Ταχεία Πρωτοτυποποίηση. Πώς ένα σχέδιο CAD μπορεί με ελάχιστο κόστος να μεταμορφωθεί σε φυσικό και λειτουργικό τρισδιάστατο πρωτότυπο
ΤΟΥ ΑΘΑΝΑΣΙΟΥ ΓΙΑΝΝΕΛΗ*
Η ανάπτυξη ενός νέου προϊόντος, από την στιγμή που γεννιέται η ιδέα μέχρι να περάσει στην παραγωγή, είναι μια διαδικασία πολύπλοκη που σε σύντομο χρονικό διάστημα καθορίζει την επιτυχία ή την αποτυχία ενός έργου. Τα στάδια της ανάπτυξης ενός προϊόντος διαχωρίζονται ως εξής:
- Νέα Ιδέα
- Σχεδιασμός
- Παρουσίαση
- Έλεγχος
- Προετοιμασία Παραγωγής
- Παραγωγή.
Μέχρι την ολοκλήρωση του έργου όλα τα ενδιάμεσα στάδια είναι εξίσου κρίσιμα για το όλο εγχείρημα. Ένα σφάλμα κατά την ανάπτυξη του προϊόντος μπορεί να προκαλέσει οικονομική ζημία, σπατάλη χρόνου μέχρι και την ολοκληρωτική ακύρωση του έργου. Σημαντική βοήθεια για την επιτυχία ενός έργου προσφέρουν τα σύγχρονα σχεδιαστικά προγράμματα CAD που συνεχώς εξελίσσουν τα διάφορα εργαλεία παρουσίασης, ανάλυσης και προσομοίωσης ενός σχεδίου. Δυστυχώς όμως δεν καλύπτουν ένα μεγάλο μέρος των αναγκών της συνολικής διαδικασίας ανάπτυξης ενός προϊόντος.
Στα τέλη της δεκαετίας του 1980 μια νέα τεχνολογία ήρθε και έφερε την επανάσταση στον βιομηχανικό σχεδιασμό. Η Ταχεία Πρωτοτυποποίηση (Rapid Prototyping – RP) είναι η αυτόματη κατασκευή φυσικών τρισδιάστατων αντικειμένων με την τεχνολογία προσθετικής παρασκευής ή αλλιώς κατασκευή με εναπόθεση υλικού (Αdditive Μanufacturing). Στην ουσία μεταμορφώνεται το σχέδιο CAD σε ένα φυσικό, λειτουργικό και τρισδιάστατο πρωτότυπο με ελάχιστο κόστος και σε άμεσο χρόνο. Μια ιδέα μετατρέπεται σε ένα ακριβές και ολοκληρωμένο μοντέλο έτοιμο για δοκιμές, παρουσίαση και βελτίωση. Οι τεχνολογίες αυτές ποικίλλουν, οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές (3D Printer) όμως ξεχωρίζουν, καθώς είναι οικονομικοί, εύκολοι στη χρήση, και επιτρέπουν την δημιουργία υψηλής ακρίβειας τρισδιάστατων μοντέλων. Σήμερα δεν νοείται σοβαρή έρευνα και ανάπτυξη R&D (Research & Development) ενός προϊόντος χωρίς τη βοήθεια ενός 3D Printer, είτε εντός της εταιρείας είτε ως παροχή υπηρεσίας από κάποιο εξωτερικό εργαστήριο.
Τεχνολογία Polyjet
Από όλες τις τεχνολογίες ταχείας πρωτοτυποποίησης η τεχνολογία του ψεκασμού φωτοπολυμερών υλικών από ρητίνη (Polyjet) που αναπτύχθηκε το 1998 από την εταιρία OBJET έχει επικρατήσει ως η πιο λειτουργική, προηγμένη και φιλική (λειτουργίας σε περιβάλλον γραφείου) πού πλέον είναι και πολύ προσιτή στην τιμή.
SeparatorBetweenMainTextsΗ τεχνολογία Polyjet βασίζεται στην κατασκευή δοκιμίων με το ψεκασμό υγρής μορφής ρητίνης η οποία στερεοποιείται άμεσα. Στρώση με στρώση, χτίζεται το μοντέλο μέχρι να αποκτήσει την τελική του μορφή. Η ιδιαιτερότητα και μοναδικότητα της τεχνολογίας Polyjet είναι το πολύ λεπτό πάχος της στρώσης, που ανάλογα με τα μηχανήματα κυμαίνεται μεταξύ 16μm και 28μm. H σημαντική αυτή ιδιαιτερότητα προσδίδει στα μοντέλα τα εξής χαρακτηριστικά:
- Υψηλή ακρίβεια των διαστάσεων μεταξύ 0,1-0,2mm
- Ακριβείς λεπτομέρειες (ακόμα και όταν διαθέτουν πολύπλοκες γεωμετρίες)
- Εκτυπωμένα κινούμενα μέρη
- Εξαιρετικά λείες επιφάνειες
- Ετοιμότητα για περαιτέρω επεξεργασία, όπως βαφή, επιμετάλλωση, διάτρηση, χάραξη και μηχανοποίηση.
- Μεγάλη ανθεκτικότητα.
Κάθε μοντέλο δημιουργείται με χρήση δύο υλικών, της ρητίνης του πρωτότυπου και της ρητίνης υποστήριξης. Η ρητίνη υποστήριξης μετά το πέρας της εκτύπωσης αφαιρείται απλά με νερό που ρίχνεται με υψηλή πίεση.
Η τεχνολογία Polyjet όμως εξελίχτηκε περαιτέρω και δημιουργήθηκε η τεχνολογία Polyjet Matrix η οποία παρέχει την δυνατότητα ταυτόχρονου ψεκασμού δύο υλικών κατασκευής, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα δημιουργίας νέων "ψηφιακών" υλικών (Digital Materials) με νέες μηχανικές ιδιότητες, όπως ελαστικότητα, σκληρότητα, αντοχή στον εφελκυσμό και τη θλίψη κ.ά. Με την τεχνολογία αυτή από το 2011 είναι πλέον εφικτό να εκτυπώνονται μοντέλα με ιδιότητες πολύ κοντινές σε πλαστικές ύλες βιομηχανικών εφαρμογών (ABS like Material) και με αντοχή σε μεγάλες θερμοκρασίες έως και 80°C.
Πού βρίσκουν εφαρμογή οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές (Ενθετο)
Μερικοί αντιπροσωπευτικοί τομείς όπου έχουν εφαρμογή οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές είναι:
- Κατασκευή καλουπιών και πλαστικών
- Παραγωγή καταναλωτικών αγαθών
- Παραγωγή ηλεκτρονικών συσκευών ευρείας κατανάλωσης
- Εξαρτήματα αυτοκινήτων, αεροπορίας και ναυπηγίας
- Αμυντικός εξοπλισμός
- Βιομηχανικός εξοπλισμός
- Αρχιτεκτονική
- Οδοντιατρική, Ιατρική, Ιατρικός εξοπλισμός, Ακουστικά βαρηκοΐας
- Πολιτισμός και Αρχαιολογία
- Εργαστήρια Παροχής Υπηρεσιών. Αντίστροφης Μηχανολογίας και Ανακατασκευής Ανταλλακτικών
- Εκπαίδευση
- Κοσμήματα
- Αθλητικά είδη και υπόδηση
- Παιχνίδια, Ψυχαγωγία & Διασκέδαση, Animation
SeparatorBetweenMainTextsΧρήση των προτύπων και οφέλη
Τα εκτυπωμένα πρωτότυπα αρχικά προσφέρουν μια εντυπωσιακή παρουσίαση, είτε είναι ένα νέο καταναλωτικό προϊόν είτε μια αρχιτεκτονική μακέτα. Ακόμα και η κατανόηση πολύπλοκων εννοιών γίνεται ταχύτερη και ευκολότερη. Είναι ένα πραγματικό εργαλείο για την προώθηση του σχεδίου στον πελάτη και την έρευνα του αντίκτυπου που έχει η παρουσίαση αυτού,σε ένα ευρύ κοινό.
Τα οφέλη όμως από τη χρήση της ταχείας πρωτοτυποποίησης είναι πολύ πιο σημαντικά και πολλαπλά για μια επιχείρηση. Η συνεχής βελτίωση και έλεγχος του μοντέλου πριν κατασκευαστεί το καλούπι σημαίνει ότι υπάρχουν λιγότερα σφάλματα των οποίων η επιδιόρθωση θα είναι δαπανηρή και χρονοβόρα.
Πιο συγκεκριμένα, τα οικονομικά οφέλη και η εξοικονόμηση χρόνου της χρήσης ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή προέρχονται από:
- Τους ελέγχους και δοκιμές των μοντέλων
- Την βελτίωση του σχεδίου πριν την παραγωγή και την ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων
- Την αναγνώριση των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων
- Την αύξηση της παραγωγικότητας και της δημιουργικότητας – περισσότερα σχέδια και πειράματα με νέα προϊόντα
- Τη συντομότερη εισαγωγή ενός προϊόντος στην αγορά (ανταγωνιστικό πλεονέκτημα)
- Τον αισθητά μικρότερο χρόνο του κύκλου σχεδιασμού
- Τη συντομότερη λήψη των αποφάσεων
- Το κύρος και την προβολή της εταιρείας
Καλούπια παραγόμενα με τη βοήθεια της ταχείας πρωτοτυποποίησης
Η ταχεία πρωτοτυποποίηση δεν χρησιμοποιείται όμως μόνο για την ανάπτυξη προϊόντων, έχει και έναν πιο παραγωγικό χαρακτήρα που οι περισσότεροι δεν γνωρίζουν. Τα μοντέλα που εκτυπώνονται μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίσης ως καλούπια ή για την κατασκευή καλουπιών για μια μικρή παραγωγή προϊόντων και εργαλείων.
Κάποιες από τις τεχνικές που χρησιμοποιούνται ευρέως είναι οι ακόλουθες:
- Reaction Injection Molding (RIM): Δημιουργία καλουπιού σιλικόνης από το πρωτότυπο και εν συνεχεία παραγωγή με την χρήση συστήματος έγχυσης ρητινών.
- Rapid Tooling: Χρήση του εκτυπωμένου μοντέλου ως καλούπι για την παραγωγή προϊόντων σιλικόνης.
- Vacuum Forming: Το πρωτότυπο χρησιμοποιείται ως καλούπι για την διαμόρφωση υπό κενό π.χ. πλαστικού συσκευασίας.
- Sand Casting: Δημιουργία του αποτυπώματος του πρωτότυπου σε καλούπι από άμμο, στο οποίο γίνεται χύτευση μετάλλου.
- Jewelry Molds Using VLT (Very Low Temperature) Rubber: Καλούπι το οποίο δημιουργείται από το πρωτότυπο και εύπλαστο σιλικονούχο ελαστικό.
Δεδομένο είναι τελικά ότι η ταχεία πρωτοτυποποίηση αποτελεί μια ουσιαστική αναβάθμιση για μια επιχείρηση, όχι μόνο οικονομικά, δημιουργικά και παραγωγικά αλλά και ως μοχλός της έρευνας και της ανάπτυξης.
*Ο κ. Αθανάσιος Γιαννέλης εργάζεται στην QCONTROL – Quality Solutions.
