزایای استفاده از چاپ سه‌بعدی برای مستر

• آزادی طراحی: امکان ساخت هندسه‌های پیچیده و توپر که با روش‌های سنتی غیرممکن یا بسیار پرهزینه است.
• سرعت: تولید مستر در عرض چند ساعت یا چند روز.
• دقت بالا: دستیابی به تلرانس‌های بسیار دقیق.
• هزینه کم برای نمونه‌های پیچیده.

قالبگیری سیلیکونی (Silicone Molding)؛ پل ارتباطی به تولید انبوه

قالبگیری سیلیکونی، که اغلب به آن قالبسازی رزینی (Resin Casting) یا قالبگیری تحت فشار (Pressure Casting) نیز می‌گویند، روشی برای تکثیر چندین نسخه از یک مستر با کیفیت بالا است.

 فرآیند کار:

1. مستر چاپ سه‌بعدی شده را آماده‌سازی می‌کنند (سمباده‌زنی، آب‌بندی).
2. مستر را در یک جعبه قالب (Molding Box) قرار می‌دهند.
3. لاستیک سیلیکون مایع (معمولاً از نوع پلاتین یا قلع) را با دقت در قالب سیلیکون مستر می‌ریزند.
4. پس از پخت سیلیکون، قالب را به دو نیمه برش می‌زنند و مستر را خارج می‌کنند. حالا یک قالب سیلیکونی منعطف با حفره منفی از شکل مستر ایجاد شده است.
5. مواد ریخته‌گری (معمولاً رزین‌های پلی‌اورتان با خواص مختلف) درون این قالب تزریق یا ریخته‌گری می‌شوند.
6. پس از پخت رزین، قطعه نهایی را از قالب سیلیکونی انعطاف‌پذیر خارج می‌کنند.

مزایا:

• تکثیر با کیفیت بالا: امکان تولید ۱۰ تا ۵۰ قطعه (بسته به پیچیدگی) از یک قالب با کیفیتی نزدیک به تولید انبوه.
• انعطاف‌پذیری مواد: رزین‌های پلی‌اورتان موجود در بازار طیف وسیعی از خواص (شفاف، رنگی، سخت، نرم، مقاوم حرارتی، لاستیکی) را شبیه‌سازی می‌کنند.
• هزینه مقرون‌به‌صرفه برای تولید محدود.
• سطوح صاف و براق بدون نیاز به پرداخت زیاد.

وکیوم فرمینگ با رزین (Vacuum Forming with Resin)؛

ایجاد پوسته‌های مستحکم

وکیوم فرمینگ سنتی را معمولاً برای ورق‌های پلاستیکی حرارت‌دیده استفاده می‌کنند. اما در این ترکیب خاص، از یک قالب (مستر) چاپ سه‌بعدی شده به عنوان قالب وکیوم فرمینگ استفاده می‌کنند و به جای ورق پلاستیکی، از موادی مانند فیبر کربن، فایبرگلاس یا پارچه کِولار همراه با رزین اپوکسی استفاده می‌کنند.

فرآیند کار (برای کامپوزیت‌ها):

1. یک قالب مثبت (Male Mold) یا قالب منفی (Female Mold) با چاپ سه‌بعدی می‌سازند. این قالب باید پرداخت سطحی بسیار عالی داشته باشد.
2. سطح قالب را با یک عامل رهش می‌پوشانند.
3. لایه‌های ماده تقویت‌کننده (مثلاً پارچه فیبر کربن) را روی قالب قرار می‌دهند.
4. رزین اپوکسی مخلوط شده را روی لایه‌ها برس می‌زنند یا می‌پاشند.
5. کل مجموعه را با یک ورق پلاستیکی می‌پوشانند و به دستگاه وکیوم متصل می‌کنند.
6. خلأ ایجاد شده هوا را خارج کرده و ورق پلاستیکی را با فشار اتمسفر به شدت روی قالب و لایه‌های کامپوزیت می‌فشارند. این کار رزین اضافی را خارج کرده و حباب‌های هوا را حذف می‌کند و باعث می‌شود الیاف کاملاً به رزین آغشته شوند.
7. پس از پخت رزین، قطعه کامپوزیتی سخت و مستحکم را از روی قالب جدا می‌کنند.

مزایا:

• استحکام بسیار بالا و نسبت استحکام به وزن عالی(مخصوصاً با فیبر کربن).
• ساخت قطعات بزرگ و سبک مانند پنل‌های بدنه، پوسته دستگاه‌ها و قطعات خودرو.
• ظاهر حرفه‌ای و کربنی که بسیار مورد پسند است.

یکپارچه‌سازی؛ یک گردش کار قدرتمند

قدرت واقعی این سه فناوری زمانی آشکار می‌شود که به صورت یک گردش کار ترکیبی مورد استفاده قرار گیرند.

گردش کار نمونه:

1. طراحی (CAD): طراحی قطعه نهایی را در نرم‌افزارهای مدلسازی سه‌بعدی انجام می‌دهند.
2. ساخت مستر (چاپ سه‌بعدی): مدل CAD را با بالاترین کیفیت ممکن (معمولاً با پرینتر SLA) چاپ می‌کنند.
3. پرداخت مستر: مستر را چاپ کرده، سمباده می‌زنند، پرایم‌ و پولیش می‌زنند تا کاملاً صاف و بی‌نقص شود.

 انتخاب مسیر تولید

1. مسیر A (تکثیر قطعات توپر): از مستر برای ساخت قالب سیلیکونی استفاده می‌کنند. سپس با ریختن رزین پلی‌اورتان در قالب، ده‌ها نسخه از قطعه با خواص مختلف تولید می‌کنند.
2. مسیر B (ساخت پوسته‌های کامپوزیتی): از مستر به عنوان قالب وکیوم فرمینگ استفاده می‌کنند. با قرار دادن فیبر کربن و رزین اپوکسی روی آن و اعمال خلأ، یک پوسته بسیار مستحکم و سبک تولید می‌کنند.

۵. مونتاژ و پرداخت نهایی:

قطعات تولید شده مونتاژ، رنگ‌آمیزی یا پرداخت نهایی می‌شوند

مثال‌های کاربردی:

1. ساخت نمونه‌های محصول مصرفی: تولید ۲۰ عدد از یک دسته کنترلر جدید با بافت و احساس در دست عالی (از طریق قالبگیری سیلیکونی).
2. ساخت قطعات خودرویی: تولید یک داشبورد یا اسپویلر سبک‌وزن و مستحکم برای یک خودروی مسابقه‌ای (از طریق وکیوم فرمینگ کامپوزیت).
3. صنایع پزشکی: تکثیر یک مدل آناتومیک برای برنامه‌ریزی جراحی (قالبگیری سیلیکونی از یک مستر چاپ شده بر اساس سی تی اسکن).
4. ساخت تجهیزات تبلیغاتی: تولید چندین نسخه از یک ماکت محصول برای نمایش در غرفه‌های نمایشگاهی.

 نتیجه‌گیری

ترکیب چاپ سه‌بعدی، قالبگیری سیلیکونی و وکیوم فرمینگ با رزین، یک پارادایم جدید در ساخت نمونه‌های سریع و تولید محدود ایجاد کرده است. این سه‌گانۀ به‌هم‌پیوسته به طراحان و مهندسان این توانایی را می‌دهد که:

• با چاپ سه‌بعدی پیچیده‌ترین طرح‌ها را با سرعت محقق کنند.
• با قالبگیری سیلیکونی این طرح‌ها را با کیفیت بالا و با هزینه واحد پایین تکثیر نمایند.
• و با وکیوم فرمینگ کامپوزیت‌ها، قطعاتی با استحکام صنعتی و ظاهر حرفه‌ای خلق کنند.

این رویکرد نه تنها زمان عرضه به بازار را به شدت کاهش می‌دهد، بلکه امکان آزمایش طرح‌ها و مواد مختلف را قبل از سرمایه‌گذاری سنگین روی قالب‌های تزریق پلاستیک گران‌قیمت فراهم می‌کند. در عصر حاضر، این فناوری‌ها تولید را به صرفه کرده‌اند و دسترسی استارت‌آپ‌ها، مخترعان و کسب‌وکارهای کوچک را به روش‌های تولید پیشرفته ممکن ساخته‌اند.