المدونةالفصل الثانيالتصميم الهندسيالاختبار والتنقيح | الوحدة الثالثة | الدرس الثالث

الاختبار والتنقيح | الوحدة الثالثة | الدرس الثالث

الاختبار والتنقيح

الاختبار والتنقيح هو عنوان الدرس الثالث من الوحدة الثالثة التي تحمل اسم “التصميم والنمذجة الأولية” من مقرر “التصميم الهندسي”.

ستتعرف في هذا الموضوع على كيفية اختبار وتنقيح منتَج مطبوع ثلاثي الأبعاد، ومعرفة أدوات اختبار المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، واستكشاف القيود الشائعة عند اختبار المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد وتنقيحها.

الاختبار والتنقيح

لذا بقراءة أهداف التعلُّم بعناية، ثم أعد قراءتها والتأكُّد من تحصيل محتواها بعد انتهائك من دراسة الموضوع.

أهداف التعلُّم

  • معرفة خطوات اختبار المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
  • تحديد آلية تنقيح المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
  • معرفة أدوات اختبار المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
  • استكشاف القيود الشائعة عند اختبار المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

هيا لنبدأ!

اختبار وتنقيح منتَج مطبوع ثلاثي الأبعاد

تواجه عملية إنشاء النماذج الأولية باستخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد احتمال حدوث أنواع مختلفة من الأخطاء الخاصة بالتصميم وغيرها، وذلك عند الانتقال من التصميمات المنفذّة بمساعدة الحاسب إلى المجسمات الفعلية، ويمكِن أن يؤدي تشخيص المشكلات وتصحيحها في وقت مبكر إلى توفير الوقت والتكلفة قبل الانتقال إلى مرحلة التصنيع باستخدام مواد أكثر تكلفة.

يتيح التصميم السريع للنماذج الأولية إنشاء تصميم واختبار وظائفه وتوثيق مشكلاته، وتحسين تصميمه، وطباعة النسخة التالية من النموذج الأولي دون هدر الوقت والموارد ذات التكلفة المرتفعة.

لمعرفة المزيد من المعلومات عن طباعة ثلاثية الأبعاد، قم بالاطّلاع على الرابط التالي:

طباعة ثلاثية الأبعاد – ويكيبيديا

الاختبار (Testing)

التهيئة للاختبار

لابد أن يتم تجهيز خطة للاختبار قبل البدء بتنفيذ أي اختبار، ويجب أن تحدِّد هذه الخطة الاختبارات والمعايير والمعلومات الأخرى المتعلقة بعملية الاختبار، كما يجب أن تحدِّد الموارد اللازمة للاختبار، كالمواد والمعدَّات والموظفين.

فعلى سبيل المثال، عن تطبيق اختبار لطرف صناعي مطبوع ثلاثي الأبعاد، كما يظهر في الشكل التالي:

الاختبار والتنقيح

يجب أخذ الخطة التالية بعين الاعتبار:

  1. تحديد أهداف الاختبار

الخطوة الأولى هي تحديد أهداف عملية التهيئة للاختبار، وقد يشمل ذلك تقييم التصميم، ووظائف المُنتَج وتجربة المُستخدِم للطرف الصناعي وتحديد العيوب أو المشكلات الفنية التي تحتاج إلى المعالجة.

  1. وضع معايير الاختبار

يجب وضع معايير محدَّدة لاستخدامها في عملية تقييم الطرق الصناعي، وقد يشمل ذلك الجوانب الجمالية، ومستوى راحة المُستخدِم، وفعاليته في تأدية الوظيفة التي تمت صناعته من أجلها، فضلًا عن متانته وسهولة صيانته.

  1. تحديد عمليات الاختبار

يجب تحديد الاختبارات التي ستُجرى لتقييم الطرف الصناعي، وقد يتضمن ذلك تكليف المختبرين بمهام يومية مختلفة، مثل التقاط الأشياء أو الكتابة على لوحة المفاتيح أو صعود السلالم، وذلك أثناء ارتداء الطرف الصناعي.

  1. تحديد موارد الاختبار

يجب تحديد المواد والأدوات والمعدَّات اللازمة لعملية الاختبار، وقد يشمل ذلك الطابعات ثلاثية الأبعاد، وبرامج الاختبار، وكذلك وجود فريق مخبِرين ذوي خبرة.

  1. إنشاء مخطَّط زمني للاختبار

يجب وضع مخطَّط زمني لعملية التهيئة للاختبار، بما في ذلك وقت الاختبار، وتحليل النتائج، وبرامج الاختبار، وتنفيذ أي تغييرات أو تصحيحات ضرورية.

  1. إعداد تقرير للاختبار

بعد الانتهاء من عملية التهيئة للاختبار، يجب إعداد تقرير يوضِّح نتائج الاختبار، ويحدِّد أي مشكلات موجودة أو مجالات يجب تحسينها، ويقدِّم التوصيات بالتغييرات التي يجب إجراؤها قبل طرح الطرف الصناعي للمُستخدِمين.

الاختبار الافتراضي

من الشائع إجراء الاختبار الافتراضي باستخدام عمليات المحاكاة بمساعدة الحاسب، وذلك قبل إجراء الاختبارات الفعلية، وتساعد عمليات المحاكاة في تحديد المشكلات المحتملة في تصميم المُنتَج وأدائه قبل اختباره فعليًا.

على سبيل المثال، يوضِّح الشكل التالي محاكاة لمكوِّن بديل لمفصل صناعي بديل للركبة، يتم إدخاله في بنية عظام المريض، ويشمل الاختبار أيضًا محاكاة الإجهاد والانفعال، وديناميكا الموائع، والتحليل الحراري للأداء، وأنواعًا أخرى من الاختبارات التي تتعلَّق بطبيعة المُنتَج، وتتضمن عملية الاختبار الافتراضي للطرف الصناعي ما يلي:

  1. تطوير بيئات افتراضية:

إنشاء بيئات افتراضية تحاكي السيناريوهات الحقيقية لاستخدام الطرف الصناعي، وقد يشمل ذلك عمليات محاكاة افتراضية للمهام اليومية للإنسان، مثل: المشي، وقيادة السيارة، والجلوس والكتابة.

  1. إجراء الاختبار:

دعوة المُختبِرين إلى استخدام الطرف الصناعي المطبوع ثلاثي الأبعاد في البيئات الافتراضية لأداء مهام محدَّدة تتعلَّق بسيناريوهات الاختبار، وجمع التغذية الراجعة من المُختبِرين حول تجربتهم، بما في ذلك أي مشكلات أو أخطاء واجهوها.

  1. تحليل النتائج:

تحليل نتائج الاختبار لتحديد أي مشاكل أو أنماط غير مرغوبة ظهرت أثناء الاختبار.

الاختبار الفعلي

تتضمن هذه المرحلة إجراء الاختبار الفعلي للنموذج الأولي ثلاثي الأبعاد المطبوع؛ لتقييم أدائه وتحديد أي مشكلات تحتاج إلى المعالجة.

يمكِن إجراء العديد من الاختبارات الفعلية، مثل: اختبارات القوة والمتانة، واختبارات دقة الأداء، والاختبارات البيئية، ويوضِّح الشكل التالي عملية اختبار فعلي لطرف صناعي، وتتضمن ما يلي:

  1. تطوير بيئات الاختبار الفيزيائية:

إنشاء بيئات اختبار فعلية تحاكي سيناريوهات حقيقية سيتم فيها استخدام الطرف الصناعي، وقد يتضمن ذلك إنشاء عوائق أو تحديات يجب مستخدِم الطرف الصناعي تجاوزها، مثل السلالم أو أماكن الحركة غير المستوية.

  1. إجراء الاختبار:

تتم دعوة المُختبِرين إلى ارتداء الطرف الصناعي المطبوع ثلاثي الأبعاد واستخدامه في بيئات الاختبار الواقعية؛ لأداء مهام محدَّدة تتعلق بسيناريوهات الاختبار، ثم يتم جمع التغذية الراجعة من المُختبِرين حول تجربتهم، بما في ذلك أي مشكلات أو أخطاء واجهوها.

  1. تحليل النتائج:

يتم تحليل نتائج الاختبار لتحديد أي مشكلات أو أنماط غير مرغوبة ظهرت أثناء الاختبار، وقد يتضمن ذلك استخدام معدَّات اختبار متخصصة لقياس أداء الطرف الصناعي وملاءمته للبيئة وللمُستخدِم.

الاختبار والتنقيح

بإمكانك مراجعة محتوى موضوع “الاختبار والتنقيح” من بدايته وحتى نهاية هذا القسم، من خلال الرابط التالي:

تنقيح المُنتَج المطبوع ثلاثي الأبعاد (Refining a 3D Printed Product)

تعدُّ مرحلة التنقيح في تطوير المُنتَج المطبوع ثلاثي الأبعاد خطوة حاسمة في هذه العملية، حيث تتم خلال هذه المرحلة مراجعة تصميم المُنتَج وتحسينه بناءً على التغذية الراجعة من عمليات الاختبار والتقييم، وفيما يلي سيتم عرض مراحل تنقيح المُنتَج المطبوع:

  • صَّقل الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد

تعدُّ عملية صقل الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد خطوة مهمة خلال مرحلة التنقيح، حيث يمكِنها أن تساعد بشكل كبير في الحصول على سطح أملس وجميل للمُنتَج النهائي، كما يمكِن استخدام تقنيات مختلفة بناءً على المادة التي تم استخدامها لطباعة المُنتَج وعلى مستوى التنقيح النهائي المطلوب، وتتضمن تلك التقنيات، الصنفرة اليدوية أو الآلية والتنعيم الكيميائي، ويعدُّ الصَّقل مهمًا خاصةً عند استخدام تقنيات الطباعة بذوبان الليزر الانتقائي (SLM)، حيث يكون سطح المُنتَج في الغالب خشنًا ومساميًّا بسبب طبيعة العملية.

  • تحليل نتائج الاختبار

تتمثَّل الخطوة الأولى في عملية تنقيح الطرف الصناعي ثلاثي الأبعاد في تحليل نتائج الاختبار، ويتضمن ذلك مراجعة البيانات التي تم جمعها أثناء الاختبار وتحديد أي عيوب أو مشكلات يجب معالجتها.

على سبيل المثال، إذا لم يكن الطرف الصناعي مناسبًا أو مريحًا للمُستخدِم، فسيحتاج الفريق إلى تحديد أجزاء الطرف الصناعي التي تحتاج إلى تعديل أو إعادة تصميم، وتظهر هذه العملية في الشكل التالي.

الاختبار والتنقيح

  • تحديد تعديلات التصميم

بناءً على تحليل نتائج الاختبار، سيحدِّد الفريق التعديلات المطلوبة في التصميم التي يجب إجراؤها على النموذج ثلاثي الأبعاد، ويمكِن أن تشمل هذه التعديلات إجراء تغييرات في أبعاد الطرف الصناعي، أو ميزاته، أو المادة التي ستُستخدَم لإنتاجه، أو لأي من عناصر التصميم الأخرى.

على سبيل المثال، في حال كان الطرف الصناعي ثقيلًا جدًا، فقد يقوم الفريق بتعديل التصميم لتقليل الوزن مع الحفاظ على القوة والمتانة الضرورية له.

  • تعديلات التصميم المتكرِّرة

بمجرد تحديد التعديلات في التصميم، يتم تحديث النموذج ثلاثي الأبعاد بتلك التعديلات، وطباعة نموذج أولي جديد للطرف الصناعي.

سيكرِّر الفريق بعد ذلك عملية الاختبار مع النموذج الأولي الجديد للتحقُّق من أن التغييرات عالجت المشكلات المحدَّدة، ويمكِن تكرار هذه العملية عدة مرات حتى الوصول إلى التصميم النهائي للطرف الصناعي.

الاختبار والتنقيح

  • المراجعة والموافقة

تتم مراجعة تصميم الأطراف الصناعية طوال مرحلة التنقيح من قِبل أولئك المختصين بالعملية وأصحاب المصلحة، بما في ذلك المُصمِّمين والمهندسين والعملاء، ويتم جمع التعليقات وإجراء التغييرات للتأكُّد من أن الطرف الصناعي النهائي يلبي جميع المتطلبات، ويستمر الفريق في مراجعة التصميم وتعديله حتى الوصول إلى الجودة المطلوبة واعتماده من قِبل أصحاب المصلحة.

  • التوثيق

في الختام، يقوم فريق التطوير بتوثيق جميع التعديلات التي تم إدخالها على التصميم، وكذلك نتائج الاختبارات للتأكُّد من أن الطرف الصناعي النهائي يفي بجميع المواصفات، ويمكِن أن تتضمن هذه الوثائق نماذج ثلاثية الأبعاد، وبيانات الاختبار، ومعلومات أخرى حول عملية تصميم الأطراف الصناعية وتطويرها، ويعدُّ التوثيق ضروريًا في مرحلة التنقيح حيث يضمن أن الطرف الصناعي النهائي يفي بالمتطلَّبات الأصلية ويتوافق بشكلٍ تام مع مواصفات التصميم.

الاختبار والتنقيح

أدوات اختبار المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد (Testing Tools for 3D Printed Products)

  • برنامج تحليل العناصر المحدودة

يحاكي برنامج تحليل العناصر المحدودة (FEA) سلوك المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد تحت أحمال وضغوط مختلفة، ويمكِن لهذا البرنامج تحديد المشكلات المحتملة ومجالات التحسين في تصميم المُنتَج قبل إجراء الاختبار الفعلي عليه.

  • المسماك الرقمي

يعدُّ المسماك الرقمي (Digital Calipers) أداة أساسية في قياس أبعاد المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، ويمكِن استخدامه لضمان مطابقة قياسات المُنتَج المطبوع للنموذج ثلاثي الأبعاد، ومطابقته للمواصفات المطلوبة.

الاختبار والتنقيح

  • جهاز اختبار مقاومة الشدّ

يمكِن لجهاز اختبار مقاومة الشد (Tensile Testing Machine) اختبار قوة ومتانة المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، ويمكِن لهذا الجهاز تطبيق القوة على المُنتَج حتى ينهار أو ينكسر؛ مما يسمح لفريق الاختبار بتحديد نقاط الضعف التي يجب معالجتها في التصميم.

  • جهاز الفحص بالأشعة السينية

يمكِن لجهاز الفحص بالأشعة السينية (X-ray Machine) فحص الهيكل الداخلي للمُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، ويمكِن أن يساعد ذلك في تحديد العيوب التي قد لا تكون مرئية من الخارج.

الاختبار والتنقيح

  • جهاز اختبار خشونة السطح

يمكِن لجهاز اختبار خشونة السطح (Surface Roughness Tester) قياس درجة صقل السطح للمُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، ويمكِن أن يساعد ذلك في ضمان أن يكون للمُنتَج سطح أملس ويحقِّق المواصفات المطلوبة.

  • مجهر المسح الإلكتروني

يمكِن استخدام مجهر المسح الإلكتروني (Scanning Electron Microscope) لفحص أسطح المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد على مستوى المجهر، ويمكِن أن يساعد هذا في تحديد العيوب الصغيرة جدًا التي لا يمكِن رؤيتها بالعين المجردة.

الاختبار والتنقيح

  • مقياس الطيف الضوئي

يعدُّ مقياس الطيف الضوئي (Spectrophotometer) أداة يمكِنها قياس لوم المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، ويمكِن أن يكون هذا مفيدًا بشكل خاص للمُنتَجات التي تتطلَّب مطابقة معيَّنة للألوان، كالمُنتَجات الاستهلاكية وأجزاء محدَّدة من الآلات.

  • اختبار اختراق الصبغة

يعدُّ اختبار اختراق الصبغة (Dye Penetrant Testing) طريقة اختبار غير تدميرية يتم استخدامها لتحديد العيوب السطحية إن وجِدت، ثم تتم بعد ذلك إزالة الصبغة الزائدة وإضافة مادة خاصة تبرِز العيوب أو التشققات في السطح.

الاختبار والتنقيح

  • آلة قياس الإحداثيات

آلة قياس الإحداثيات (Coordinate Measuring Machine – CMM) هي جهاز يمكِنه قياس أبعاد المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد بدقة، ويمكِن لهذه الآلة قياس طول المُنتَج وعرضه وارتفاعه وأبعاده الأخرى.

  • آلة اختبار التأثير

آلة اختبار التأثير (Impact Testing Machine) هي جهاز يمكِنه اختبار مقاومة المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد للصدمات، وتحاكي هذه الآلة تأثير القوة المفاجئة على المُنتَج وتقيس درجة مقاومته.

الاختبار والتنقيح

  • الاختبار بالموجات فوق الصوتية

الاختبار بالموجات فوق الصوتية (Ultrasonic Testing) هو طريقة اختبار غير تدميرية تستخدِم موجات صوتية عالية التردد لفحص الهيكل الداخلي للمُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، ويمكِن لهذه الطريقة أن تساعد في تحديد العيوب أو المشكلات الموجودة في الهيكل الداخلي للمُنتَج والتي قد لا تكون ظاهرة من الخارج للعيان.

  • غرفة الاختبار البيئي

يمكِن استخدام غرف الاختبار البيئي (Environmental Testing Chambers) لمحاكاة الظروف البيئية المختلفة، مثل: درجة الحرارة، والرطوبة والضغط، حيث يتم اختبار أداء المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد في ظل التغيُّر في هذه الظروف.

الاختبار والتنقيح

قيود عند اختبار المُنتَجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد وتنقيحها (Constraints When Testing and refining 3D Printed Products)

توجد العديد من القيود التي يحتمل ظهورها أثناء عمليات اختبار وتنقيح المُنتَجات ثلاثية الأبعاد المطبوعة، ومن الضروري تحديد تلك القيود المُحتمَلة أثماء عمليتي الاختبار والتنقيح، وبالتالي تطوير استراتيجيات للتغلُّب عليها، حيث يتيح التغلُّب على هذه القيود والعقبات للمُصنِّعين ضمان تطوير منتَجات مطبوعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة تلبي جميع المُتطلَّبات، وتلقى النجاح المنشود عند تسويقها للمُستهلِكين، ويضِّح الشكل التالي القيود الأكثر شيوعًا.

بإمكانك مراجعة محتوى موضوع “الاختبار والتنقيح” بدايةً من عنوان “تنقيح المُنتَج المطبوع ثلاثي الأبعاد” وحتى نهاية الموضوع، من خلال الرابط التالي:

إلى هنا يكون قد انتهى موضوع “الاختبار والتنقيح“، لا تنسوا مراجعة نواتج التعلُّم أعلى المقال، وانتظرونا في الموضوع القادم!

روابط هامة

مقررات الفصل الدراسي الثاني

مشاركة المقال عبر:

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *