مقاله کامل طراحي مدلسازي كامپيوتر

طراحي و مدلسازي كامپيوتري
مروري بر نمونه سازي سريع
واژه (Rapid prototyping) RP به روشي اطلاق مي شود كه در آن از اطلاعات CAD، مدل فيزيكي ساخته مي شود.
اين پرينترهاي 3 بعدي به طراح اجازه مي دهد تا به جاي تصاوير دو بعدي، سريع تر به نمونه هاي محسوس طرحشان دسترسي داشته باشند. همچنين مدلهايي استفاده هايي متعدد مي توانند داشته باشند: آنها به عنوان يك وسيله بصري عالي، باعث سهولت ارتباط بين همكاران و يا مشتري ها مي شوند علاوه بر اين از نمونه ها مي توان براي تست طرح استفاده كرد. براي مثال يك مهندس هوافضا براي اندازه گيري نيروها در تونل باد نياز به مدل دارد.
طـراح ها هـميشه از مدل اسـتفاده مي كنند. RP به آنها اين امكان را مي دهد كه سريع تر و ارزان تر و دقيق تر نمونه را بسازند.
علاوه بر ساخت نمونه و روش هاي RP براي ساخت ابزار (Rapid tooling) و حتي ساخت قطعات (Rapid manufacturing) استفاده مي شوند. براي تعداد كم و اشياء پيچيده RP اغلب بهترين روش ساخت موجود است.
البته واژه سريع نسبي است، اكثر نمونه ها به زمان ساخت 3 تا 72 ساعت نياز دارند، كه بستگي به اندازه و پيچيدگي آنها دارد. اين ممكن است كند به نظر برسد ولي در مقايسه با هفته يا ماه ها كه در اكثر روش هاي ديگر از قبيل ماشينكاري براي ساخت نمونه صرف مي شود، سريع تر مي باشد. اين كاهش زمان به سازنده اجازه مي دهد كه محصولات را سريع تر و ارزان تر به بازار ارائه كند.
حداقل شش تكنيك RP در دسترس است كه هر كدام نقاط ضعف و قوت منحصر به فردي دارند، چون تكنولوژي RP، به صورت روزافزون در كاربردهايي به غير از نمونه سازي استفاده مي شود، از آن به عنوان Computer Automated manufacturing يا Layered Manufacturing يا Solid Free-From Fabrication (S.F.F) يا Solid Free Form Manufacturing ياد مي شود.
Layered Manufacturing: به طور خاص پروسه هايي را كه در همه تكنيكها استفاده مي شود، بيان مي كند. توسط يك نرم افزار، مدل CAD به لايه هاي نازكي «حدود m 1/0» برش خورده و هر لايه بر روي لايه ديگري قرار مي گيرد.
RP يك روش افزايشي (Additive) است، كه لايه هايي از كاغذ، واكس يا پلاستيك را براي توليد يك قطعه جامد با هم تركيب مي كنند. اين درست برخلاف روش هاي ماشينكاري قديمي «تراشكاري، فرزكاري، سنگ زني و …» است كه روش هاي
Subtractive هستند كه در آنها براي درست كردن قطعه، موازد از يك بلوك برداشته مي شوند.
طبيعت روش هاي افزودني RP آن است كه مي توان با آنها اجسامي با سطوح داخلي پيچيده ساخت كه نمي توان توسط هيچ روش ديگري توليد كرد.
البته RP روش كاملي نيست، حجم قطعه بسته به نوع ماشين RP به m3 125/0 يا كمتر محدود مي شود. ساخت نمونه هاي فلزي مشكل است كه تصور مي شود اين مشكل در آينده نزديك برطرف مي شود.
براي قطعات فلزي، توليد بالا يا قطعات ساده، تكنيكهاي ساخت مرسوم معمولاً اقتصادي تر هستند. اگر از محدوديت هاي ذكر شده بالا بگذريم، بايد گفت RP تكنولوژي است كه در پروسه هاي ساخت انقلابي ايجاد كرده است.
2- پروسه هاي پايه Basic Process
با وجود اينكه چندين روش RP وجود دارد ولي در تمامي آنها پنج مرحله زير مشترك است:
ايجاد مدل CAD از طرح
تبديل مدل CAD به فرمت STL
برش فايل STL به لايه هاي نازك
ساخت مدل به صورت لايه هاي روي يكديگر
تميز كردن و پرداخت مدل
ايجاد مدل CAD: ابتدا جسم توسط يك نرم افزار CAD مدل سازي مي شود، مدل سازي هاي Solid از قبيل Pro Engineer نسبت به مدل سازي هاي Wire Frame از قبيل اتوكد، اشياء سه بعدي دقيق تري مدل مي كنند، كه در نهايت به بهتر شدن نتايج مشخص مي شود.
تبديل به فرمت STL: نرم افزارهاي CAD مختلف، از الكوريتم هاي متفاوتي براي ارائه جسم سه بعدي استفاده مي كنند، براي ايجاد سازگاري، فرمت STL (استريوليتوگرافي، اولين روش RP) به عنوان فرمت استاندارد صنعت RP پذيرفته شده است. بنابراين گام بعدي تبديل فايل CAD به فرمت STL مي باشد، اين فرمت سطح سه بعدي را به وسيله مجموعه اي از مثلث هاي صفحه ارائه مي كند. چون فايل هاي STL از المانهاي صفحه اي استفاده مي كنند، قادر نيستند سطوح منحني را دقيقاً ارائه كنند، با افزايش تعداد مثلثها تقريب بهبود مي يابد، ولي اين كار منجر به افزايش حجم فايل مي شود، فايل هاي بزرگ و پيچيده به زمان بيشتري براي پيش پردازش و ساخت نياز دارند، در نتيجه طراح بايد در توليد يك فايل STL بين دقت و مديريت پذيري تعادل ايجاد كند. چون فرمت STL جهاني مي باشد، اين مرحله نيز در ميان تمامي روش هاي RP مشترك است.
برش فايل STL: در گام سوم، برنامه پيش پردازش فايل STL را براي ساخت آماده مي كند، چندين برنامه موجود است كه در هر كدام به استفاده كننده، اجازه داده مي شود تا اندازه (size)، مكان (location) و جهت مدل (orientertion) را تنظيم كند. جهت دهي مدل به چند دليل مهم است: اول آنكه خواص مدل در جهات مختلف، متفاوت است، به عنوان مثال نمونه ها معمولاً در جهت Z ضعيف تر و كم دقت تر مي باشند، علاوه بر اين، جهت دهي قطعه تا حدي زمان لازم براي ساخت مدل را مشخص مي كند، قرار دادن ابعاد كوتاهتر در جهت Z منجر به كاهش تعداد لايه ها در اين جهت مي شود، كه در نهايت باعث كاهش زمان ساخت مي گردد.
بسته به تكنيك مورد استفاده، نرم افزارهاي پيش پردازش مدل STL را به لايه هايي با ضخامت 01/0 تا 7/0 ميلي متر برش مي زنند. اين برنامه ها ممكن است براي توليد يك سازه جايي به عنوان تكيه گاه مدل، در زمان توليد نيز در نظر بگيرند.
تكيه گاه ها براي قسمتهاي ظريف و نازك شبيه به قسمتهاي آويزان، حفره هاي داخلي و قسمتهايي كه در آنها ديواره نازك است مفيد مي باشند. هر سازند ماشين RP نرم افزار پيش پردازش مخصوص به خود را ارائه مي كند.
ساخت لايه به لايه: گاه چهارم، ساخت واقعي قطعه است. با استفاده از روش هاي RP، ماشين RP در هر بار يك لايه از پليمر، كاغذ يا پود فلز را مي سازد. اكثر ماشين ها خودگردان «اتومات» بوده و نياز كمتري به مداخله انسان دارند.
تميزكاري و پرداخت: گام نهايي است كه شامل برداشتن نمونه از ماشين و جدا كردن هرگونه، تكيه گاه است، بعضي از مواد حساس به نور، بايد قبل از استفاده پخته شوند، ممكن است نمونه به تميز كردن جزئي و پرداخت سطح نيز، نياز داشته باشند.
ماسه زني «sanding» آب بندي و درزبندي (sealing) و يا رنگ كاري باعث مي شود مدل داراي ظاهر و دوامي بهتر باشد.
3- روش هاي RP:
اكثر ماشين هاي RP تجاري موجود از يكي از 6 روش ذكر شده استفاده مي كنند:
استريوليتوگرافي: استريوليتوگرافي به عنوان انقلاب RP به سال 1986 برمي گردد، در اين روش با در معرض قرار دادن پليمرهاي مايع حساس به نور، در مقابل نور ماوراء بنفش، جسم جامد تشكيل مي شود. همان طور كه در شكل زير ملاحظع مي شود، مدل روي صفحه اي (Plat Form) كه دقيقاً زير سطح اپوكسي مايع يا رزين آكريلات (acrylate) موجود در ظرف مايع است، ساخته مي شود. توسط ليزر كم قدرت باتمركز بالا، لايه اول ترسيم مي
شود كه باعث مي شودسطح مقطع مدل تبديل به جامد شود. در حالي كه سطوح اضافي به صورت مايع باقي مي ماند. سپس توسط يك آسانسور، صفحه به داخل مايع پايين مي رود، سپس توسط يك جاروب كننده، لايه جامد شده، مجدداً پوشانده مي شود و مجدداً ليزر لايه دوم را روي لايه اول تشكيل مي دهد براي موقعيت دهي نور ليزر از دو آينه عمود بر هم استفاده مي شود كه توسط سرد كنترل و گالوانومتر تنظيم مي شوند، اين پروسه تا كامل شدن نمونه ادامه مي يابد. پس از آن قطع جامد از وان برداشته شده و مايع اضافي آن شسته مي شود، تكيه گاه ها از مدل جدا شده و مدل در اجاق ماوراء بنفش قرار مي گيرد تا پخت كامل شود.
ماشين هاي استرليتوگرافي (SLA) از سال 1988 توسط كمپاني 3D-System ساخته شده اند و اين كمپاني به عنوان رهبر اين صنعت بوده و بيشتر از هر كمپاني ديگري از اين نوع دستگاه ها ساخته است. نمونه هاي اوليه استريوليتوگرافي شكننده بودند و در اثر پخت تمايل به پيچش و اعوجاج داشتند ولي اصلاحات اخير تا حد زيادي اين مشكل را برطرف كرده است.
مزاياي اين روش:
پايداري سيستم، پروسه به صورت اتوماتيك انجام شده و نياز به دخالت اپراتور نمي باشد.

فایل : 31 صفحه

فرمت : Word