ساخت یکپارچه قطعات کمپرسور­های گازی با فناوری چاپ سه‌بعدی

به گزارش می متالز، غلامرضا فیاض، مجری طرح، چاپ سه‌بعدی در حوزه قطعات فلزی یا ساخت افزایشی را، تولید قطعات فلزی برای کاربردهای خاص و بر اساس تقاضا (Print on Demand) تعریف کرد و گفت: در این رابطه و همسو با انقلاب صنعتی چهارم فعالیت تحقیقاتی گسترده‌ای از قریب به 8 سال پیش در دانشگاه تفرش آغاز شد.

وی با بیان اینکه گزارش فعالیت­‌های تحقیقاتی این گروه در مجله معتبر Additive Manufacturing (ساخت افزایشی) چاپ شده است، کاربردهای چاپ سه‌بعدی در قطعات  فلزی را شامل ساخت یکپارچه  قطعات کمپرسورهای گازی و نیز صنعت توربین­‌سازی دانست و اضافه کرد: صنعت کمپرسورسازی و توربین‌سازی از جمله صنایعی هستند که فناوری ساخت آن­ها تنها در اختیار  شرکت­های بزرگ جهانی قرار دارد.

عضو هیات علمی دانشگاه تفرش در خصوص کمپرسورهای گازی گفت: این کمپرسورها یکی از پیچیده‌­ترین تجهیزات مورد نیاز صنایع به‌ویژه صنعت نفت هستند و در صنایع گاز و پتروشیمی نیز کاربرد دارند.

فیاض ضمن اشاره به انتقال گاز به خانه­‌ها از طریق کمپرسور، پره‌های این قطعه را دارای یکی از پیچیده‌­ترین روش‌­های ساخت دانست و خاطرنشان کرد: این پره‌­ها باید به صورت یک‌تکه ساخته شود.

وی با اعلام اینکه تاکنون برخی برای ساخت یک‌تکه کمپرسور گاز پتنت ارائه کرده‌­اند، این موضوع را بسیار مهم دانست و توضیح داد: ساخت پره‌های کمپرسور به صورت قطعات مجزا و اتصال آن­ها به یکدیگر از طریق جوش مشکل‌ساز است؛ این از آن رو است که جوش باعث تغییر شکل (Deformation) آنها  می­‌شود.

عضو هیات علمی دانشگاه تفرش علت مشکل‌­ساز بودن ساخت کمپرسور در قطعات مجزا را سرعت حرکت با دور زیاد این پره­‌ها عنوان کرد و افزود: بر این اساس روش ساخت افزایشی یکی از بهترین روش­‌های  ساخت پره‌های کمپرسور گازی به شمار می­‌آید.

فیاض سپس به ارائه توضیحاتی درباره چاپ سه‌­بعدی پرداخت و تشریح کرد: مهم­ترین ویژگی این نوع چاپ، ماهیت افزایشی آن یا همان شکل­‌دهی به قطعات است. در این زمینه می­‌توان به مثال تزئین کیک با خامه قنادی اشاره کرد.

وی با بیان اینکه ساخت افزایشی ایده اولیه چاپ سه­‌بعدی است، ادامه داد: در این نوع ساخت جسم مورد نظر از طریق "افزودن لایه لایه" ساخته می‌­شود؛ چنان که در درست کردن کیک یا تزئین آن نیز از همین تکنیک استفاده می­‌شود.

عضو هیات علمی دانشگاه تفرش تصریح کرد: در این تکنیک ابتدا جسم را که متشکل از ماده تشکیل­‌دهنده آن است به صورت روان یا مایع درآورده و سپس به آن شکل می­‌دهیم.

فیاض، منبع حرارتی روان‌سازی قطعه مورد نظر را لیزر عنوان کرد و تأکید کرد: لیزر از دقت بالایی برخوردار است.

وی خاطرنشان کرد: در ساخت پره توربین جت یا پروانه کمپرسور گازی، پودر فلزی که جنس این پره‌ها است به کمک منبع حرارتی (لیزر) ذوب شده و به آن شکل داده می‌شود.

عضو هیات علمی دانشگاه تفرش با بیان اینکه قطعه مورد نظر بعد از شکل­‌دهی سرد و خشک می‌شود، اضافه کرد: در این مرحله اصطلاحاً انجماد یا Solidification رخ می­‌دهد.

فیاض خاطر نشان کرد: از آنجایی که تکنیک مورد نظر به صورت رباتیک (به وسیله ربات) و با ماشین CNC انجام می‌شود، شکل قطعه حاصل شده همانند شکل پره توربین است.

وی تولید قطعات فلزی به‌ویژه برای کاربردهای خاص و بر اساس تقاضا (POD) را برگرفته از صنعت چاپ و نشر دانست و توضیح داد: در صنعت چاپ دیجیتال امکان چاپ و نشر بر اساس تقاضا محقق شده است. این در حالی است که در صنایع نفت و گاز زیاد اتفاق می­‌افتد که قطعاتی را خریداری و در انبارها نگهداری کنند؛ به کمک صنعت چاپ سه‌­بعدی می‌توان قطعات فلزی مورد نیاز را برحسب تقاضا ساخت.

عضو هیات علمی دانشگاه تفرش با بیان اینکه در صورت محقق شدن این امر موضوع انبارداری که در رابطه با نگهداری قطعات و تجهیزات صنعتی مطرح است به کلی حذف می‌­شود، از بهره­‌برداری از نخستین اتومبیل ساخته شده به وسیله تکنیک چاپ سه‌­بعدی در سال 2025 خبر داد و افزود: در حال حاضر شرکت جنرال الکتریک موفق به چاپ سه­‌بعدی موتور جت شده است.

فیاض، موضوع فوق را به تحقیق چاپ شده وورد اکونومیک (World Economic) ارجاع داد و اظهار کرد: بر اساس این تحقیق 84.1 درصد از 800 متخصص تکنولوژی معتقد به محقق شدن چاپ 3 بعدی یک اتومبیل کامل تا سال 2025 هستند. این در حالی است که 81.1 درصد این متخصصان معتقد هستند تا سال 2025  چاپ سه‌­بعدی 5 درصد تمام محصولات مصرفی دنیا محقق می‌­شود.

وی در همین رابطه افزود: تا سال 2025 ، 10 درصد پوشش‌های (لباس‌ها) مردم به اینترنت متصل می‌شوند و حتی امروزه ساعت‌های متصل به اینترنت فراگیر شده‌اند.

عضو هیات علمی دانشگاه تفرش تکنولوژی cladding یا laser cladding را پایه و اساس ساخت افزایشی و چاپ 3 بعدی قطعات حساس عنوان کرد و ادامه داد: از آن جایی که ساخت به روش‌­های مذکور از طریق ربات و ماشین­‌های CNC انجام می­‌شود، طراحی و تعیین صحیح مواردی همچون قطر لیزر، جنس قطعه و ... دارای اهمیت بوده و در چنین صورتی، ساخت قطعه نیز بدون اشکال انجام خواهد شد.

فیاض با اعلام اینکه کار تحقیقاتی انجام شده در دانشگاه تفرش به پایان رسیده و نیاز است که به مرحله عملیاتی برسد، بر لزوم سرمایه­‌گذاری در زمینه امکانات و تجهیزات مورد نیاز در این صنعت تأکید و خاطرنشان کرد: در دانشگاه نمی‌­توان کارخانه ساخت.

وی با اشاره به اینکه طرح مورد نظر هنوز ثبت پتنت نشده، اما در قالب گزارش در مجله معتبر "ساخت افزایشی" به چاپ رسیده است، گام بعدی محققان این طرح را ثبت پتنت برشمرد و اضافه کرد: طرح حاضر آماده بهره‌برداری در صنعت نفت است.

عضو هیات علمی دانشگاه تفرش سخت‌کاری فلزی را مورد نیاز صنایع دانست و در این باره توضیح داد: در لوله‌ها و تجهیزات فلزی پالایشگاه‌ها و پتروشیمی‌ها مواد خورنده در جریان است. این مواد باید با توجه به نوع خاص خورندگی موجود، ضد خوردگی شود.

فیاض با بیان اینکه صنعت ساخت قطعات خودرو و نیز تمام قطعات فلزی دارای ارزش بالا در حال حرکت به سمت چاپ سه‌بعدی است، به بهره‌مندی محققان این طرح از شبیه‌سازی (simulation) ابررایانه دانشگاه تفرش اشاره کرد و گفت: این نوع شبیه‌سازی از نوعی است که روی دستگاه CNC نصب می‌شود؛ به عبارتی شبیه‌سازی که به برنامه کاربردی دستگاه‌های CNC تبدیل شده، بر روی دستگاه نصب می‌شود و ربات، دیتای مورد نظر خود را از آن برداشت می‌کند.

بر پاه این گزارش، انقلاب صنعتی چهارم که اصطلاحاً به آن سایبرفیزیکال سیستم می­‌گویند، ناظر بر اضافه شدن محاسبات به سیستم‌های فیزیکی یا در کلام دیگر دسترسی اشیاء به اینترنت و تعامل سازنده آن­ها با یکدیگر است. این در حالی است که اینترنت تاکنون تنها تعامل و ارتباط بین انسان­‌ها را فراهم آورده است.

به دنبال اینترنت دار شدن اشیاء و وصل شدن شبکه­‌های مختلف به یکدیگر، چیزی به نام شهر هوشمند حاصل می­‌شود که دارای حمل و نقل هوشمند، انرژی هوشمند، ساختمان‌­های هوشمند، تکنولوژی هوشمند و صنعت هوشمند است. در چنین شهری تعمیر و نگهداری، بازرسی، ایمنی، تولید، خدمات، خدمات بعد از فروش و ... نیز به صورت هوشمند انجام می‌­شود.

بر این اساس، مهم­ترین دستاورد انقلاب صنعتی چهارم "مدیریت هوشمند منابع بر اساس داده‌­های کلان" (Big Data) است که در نهایت منجر به کاهش هزینه و افزایش راندمان می‌­شود. در حال حاضر کشور ایران نیز در آستانه ورود به انقلاب صنعتی چهارم بوده و بسیاری از مدیران ارشد صنایع مختلف به اراده و عزم کشور برای فراهم کردن بستر­های مناسب، زیربناهای ساختاری و آموزش نیروی انسانی متخصص اشاره کرده‌­اند.

"طراحی و شبیه‌­سازی ساخت یکپارچه قطعات کمپرسور­های گازی" به روش چاپ سه­‌بعدی که ماحصل تلاش 8­ ساله تحقیقات انجام شده در دانشگاه تفرش به سرپرستی دکتر غلام­رضا فیاض است، از لحاظ دستیابی به دانش فنی طراحی و ساخت این قطعات و پایین آمدن هزینه­ تعمیر و نگهداری آن­ها دارای اهمیت بوده و طرحی همسو با انقلاب صنعتی چهارم به حساب می‌­آید.