چاپگر های سه بعدی صنعت خودرو سازی و قطعه سازی را متحول می کنند

شرکت لوکال موتور (Local Motor)  ، اولین خودروی چاپی خودش را به نام Starti در نمایشگاه ین المللی فناوری ساخت در شیکاگو IMTS به نمایش گذاشت. فعالیت های این شرکت که در سال 2007 تاسیس شده، متمرکز بر تولید تعداد کم خودرو و با استفاده از موتورهای فروش آزاد Open Source است.

صنعت ریخته گری و صنعت چاپ سه بعدی

چطور چاپگر های سه بعدی می توانند به صنعت ریخته گری کمک کنند؟

چطور چاپگر های سه بعدی می توانند به صنعت ریخته گری کمک کنند؟ این سوالی است که پاسخ دادن به آن دشوار نیست. شاید بخش مدل سازی بیش از هر بخش دیگری بتواند  از مزایای فن آوری چاپ سه بعدی بهره مند شود.

صنعت ریخته گری فلزات و مدل سازی :

در صنعت ریخته‌گری در قالب‌های تک‌بار Expendable ، همچون ریخته گری ماسه ای، شما غالبا” به یک یا چند مدل نیاز دارید.  مدل سازی یا Pattern making عبارت است از طراحی و ساخت مدل‌هایی که در ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرند.  همچنین مدل ریخته گری یا Pattern  ، قطعه ای یک یا چند تکه، ساخته شده از چوب، فلز، گچ و یا مواد پلاستیکی است، که نقش منفی متناظر خود را در ماده قالبگیری ایجاد می کند. برخی از انواع مدل ها عبارتند از :

معماری و چاپگرهای سه بعدی

ساخت ماکت انواع ساختمان ها، پل ها، سازه های پیچیده ، برجهای خاص ، بناهای تاریخی ، پوسته های معماری یا طرح های عادی و نظایر آن با چاپگر های سه بعدی به یک شیوه متداول در دنیای مهماری بدل شده است.

پرینت سه بعدی غذا

کسانی که بیش از سه دهه از عمرشان می گذرد به خوبی به یاد دارند که تا همین چند سال پیش پرینتر های سوزنی برای خود پدیده ای به حساب می آمد و کسی باور نمی کرد که این فناوری چنان سریع رشد کند و ارزان شود و کار به جایی برسد  که در بیشتر خانه ها هم حد اقل یک پرینتر سبک و ارزان و کارآمد موجود باشد .

دیرزمانی نیست که پای  تکنولوژی پرینت سه بعدی به دنیای فناوری باز شده ، اما خیلی زود صحبت از پرینت خودرو در کارخانه های خودرو سازی و پرینت سازه های مسکونی در کره ماه پیش آمده و اینک ، فودینی !

چاپگر های سه بعدی در خدمت صنعت طلا و جواهر

چاپگرهای سه بعدی هم در مرحله طراحی به صنایع طلا و و جواهر خدمت می کنند و هم در مرحله مدلسازی و ساخت به کمک این صنعت می آیند.

مهندسی رباتیک و چاپگر های سه بعدی

مهندسی رباتیک (به انگلیسی: Robotics engineering) یک برنامه آموزشی با دید تخصصی به رباتیک شامل آموزش زمینه هایی از مهندسی برق، کامپیوتر و مکانیک است که در ساخت و استفاده از ربات ها مورد نیاز هستند.

فب لب Fablab

فَب لَب ها، آزمایشگاههای ساخت و طراحی هستندو و ایده “چگونه می توان تقریبا همه چیز را ساخت” را دنبال می کنند.

پروفسور نیل گرشنفیلد (Neil Gershenfeld) از اساتید دانشگاه تکنولوژی (پلی تکنیک) ماساچوست (ام آی تی) با تدوین، تدریس و ارایه درسی به نام “چگونه می توان تقریبا همه چیز را ساخت” ، طرحی جهانی را بدعت نهاد که امروزه با نام “فب لب” (Fablab : fabrication laboratory) شناخته می شود.

ناسا یک آچار را به ایستگاه فضایی ایمیل کرد

ناسا نقشه یک آچار مورد نیاز را به فضانوردانی که در ایستگاه فضایی بین‌المللی به سر می‌برند ایمیل کرد و آنها با استفاده از پرینت سه بعدی آن آچار را ساختند.
این اولین باری است که ابزار مورد نیاز فضانوردان به آنها ایمیل می‌شود.

پیش از این اگر فضانوردان وسیله‌ای لازم داشتند باید ماه‌ها صبر می‌کردند تا آنها را به همراه محموله‌هایی که مرتب برایشان فرستاده می‌‌شود دریافت کنند.
پرینتر سه بعدی ایستگاه فضایی نیمه ماه گذشته میلادی نصب شد و اواخر نوامبر اولین قطعه خود را، که یک قطعه یدکی برای خود پرینتر بود، پرینت کرد.
ناسا می‌گوید قابلیت پرینت سه بعدی ابزار مورد نیاز این امکان را به فضانوردان می‌دهد که در ماموریت‌های بلندمدت فضایی بیشتر به خود متکی باشند.

آمازون قصد دارد کامیون هایش را به پرینتر ۳ بعدی مجهز کند

آمازون اخیرا متودی جدید برای رساندن بار به مشتریان اش را امتحان می کند که به زودی فاز عملی آن را شاهد خواهیم بود.

کامیون های حمل بار آمازون به دستگاه های پرینتر ۳ بعدی مجهز خواهند شد تا درست دقایقی قبل از تحویل گرفتن کالا، شاهد تولید آن باشید.

این غول تجارت الکترونیک اخیرا چندین پتنت را به ثبت رسانده که نشان می دهد نقشه اش برای تولید محصول در حین تحویل چگونه است. تصور کنید کامیونی بدون داشتن محصول مورد نظر به سوی مقصد حرکت کند و زمانی که به محل مورد نظر مشتری رسید، جنس را آماده (یا شاید تازه و داغ!) تحویل دهد.

این پتنت بیان می کند که آمازون چگونه می تواند سرعت تحویل اجناس به مشتریان اش را چندین برابر افزایش دهد و با این حال نیازی به افزایش فضای انبار خود نداشته باشد. آمازون معتقد است تاخیر بین زمان سفارش تا تحویل کالا، سبب کاهش رضایت مشتری و در نتیجه کاهش سوددهی می شود.

آمازون در زمینه ثبت پتنت های مرتبط ید طولایی دارد و بارها شده که از نقشه های جدید جف بزوس برای افزایش بازدهی کمپانی اش بشنویم. پیش از این ویدیویی از انبارهای آمازون را با شما تماشا کردیم که نشان می داد چقدر کارها منظم و دقیق پیش می روند.

در سال ۲۰۱۳، مدت ها پیش از اینکه FAA قوانینی برای پرواز درون ها وضع کند، آمازون روی پروژه جاه طلبانه دیگری کار می کرد که از طریق آن، به جای استفاده از کامیون، برای رساندن بارهای کوچک تر از درون ها استفاده می شد.

چاپگر (پرینتر) چهار بعدی چیست ؟ – 4D Printing

مدت زمانی کوتاه پس از توسعه پرینترهای سه بعدی، اکنون به مفاهیم جدیدی به نام پرینترهای چهار بعدی برمیخوریم. اما چاپگرها چه هستند؟

چاپگرهای چهار بعدی در واقع همان پرینترهای سه بعدی هستند. اما این پیرینترها یا چاپگرها، قطعاتی را تولید میکنند که این قطعات پس از تولید و تحت شرایطی که از قبل برنامه ریزی شده اند، تغییر شکل میدهند.

در واقع سالهاست که امان تولید قطعات، مجموعه ها، یا ساختارهای با مواد هوشمند یا اصطلاحا” مواد قابل برنامه ریزی برای بشر بوجود آمده است. قطعات و مجموعه هایی که بواسطه جنس برخی از اجزای آن، میتوانند تحت شرایط خاصی مثل تغییر دما یا برخورد با یک سیال مثل آب تغییر شکل بدهند. بنابراین شما با یک تغییر شکل پس از تولید قطعه مواجه خواهید بود. پروفسور دنیلا روس از دانشگاه MIT می گوید: “این مواد امکان ایجاد دنیایی را به ما می دهد که نه تنها کامپیوترهای قابل برنامه ریزی بلکه مواد قابل برنامه ریزی نیز دارد.”

به یک تعریف، مواد هوشمند یا مصالح هوشمند یا Smart Material یا ساختارهای هوشمند، مجموعه (یا جزئی از مجموعه) دارای کارکرد مهندسی هستند که در آنها ساختار دارای توانایی درک و فعال‌شدن را به منظور انجام کار دارد. آلیاژهای حافظه‌دار نوعی از مواد هوشمند به شمار می‌آیند.همچنین مصالح هوشمند مصالحی هستند که با عملکردی هوشمندانه در مقابل تغییرات محیط می‌توانند مانند موجودات زنده خود را با شرایط محیطی منطبق سازند. برخی از این مواد، هر نوع خدشه و خرابی در ساختار خود را پیش بینی کرده و نقایص خود را برطرف می‌سازند. یک یا چند ویژگی این مصالح مانند شکل، میزان سختی، فرکانس و رنگ آنها در یک حالت کنترل شده یا تحت اثر محرک نیروی الکتریسیته یا میدان‌های مغناطیسی به صورت قابل توجهی تغییر می‌کند. روند ،PH، خارجی مانند فشار، دما، رطوبت که بر مصالح بیولوژیکی نیز Hyper- Functional پیشرفت این مواد از مصالح سازه‌ای و عملکردی آغاز شده به سمت ساخت مصالح برتری دارند پیش می‌رود.

تعریف هوشمندی

هوشمند(intelligent)، باهوش(Smart)، حساس(Adaptive) همه برای تعریف ساختارها ومصالحی به کارمی روند که شامل حسگرها ومحرک‌ها (Actuators) بوده وتوانایی سازگاری باتحریکات خارجی مانند بارها وتحریکات محیط رادارند. مصالح هوشمند یک اصطلاح جدید برای مصالح و فر آورده‌هایی است که توانایی درک و پردازش رویدادهای محیطی را داشته و نسبت به آن واکنش مناسب نشان می‌دهند. به بیان دیگر این مصالح قابلیت تغییرپذیری داشته و قادرند شکل، فرم، رنگ و انرژی درونی خود را به طرز برگشت‌پذیر در پاسخ به تاثیرات فیزیکی و یا شیمیایی محیط اطراف تغییر دهند. اگر مصالح را به سه گروه مصالح غیر هوشمند، نیمه هوشمند و هوشمند طبقه‌بندی کنیم، گروه اول یعنی مصالح غیر هوشمند ویژگی خاص بالا را ندارند، نیمه هوشمندها تنها قادرند در پاسخ به تاثیرات محیطی شکل و فرم خود را برای یک بار یا مدت زمان اندکی تغییر دهند اما در مصالح هوشمند این تغییرات تکرارپذیر و قابل برگشت خواهد بود. معماری هوشمند پویا است؛ بدین معنا که پارامترهای عملکردی اصلی، خود را با توجه به نیاز، تقاضا و شرایط متغیر و پویا تغییر می‌دهند. یک معماری هوشمند همچنین مانند سامانه زنده‌ای قادر به تجربه اندوزی و استفاده از تجارب در شرایط جدید است و بااین خصیصه پویایی و حود سازماندهی سامانه تضمین می‌گردد. مصالح و فرآوردههای نوین در حال حاضر طیف وسیعی از فرآورده‌ها و مصالح، در دسترس قرار گرفته‌اند و یا اینکه د ر حال عرضه به بازار هستند. برخی از آنها به طور خاص برای استفاده در زمینه معماری تولید شده‌اند. مصالحی را که در ذیل به توضیح آنها می‌پردازیم، مصالح و مواد خامی هستند که دارای پتانسیل‌های خاص و کاربردی در زمینه معماری و ساخت و ساز می‌باشند. این فهرست با توجه به ویژگی‌ها، ساختار و خصوصیات درونی این مواد تهیه شده است.

مصالح بازیافتی: این مصالح اساسا از مواددست دوم و زباله‌های تمیز، تهیه می‌شوند. برای تهیه مصالح بازیافتی، قسمت‌های ارزشمند مصالح دست دوم مورد استفاده قرار می‌گیرد ولی به هر حال فرآورده حاصله معمولا کیفیت پایین‌تری نسبت به مصالح اصلی دارد. امروزه استفاده از مصالح بازیافتی با توجه به اصول معماری پایدار بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

مصالح تجزیه پذیر زیستی: ترکیبات تشکیل دهنده این مصالح به گونه‌ای است که پس از پا یان عمر و مدفون شدن در زیر خاک به طور کلی توسط جانوران میکروسکوپی موجود در خاک تجزیه می‌شوند؛ بنابراین تهدیدی برای آلودگی محیط زیست محسوب نمی‌شوند.

زیست مواد: شامل پلاستیک‌ها و مصالح دیگری است که از منابع تجدیدپذیر ساخته می‌شوند. تحقیقی که در حال حاضر بر روی این مواد بسیار مورد توجه است، استفاده از باکتری خاصی است که گازco2مصرف می‌کند و قادر به متلاشی نمودن این پلاستیک هاست.

مصالع تغییر ناپذیر: مصالحی هستند که تاثیرات فیزیکی و شیمیایی بر آنها اثر ندارد. مثالی از این نوع مصالح، آلیاژ فولاد می‌باشد.

مصالح هوشمند: این مصالح مواد و فرآورده‌هایی هستند که خاصیت تغییرپذیری دارند و قادرند مشخصه‌های ظاهری و یا درونی خود را در پاسخ به تاثیرات فیزیکی و شیمیایی به صورت برگشتپذیر تغییر دهند.

مصالح هیبرید یا پیوند ی: این مصالح با تلفیق حداقل دو ترکیب متفاوت ساخته می‌شوند. مثل تلفیق ترکیبات طبیعی و مصنوعی.

مصالح با ساختار فسیل واره:این‌ها نوعی مصالح مرکب با لایه‌های ملحق شده تدریجی می‌باشند. این مصالح نتیجه یک تغییر پیوسته در ویژگی‌های مصالح است. مثالی از این نوع مصالح نفت خام می‌باشد که از قرار گرفتن لایه‌های متعدد در طول سالیان متمادی ایجاد می‌شود.

نانو متریال (مصالح نانو): مصالحی هستند که مصالحی هستند که نقاط اشتراک زیادی با مصالح هوشمند دارند. مواد با ساختار نانو به عنوان پوشش نهایی در ساخت فرآوردهها به کار می‌روند. بهعنوان مثال در پوششهای هوشمند ضد خوردگی، تصفیه کننده هوا، تمیز کننده سطوح و پوشش‌های زیست فعال کاربرد دارند.

ویژگی‌های اصلی معماری هوشمند عبارتند از:

“تطبیق پذیر”

پویایی و فعال بودن؛

انعطاف‌پذیری و سازگاری با محیط؛

واکنش پذیری و پاسخ ده بودن

خصوصیات

مواد هوشمند و یا انطباق پذیر خود به دو گونه هوشمند و نیمه هوشمند قابل تقسیم می‌باشند. در مواد هوشمند در برابر محرک‌های فیزیکی یا شیمیایی تغییرات بازگشت پذیر فیزیکی و شیمیایی ایجاد می‌شود. این تغییرات در مواد کاملاً هوشمند به صورت نامتناهی بازگشت پذیر است. در صورتی که مواد نیمه هوشمند توانایی محدودی در تعداد دفعات تغییرات دارند، یک محرک می‌تواند چند تغییر در ماده ایجاد نماید و یا چند محرک مختلف می‌توانند موجب تغییر خاصی در ماده گردند. محرک‌های عمده عبارتند از: تغییر محیط شیمیایی، میدان مغناطیسی و الکتریکی، فشار، حرارت، نور و اشعه ماورا بنفش. تغییرات حاصل، بازده وسیعی را پوشش می‌دهد. برخی از این تغییرات عبارتند از:

تغییر شکل، ابعاد، سطح و بافت به صورت همگن یا موضعی.

تغییر در جریان الکتریکی و تولید جریان الکتریسیته که به عنوان مثال در کفسازی امکان پر رفت‌وآمد برای تولید جریان برق استفاده می‌شود.

تغییر رنگ و شفافیت که در ایجاد محرمیت و بستن فضا کاربرد دارد.

تغییر نوفه و کنترل نوفه مزاحم

تولید بوی خوش بر اثر تحریکات خارجی

قابلیت اصلاح، ترمیم، تقویت و خود تمیز کنندگی که امروزه کاربرد وسیعی در آسمان خراش‌ها یافته‌اند.

قابلیت جذب یا انتشار نوعی مولکول، اتم یا ماده‌ای خاص که در سه حالت ماده که به ویژه برای کاهش آلودگی محیط و تولید مواد مطلوب و ضروری مانند تصفیه هوا و یا آب کاربرد دارد.

امکان تبادل انرژی مانند مواد تغییر فاز دهنده که در پوسته بنا برای کنترل دمای محیط داخلی کاربرد دارند و این مواد حرارت را از محیط گرفته و با تغییر فاز به حالت مایع یا گاز، آن را به صورت نهان در خود ذخیره می‌کنند و در هنگام کاهش دمای محیط با تغییر فاز مجدد، حرارت را به محیط بازپس می‌دهند.[۹]

متغیرهای تاثیرگذار شیمیایی و فیزیکی که در زیر معرفی شده‌اند، محرک‌هایی هستند که مصالح هوشمند در برابر آنها از خود عکس العمل نشان می‌دهند:

نور، اشعهUV :بخش فرابنفش و مرئی اشعه الکترومغناطیسی.

دما:تغییرات دمایی که یک سیستم فیزیکی مثل بدن انسان ایجاد می‌نماید.

فشار:اختلاف فشار ایجاد شده در یک ناحیه.

میدان الکتریکی:میدان ایجاد شده پیرامون یک بار الکتریکی.

میدان مغناطیسی:میدان ایجاد شده پیرامون یک آهن‌ربا یا یک بار الکتریکی متحرک.

محیط شیمیایی:حضور یک عنصر یا ترکیب شیمیایی خاص مثل آب.

طبقه‌بندی مصالح هوشمند

به طور کلی مصالح ساختمانی موجود اعم از سنتی، طبیعی و مصنوعی با توجه به خصوصیات آنها، از جمله: نمود ظاهری، بافت، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و فیزیکی، اثر محیطی و … طبقه‌بندی می‌شوند. اما در طبقه‌بندی مصالح هوشمند علاوه بر در نظر داشتن مشخصه‌های فوق، خواص دیگری که به طور ویژه به تمیز دادن مصالح هوشمند از مصالح سنتی مربوط می‌شود نیز لحاظ شده است. طبقه‌بندی پیشنهادی مصالح هوشمند بر پایه خواص زیر ارائه شده‌اند:

مصالح هوشمند دارای قابلیت تغییر خواص درونی

مصالح هوشمند تغییر شکل دهنده/ مصالح هوشمند تغییر رنگ دهنده/ مصالح هوشمند تغییر پیوند دهنده

مصالح هوشمند دارای قابلیت مبادله انرژی

مصالح هوشمند ساطع کننده نور/ مصالح هوشمند تولید کننده الکتریسیته/ مصالح هوشمند ذخیره کننده انرژی

مصالح هوشمند دارای قابلیت تغییر و مبادله مواد درونی

مصالح هوشمند تغییر شکل دهنده: این گروه از مصا لح هوشمند که دارای قابلیت تغییر خواص درونی خود هستند در پاسخ به محرکات خارجی تغییراتی در شکل و ابعاد خود ایجاد می‌کنند پرکاربردترین آنها می‌توان به مصالح هوشمند دما واکنشی Thermostrictive پیزوالکتریک اثر فشاربرقی الکترو واکنشی Electroactive و شیمی واکنشیChemostrictive اشاره نمود.

مصالح هوشمند دما واکنشی:این نوع از مصالح هوشمند نوعی ویژگی ذاتی دارند که آنها را قادر می‌سازد تا در برابر تغییرات دمای محیط پیرامون به طور برگشت‌پذیر واکنش نشان دهند تغییرات دمایی ممکن است تاثیر غیر فعال داشته باشد به طوری که مصالح به طور مداوم وضعیت دمای داخلی خود را با وضعیت طبیعی پیرامونش از طریق پوسته بیرونی تنظیم کند و اگر تاثیرات آن به صورت فعال باشد نوعی گرمایش فعال با بکار بردن یک میدان الکتریکی از طریق تماس ایجاد می‌شود. مصالح منبسط شونده Thermal Expansion نمونه‌ای از مصالح دما واکنشی هستند.

انواع مصالح هوشمند

مصالح هوشمند از نظر کارکرد به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

مواد کروموژنیک

مواد پیزوالکتریک

آلیاژهای دارای حافظه

.MR و مگنتاهستاتیک ER مصالح الکتروهوستاتیک

مصالح هیبرید یا پیوندی

مصالح با ساختار فسیل واره

مصالح کروموژنیک

بنابراین استفاده چاپگرهای سه بعدی خاص از مواد هوشمند و قابل برنامه ریزی، منجر به ایجاد مفهومی به نام چاپگرهای چهار بعدی شده است. چاپگر هایی که قطعاتی را تولید میکنند که با گذشت زمان در اثر تغییرات دمایی یا شمیایی یا دیگر عوامل برنامه ریزی شده، تغییر شکل میدهند.