بیشتر کسانی که در کارگاههای برشکاری و کارخانه های فلز کار می کنند بدون شک با دستگاه CNC آشنا هستند. فرآیندی که شامل یک اسپیندل، مقداری ماده خام و سر و صدای زیاد است. اما فرزکاری CNC پنج محوره کشفی جدید و با ارزش است.
آنچه در این مقاله در مورد آن صحبت خواهد شد فرزکاری CNC پنج محوره و مقایسه آن با پرینتر سه بعدی فلز است. تفاوت CNC پنج محور با نوع معمولی در قدرت گردش محورهای اضافه است.
«سی ان سی»، فرآیندی است که در آن یک ابزار برش به صورت سیستمی موادی را حذف میکند تا به یک هندسه نهایی دست پیدا کند. در این فرآیند کاهشی، یک کامپیوتر وظیفه تبدیل طراح سه بعدی CAD به محور مختصات سه گانه را به عهده دارد. این مختصات به دستورالعمل هایی تبدیل می شوند که به ابزار برش ارسال می شوند تا این ابزار با حذف و بریدن مواد، جسم نهایی را تولید کند.
فرآیند Computer Numerical Control که به اختصار آن را CNC می خوانند، به سیستمی گفته می شود که در آن یک سر ابزار در مسیرهای از پیش تعیین شده حرکت می کند و کارهایی مانند دریل، برش، پرینت یا فرزکاری را انجام می دهد.
در بین انجمن های سازندگان، اغلب از CNC برای اشاره به فرزکاری CNC استفاده می شود، فرآیندی که در آن از یک اسپیندل به عنوان سر ابزار استفاده می شود. با این وجود، بد نیست بدانید که CNC می تواند به عملیات های دیگری غیر از فرزکاری نیز اطلاق شود.
پیشنهاد میکنیم مطلب تکمیلی مقایسه دستگاه برش CNC با چاپگر سه بعدی را نیز مطالعه کنید.
توضیح ساده فرزکاری CNC پنج محور
اگر بخواهیم ساده بگوییم، دستگاههای CNC با پنج محور در واقع مدلی پیشرفته از دستگاه های معمولی حکاکی هستند که در آنها ابزار برش در پنج محور متفاوت حرکت میکند. تنها با این آزادی حرکت است که این دستگاه میتواند هندسه های پیچیده را تولید کند. دستگاههای CNC معمولی سه محوره، که طرفداران زیادی هم دارند، نمی توانند اسپیندل برش را در هر جهتی حرکت دهند. برای مثال، این دستگاه ها بدون دخالت و تنظیماتِ دستیِ مواد خام در حین انجام فرآیند، قادر نیستند حفره ها و برآمدگی های جانبی را تولید کنند.
متریال های معمول فرزکاری CNC
- فیبر کربن
- آلومینیوم
- تیتانیوم
- چوب (برای مصارف هنری و طراحی)
- پلاستیکها
دستگاههای CNC پنج محوره به این دلیل که قابلیت ساخت قطعات پیچیده از متریالهای قوی و با دوام را دارند، در صنعت هوا و فضا (که به قطعات قدرتمند نیاز دارد)، برای تولید و نمونه سازی استفاده میشوند.
فراتر از سه محور
ممکن است خوانندگانی که با ریاضیات آشنا هستند این سوال برایشان پیش بیاید که این دو محور اضافی از کجا آمده اند. خب میدانیم که سیستم مختصات دکارتی تنها سه محور دارد: محور های X، Y و Z. اما مسئله بسیار ساده است، در CNC های پنج محوره یک محور چرخشی به دور هر یک از محور های X و Y اضافه می کنند.
تصویر بالا شش محور را نشان میدهد. چرخش به دور محور عمودی Z نیز در برخی دستگاه ها وجود دارد اما در واقع دستگاه های فرزکاری CNC شش محوره بسیار نادر هستند زیرا افزودن محور ششم سود چندانی ندارد.
پنج محور در دنیای سه محوره
دو روش مکانیکی وجود دارد که دستگاه های برش CNC می توانند به توانایی پنج محور خود دست پیدا کنند:
- سر ابزار چرخنده
- حرکت میز ( و بلوک متریال)
دستگاه هایی که سر چرخنده دارند، همانطور که از نام آنها پیدا است، می توانند سر ابزار را به دور بلوک متریال بچرخانند تا به فضاهای تنگ از زوایای مختلف دسترسی داشته باشند. یکی از مزایای این روش این است که می توان اجسام بزرگ و سنگین را ماشینکاری کرد زیرا بلوک متریال در طول فرآیند ثابت می ماند.
از طرف دیگر، دستگاه هایی هستند که جسم روی میز را حرکت می دهند و به آنها Trunnions (مفصل یا سرمحور افقی) هم گفته می شود. این دستگاه ها با چرخاندن میزی که متریال روی آن قرار دارد می توانند از دو محور اضافی خود آزادانه استفاده کنند. مزیت این روش در سرعت و استحکام است، اگرچه قطعات بسیار سنگین و بزرگ فلزی را در این روش نمی توان چرخاند.
دنیای پیچیده پنج محور
اما فرزکاری CNC پنج محوره پیچیدگیهایی هم دارد. بخصوص زمانی که میخواهید اجسام را برش دهید. برای مثال، بین دو روش استفاده شده برای دستیابی به توانایی های پنج محور تفاوت هایی وجود دارد:
- روش پیوسته
به این صورت است که تنظیماتی پیوسته برای ابزار برش در پنج محور انجام می شود تا نوک ابزار در حالتی بهینه عمود بر سطح قرار بگیرد.
- روش دو بعلاوه سه:
اما در طرف مقابل، در روش 3 + 2، قطعه در زاویه مشخصی که توسط محور های اطراف X و Y تعیین شده است قفل می شود، تا سر ابزار در سه محور کار برش را انجام دهد.
- مقایسه روش پیوسته با روش 3 + 2
شاید برایتان سوال باشد که مزیت اصلی روش پیوسته در چیست؟ سرعت. وقتی نیازی ندارید که هر بار برای تغییر زاویه عملیات برش را متوقف کنید؛ یعنی در روش CNC پنج محوره پیوسته، سرعت کار بیشتر است.
- قطعات تولیدی با CNC امکان استفاده مستقیم را فراهم میکند
لازم به ذکر است که در این روش به دلیل حرکت پیوسته سر ابزار، قطعات متحرک بیشتری درگیر می شوند که این باعث سایش بیشتر می شود و امکان تصادف و خرابی را بیشتر می کند. بنابراین این روش از نظر مکانیکی و برنامه ریزی برای انجام یک عملیات موفق، پیچیده تر است.
این باعث می شود یک مسئله مهم در دنیای پنج محوره مشخص شود: برخورد. با وجود ابزارهای برش سنگین و تکه های متریالی که با سرعت زیاد به هوا پرتاب می شوند، این امر بسیار مهم است که مطمئن شویم این چیزها به هم برخورد نمی کنند. اما این که به یک دستگاه آموزش دهید تا هر چیزی را در فضای سه بعدی تعقیب کند نیاز به یک چالش برنامه نویسی بزرگ دارد.
نرم افزار جانبی
حالا که صحبت از چالش برنامه نویسی شد به این نکته بپردازیم که تبدیل یک طراحی سه بعدی از فایل نرم افزار CAD به یک الگوی فیزیکی خودش یک شاهکار مهندسی است. تنها بعضی از ابزار های نرم افزارهای پیشرفته می توانند در دنیای واقعی نتایج خوبی تولید کنند.
مقایسه دستگاه CNC پنج محوره با پرینتر سه بعدی
نشان دادن شباهت های فرزکاری CNC پنج محوره با پرینت سه بعدی چندان کار سختی نیست. پس شاید برای شما جالب باشد که مقایسه این دو فرآیند چگونه خواهد بود. کوتاه ترین جواب این است که پرینتر سه بعدی و CNC مکمل هم هستند تا این که جایگزین هم باشند. از CNC برای تولید قطعات بسیار قوی و سخت استفاده می شود تا سریعا استفاده شوند درحالیکه چاپگر سه بعدی قطعات بسیار پیچیده، توخالی یا در حالت اسمبل کامل را ساخته و برای تست محصول بکار میروند؛ بنابراین استحکام لازمه برای استفاده نهایی را ندارند.
دستگاههای سی ان سی پنج محوره، میتوانند با سرمته یا لیزر برش دهنده هم کار کنند. CNC پنج محوره کاربرد اختصاصی صنعتی دارد و قطعات پس از ساخت مستقیما در ماشینها قابل استفاده خواهند بود درحالیکه قطعات چاپگر سه بعدی حتی در انواع متریال فلز استحکام کمی داشته و بیشتر برای تست محصول اولیه بکار میروند.
مقایسه CNC با پرینتر سه بعدی
خلاصه مطلب این است:
- ماشینهای حکاکی و برش و انواع چاپگرهای سه بعدی لیزری همگی در فرآیند تولید، متریال زیادی مصرف می کنند و دور ریز زیادی خواهند داشت.
- خرده مواد برشکار سی ان سی قابل فروش بعنوان بازیافت را دارد
- بخشی از پودر متریال پرینتر سه بعدی لیزری میتواند دوباره استفاده شود.
- با پیشرفت هر چه بیشتر تکنیکهای پرینت سه بعدی فلزی، زمان ساخت در حال کاهش است (این فناوریهای هنوز در ایران عمومی نشده اند) و حتی در کشورهای صنعتی نیز هنوز در حال توسعه بوده و گران هستند.
- پرینت3بعدی فلزی نیاز به عملیات پس از پرداخت دارد (شامل مرحله استحکام دهی و تمیزکاری).
- فناوری های چاپ سه بعدی متریال فلز فرآیندی افزایشی و سی ان سی پنج محور، تکنیکی کاهشی است.
- در فرزکاری CNC نیز گاهی نیازمند پرداختکاری پس از ساخت خواهید بود.
- قطعات پرینت فلزی مقاومت کمتری نسب به CNC دارند.
- چاپگرهای سه بعدی میتوانند یک قطعه کاملا یکپارچه توخالی با پیچیدگی بسیار زیاد را در یک فرآیند بسازند.
- ریخت و پاش، مصرف برق و صدای دستگاه CNC پنج محوره بسیار زیاد است.
- چاپگر سه بعدی فلز مصرف برق کمتر و کارکرد تمیزتر و بی صدایی دارد.
- پرینتر سه بعدی قادر است چنین قطعه یکپارچه، توخالی و ظریفی را تولید کند.
در پرینت سه بعدی لیزری، برای تولید یک قطعه و بدون توجه به اندازه آن، تمام حجم مخزن باید از پودر پر شود. به دلیل این که تمام مخزن در طول پرینت در معرض حرارت قرار میگیرد، همه مواد باقی مانده را نمیتوان دوباره استفاده کرد. بنابراین، پرینتها را باید طوری پشت سر هم برنامه ریزی کرد که استفاده از حجم پودر به حداکثر رسانده شود و از فضای استفاده نشده کاسته شود زیرا بخشی از این پودر به راحتی هدر می رود.
فرزکاری CNC بصورت کلی چندان محدودیتی ندارد. تنها کافی است که یک بلوک متریال به اندازه مدل نهایی داشته باشید تا اضافه های آن برش داده شده و هندسه نهایی تولید شود. اگر اندازه متریال با مدل نهایی یکسان باشد، موادی که هدر می رود بسیار اندک خواهد بود. جدا از این، در برخی از متریال های CNC مانند آلومینیوم، موادی که برش خورده را می توان جمع کرد و دوباره استفاده کرد (البته شرکتهای تولید کننده چاپگر سه بعدی فلز نیز به تازگی امکان استفاده مجدد بخشی از پودر را فراهم کرده اند).
یک نکته درباره فناوری چاپگر سه بعدی فلزی
از روش های پرینت سه بعدی فلزی که در کشورهای صنعتی عمومیت یافته اند، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- Selective Laser Melting یا SLM
- Electron Beam Melting یا EBM
- Direct Energy Deposition یا DED
- Cold Spray Metal 3D Printing یا پاشش سرد فلز
- Atomic Diffusion Additive Manufacturing یا ADAM یا Metal FFF که بر اساس رشته فیلامنتی فلزی و نازل کار میکند و متریال بسیار ارزان تری دارد.
آینده پنج محوره
آینده CNC پنج محوره زمانی است که یک بلوک مواد اولیه را در دستگاه قرار دهید و تمام! چند ساعت بعد قطعه آماده را تحویل بگیریم. در حال حاضر، قطعه های ماشینکاری شده پس از پایان برش هنوز نیاز به فرآیندهای دیگری دارند و این کار دستی باعث می شود زمان تحویل قطعه نهایی به طول بیانجامد. بنابراین، امکان خودکار شدن بیشتر در دنیای CNC پنج محوره می تواند هیجان انگیز باشد.
با این وجود، این تکنولوژی حیرت انگیز در حال حاضر هم کارهای شگفت انگیزی انجام می دهد. می توانید تعدادی ویدیو از کارهای فوق العاده ای که این دستگاه ها انجام می دهند را در اینترنت ببینید و آن وقت است که آرزو می کنید کاش چند هزار دلار یا چند میلیون تومان پول داشتید تا یکی از این دستگاه ها برای خودتان می خریدید!
مصرف کنندگان CNC پنج محوره
شرکتها و کارگاههای بزرگ حوزه فلز، قالبسازی و صنایع ریخته گری با توجه به رشد فناوریها باید برای خرید دستگاههای حرفه ای سی ان سی 5 محوره فکر کنند. ممکن است در ابتدا هزینه گزاف آن به چشم بیاید ولی تجربه ثابت کرده است که بازدهی تدریجی آن در روند ساخت بسیار سودمند خواهد شد.
بهترین برنامه ریزی برای شرکتهای بزرگ حوزه صنعت که مشکل بودجه ندارند استفاده همزمان از پرینتر سه بعدی برای ساخت قطعات کانسپت با هزینه کم و در کنار آن تولید قطعات نهایی با استحکام بالا بوسیله برش پنج محوره است.
اگر شما یک سازنده متوسط با بودجه محدود هستید، ممکن است از نداشتن دستگاه CNC پنج محوره تاسف بخورید (از مدلهای صنعتی آن برای تولید قطعات پیشرفته ای استفاده می شود که هم پیچیده هستند و هم باید خیلی خیلی قوی باشند). با این حال، نیازی به ناراحتی نیست؛ دستگاه CNC سه محوره هم کارتان را راه می اندازد و در همه جا عمومیت دارند. اگر اصرار به داشتن CNC پنج محور دارید میتوانید با جستجوی کلماتی مثل «DIY 5 Axis CNC» در گوگل، راهنماهای متعددی برای ساخت «مدلهای ارزان سی ان سی پنج محوره» بیابید؛ برای اشخاصی که دستی در مهندسی دارند و با شرایط تورمی فعلی کشور و تحریمهای شدید، خرید دستگاههای سی ان سی پنج محوره بسیار سخت شده است، شاید این روش مناسب تر باشد.
***
لطفا مطالب تکمیلی خود درباره دستگاههای سی ان سی پنج محوره را در پایین صفحه کامنت نمایید.
سلام، آیا شما قادر به ساخت دستگاه پرینتر سه بعدی هستید؟
با سلام ما سازنده و فروشنده چاپگر سه بعدی ایرانی با گارانتی هستیم .
ممنون از از شما بخاطر مقاله خوبتون
تشکر
سلام. چرا قیمت نمیزارید؟
با سلام – این یک مقاله کوتاه در توضیح دستگاه سی ان سی پنج محوره است . ما فروشنده چنین دستگاهی نیستیم. بنابراین کمیابی چنین دستگاهی در ایران و قیمت هم با توجه به نوسانات شدید بازار منطقی به نظر نمیرسد.