آیا در مورد دوقلوهای دیجیتال شنیده اید؟ این ایده برای اولین بار در دهه 1960 به عنوان راهی برای ایجاد یک مدل زنده از ماموریت آپولو به منظور کمک به ارزیابی شکست مدل فیزیکی این دستگاه با اجزای دیجیتال توسعه یافت. این ایده از آن زمان به طور قابل توجهی توسعه پیدا کرده است، اما هسته اصلی آن یکسان باقی مانده است. در اصل، دوقلوی دیجیتال یک مدل مجازی است که به طور خاص برای انعکاس دقیق یک شی فیزیکی طراحی شده است. نه تنها این، بلکه به گفته IBM، یک دوقلوی دیجیتالی را می توان به عنوان «نمایشی مجازی از یک شی یا سیستمی در نظر گرفت که چرخه حیات خود را میگذراند، با داده های لحظه به لحظه به روز می شود و از شبیه سازی، یادگیری ماشینی و استدلال برای کمک به تصمیم گیری استفاده می کند». اگرچه اغلب با مدل‌سازی اشتباه گرفته می‌شود، اما دوقلوهای دیجیتال فراتر از آن هستند. استفاده از الگوریتم‌ها و عملکردهای ریاضی در دوقلوهای دیجیتال بخش مهمی است که به کاربران امکان می‌دهد رفتار قطعات را پیش‌بینی کنند، مانند قطعاتی که با چاپ سه بعدی ساخته شده‌اند.
آنها جایگاه خود را در کاربردهای مختلف از تولید گرفته تا پزشکی و حتی طراحی داخلی پیدا کرده اند. علاوه بر این، آنها به طور فزاینده ای در تولید مواد افزودنی استفاده می شوند. اگرچه با توجه به این داده که ارزش بازار دوقلوی دیجیتال قبلاً در سال 2022، ارزشی حدود 6.9 میلیارد دلار تخمین زده شد و بر اساس آمار تا سال 2027 به حدود 73.5 میلیارد دلار افزایش می‌یابد، شاید این حجم از استفاده تعجب‌آور نباشد. اما چرا دقیقاً از دوقلوهای دیجیتال در پرینت سه بعدی استفاده می کنیم؟
استفاده از دوقلوهای دیجیتال در پرینت سه بعدی
دوقلوهای دیجیتال و تولید مواد افزودنی هر دو نقشی کلیدی در Industry 4.0 دارند. با این حال، تنها در سال های اخیر است که این دو شروع به ادغام شدن کرده اند. هنوز توجه به این نکته مهم است که بسیاری از مطالعات مختلف نشان داده اند که چاپ سه بعدی به طور کلی برای استفاده از دوقلوهای دیجیتال مناسب است. چرا؟ زیرا ماهیتا، تولید افزودنی نیز دیجیتال است. از طراحی آنلاین گرفته تا نرم‌افزار برش‌کاری تا برنامه‌هایی که در طول فرآیند چاپ نظارت می‌کنند، اتوماسیون و هوش مصنوعی هم به همین دلیل در AM جا پیدا کرده است.
اما چگونه از آنها استفاده می کنیم؟ خوب، اجازه دهید ابتدا روند ادغام دوقلوهای دیجیتال در پرینت سه بعدی را بررسی کنیم. همانطور که قبلا ذکر شد، یک دوقلو دیجیتال به عنوان یک مدل سه بعدی شروع می شود. این را می توان از طریق CAD یا نرم افزار طراحی مولد انجام داد. علاوه بر این، اسکن سه بعدی نیز به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرد زیرا مدل کاملی از قطعه مورد نظر ایجاد می کند. فراتر از طراحی اولیه، تعدادی برنامه‌ی نرم افزاری موجود در بازار وجود دارد که به طور خاص برای کار با دوقلوهای دیجیتال از جمله برای چاپ سه بعدی طراحی شده اند. به عنوان مثال Siemens یا Simio یا Netfabb. ناگفته نماند، به راحتی می توان تصور کرد که چگونه می توان از این تکنولوژب برای کاربردهایی مانند مهندسی معکوس قطعات یدکی به دلیل توانایی آن در بازآفرینی واقعی محصولات استفاده کرد.
در نهایت، چند شکل مختلف وجود دارد که دوقلوهای دیجیتال می توانند داشته باشند، بنابراین باید آنها را نیز در نظر گرفت. طبق یک گزارش، دوقلوهای دیجیتال را می توان به چهار دسته برای تولید افزودنی تقسیم کرد. دوقلوهای دیجیتال فرآیندی؛ تجهیزات دوقلوهای دیجیتال; دوقلوهای دیجیتالی تسهیلات; و محصولات دوقلوهای دیجیتال. همانطور که از نام آنها پیداست، آنها بخش‌های مختلفی را در یک فرآیند تولید هدف قرار می دهند. دوقلوهای دیجیتالی فرآیندی را می توان برای تکرار نسخه دیجیتالی فرآیند چاپ سه بعدی به منظور کمک به طراحی، تولید و نگهداری استفاده کرد. به طور مشابه، تجهیزات دوقلوهای دیجیتال می توانند چاپگرها را شبیه سازی کنند و اطلاعات مهمی را برای اموری مانند تعمیر و نگهداری ارائه دهند. دوقلوهای دیجیتالی تسهیلات ترکیبی از دو مورد اول هستند، اما در مقیاس بزرگتر، کل بخش کارخانه را در بر می گیرند. آخرین مورد و آنچه که در این مطلب به آن خواهیم پرداخت، محصولات دوقلوهای دیجیتالی، بازنمایی از یک محصول هستند و بخشی از آن را قادر می‌سازد تا برای پیش‌بینی عملکرد، بهینه‌سازی، آزمایش، طراحی و تجزیه و تحلیل شود.
چرا دوقلوهای دیجیتال را در AM ادغام کنیم؟
مزایای زیادی برای ترکیب دوقلوهای دیجیتال با چاپ سه بعدی وجود دارد. به ویژه در مورد کنترل کیفیت قطعات. اگرچه AM نسبت به نقطه‌ی شروع خود به عنوان روشی برای پروتوتایپینگ سریع، تغییرات زیادی کرده است، با بیشتر شدن قطعات نهایی، کنترل کیفیت همچنان یک مسئله‌ی حائز اهمیت است. در واقع، به دلیل ماهیت خود، AM اغلب به آزمایشات گسترده برای اطمینان از پارامترهای صحیح برای جلوگیری از خرابی چاپ نیاز دارد. اما این در تضاد مستقیم با دو مزیت AM یعنی کاهش هزینه و مواد است.
خوشبختانه، از طریق استفاده از دوقلوهای دیجیتال، می توان این مشکل را برطرف کرد. دوقلوهای دیجیتال به کاربران این امکان را می دهند که به لطف جریان مداوم داده ها، به طور مستقیم پارامترها را ارزیابی کنند. این به نوبه خود امکان بهینه سازی پارامترهای گفته شده را بدون نیاز به آزمایش فیزیکی فراهم می کند. علاوه بر این، با دوقلوهای دیجیتال، نظارت در زمان واقعی در سراسر فرآیند چاپ سه بعدی امکان پذیر است که امکان دقت بیشتر برای چاپ نهایی را فراهم می کند. این از لحاظ کنترل کیفیت AM را قابل اطمینان تر می کند. این امر به ویژه در مورد فرآیندهای صنعتی مهم است، از جمله برای تولید افزودنی فلز از طریق روش هایی مانند فرآیند بستر پودر لیزر، زیرا می تواند استحکام را نیز افزایش دهد.
علاوه بر این، همانطور که در بالا توضیح داده شد، دوقلوهای دیجیتال فقط برای قطعات منفرد استفاده نمی شوند. در واقع می توان آنها را برای کل یک طبقه کارخانه ساخت. این امر صنعتی شدن را به ویژه برای تولید مواد افزودنی امکان پذیرتر می کند زیرا مزارع چاپگرهای سه بعدی را می توان نه تنها در سطح فردی، بلکه در کل طبقه برای تولید موثرتر بهینه کرد. این بدان معنا نیست که همه‌ی چالش‌ها برطرف میشوند. تعریف و توسعه واقعی یک دوقلو دیجیتال هنوز بسیار دشوار است، با این حال، هرچه بیشتر از دوقلوهای دیجیتال و پرینت سه بعدی در تکمیل یکدیگر استفاده شود، سریعتر بر این موانع غلبه خواهد شد. مطمئناً دیدن سیر تحول این دو تکنولوژی در کنار یکدیگر ببینیم جالب خواهد بود.
منبع: 3Dnatives
دیدگاه خود را بنویسید