مادا تک mada tech ماداتک

​​پرینت سه بعدی SLS

پرینت سه بعدی با استفاده از تکنیک SLS (پخت لیزری انتخابی، ذوب کردن و چسباندن لایه به لایه پودر) به دلیل تولید قطعات قوی و کاربردی مورد اعتماد مهندسان و تولیدکنندگان در صنایع مختلف می باشد.
در این راهنمای جامع، فرآیند پخت لیزری انتخابی (SLS)، سیستم ها و مواد مختلف موجود در بازار، روند کار استفاده از پرینترهای SLS ، کاربرد های مختلف و زمان استفاده از پرینت سه بعدی SLS را نسبت به سایر روش های تولید سنتی بررسی خواهیم کرد.


پرینت سه بعدی با استفاده از تکنیک SLS چیست؟

پخت لیزری انتخابی یا به صورت مختصر SLS یک فناوری تولید افزودنی یا به اختصار AM است که با استفاده از لیزر با توان بالا ذرات کوچک پودری پلیمری را بر اساس یک مدل سه بعدی به یک ساختار جوش می دهد.
پرینت سه بعدی با استفاده از SLS به مدت چندین دهه یک انتخاب محبوب برای مهندسان و تولیدکنندگان بوده است. هزینه کم برای هر قطعه، بهره وری بالا و قابلیت ثابت شده مواد، این فناوری را برای طیف وسیعی از کاربردها از نمونه سازی سریع تا ساخت دسته ای کوچک یا ساخت سفارشی ، ایده آل ساخته است.
پیشرفت های اخیر در ماشین آلات ، مواد و نرم افزار باعث شده اند که پرینت SLS برای طیف وسیعی از مشاغل قابل دسترس باشد و شرکت های بیشتری را قادر می سازد از این ابزارها که قبلا محدود به چند صنعت با تکنولوژی پیشرفته بودند، استفاده کنند.


پرینت سه بعدی SLS چگونه کار می کند؟
​​​​​​​

فرآیند پخت لیزری انتخابی به صورت شماتیک. در این فرآیند با استفاده از لیزر دارای توان بالا ذرات کوچک پودری پلیمری بر اساس یک مدل سه بعدی به یک ساختار جامد جوش داده می شوند.
1. پرینت: پودر در یک لایه نازک در بالای سکو داخل محفظه ساخت پخش می شود. پرینتر پودر را تا دمایی پایین تر از نقطه ذوب ماده اولیه گرم می کند که این موضوع کار را برای لیزر به منظور افزایش دمای مناطق بستر پودر آسان تر می کند. لیزر مقطعی از مدل سه بعدی را اسکن کرده و پودر را دقیقاً زیر یا درست در نقطه ذوب مواد گرم می کند. با این کار ذرات را به صورت مکانیکی به هم متصل کرده تا یک قطعه توپر ایجاد شود. پودر جوش نخورده از قطعه در حین پرینت پشتیبانی کرده و نیاز به سازه های ساپورت اختصاصی را برطرف می کند. سپس سکو به اندازه یک لایه (به طور معمول بین 50 تا 200 میکرون) در محفظه ساخت پایین تر آورده می شود و تا کامل شدن قطعه روند برای هر لایه تکرار می شود.
2. خنک سازی: پس از پرینت ، محفظه ساخت باید کمی در داخل محفظه و سپس در خارج از پرینتر خنک شود تا از مشخصات مکانیکی مطلوب اطمینان حاصل شده و از ایجاد تاب در قطعات جلوگیری شود.
3. پس پردازش: قطعات آماده شده باید از محفظه ساخت خارج و جدا شده و پودر اضافی روی آنها تمیز گردد. پودر را می توان بازیافت کرد و قطعات پرینت شده را می توان توسط جریان شدید هوا یا بخار در محیط یا غلتاندن در محیط پس پردازش کرد.


قطعات SLS سطح کمی زبر دارند ، اما تقریباً هیچ خط لایه قابل مشاهده ای ندارند. اعمال جریان شدید هوا یا بخار بر روی قطعه و یا غلتاندن قطعات SLS برای یکدست تر شدن سطح توصیه می شود.
از آنجا که پودر جوش داده نشده هنگام پرینت از قطعه پشتیبانی می کند ، دیگر نیازی به سازه های ساپورت اختصاصی نمی باشد. این امر باعث می شود SLS برای هندسه های پیچیده از جمله برجستگی های داخلی ، گودافتادگی ها، دیوارهای نازک و برجستگی های قرینه ایده آل باشد.
قطعات تولید شده با پرینت سه بعدی SLS دارای ویژگی های مکانیکی بسیار عالی با استحکام شبیه قطعات ساخته شده با قالب تزریق هستند.
پرینت سه بعدی SLS را با دو فناوری رایج دیگر برای تولید قطعات پلاستیکی مقایسه کنید: مدل سازی تحت رسوب ذوب شده (FDM) و استریولیتوگرافی (SLA).


تاریخچه مختصر پرینت سه بعدی SLS

پخت لیزری انتخابی (SLS) یکی از اولین تکنیک های تولید افزودنی بود که در اواسط دهه 1980 توسط دکتر کارل دکارد و دکتر جو بیمان در دانشگاه تگزاس در آستین مطرح گردید. روش آنها از آن زمان برای کار با طیف وسیعی از مواد از جمله پلاستیک ، فلزات ، شیشه ، سرامیک و پودرهای مختلف مواد کامپوزیتی اتخاذ شده است. امروزه ، این فن آوری ها به عنوان همجوشی بستر پودر دسته بندی می شوند - فرایندهای تولید افزودنی که توسط این فرآیندها مناطق بستر پودر به صورت انتخابی توسط انرژی گرمایی ذوب می شوند.
امروزه دو نوع از رایج ترین سیستم های همجوشی بستر پودری مبتنی بر پلاستیک که معمولاً SLS نامیده می شوند و مبتنی بر فلز هستند به عنوان ذوب لیزر مستقیم فلز (DMLS) یا ذوب لیزری انتخابی (SLM) شناخته می شوند. تا همین اواخر ، هر دو سیستم همجوشی بستر پودری پلاستیکی و فلزی بسیار گران و پیچیده بودند که استفاده از آنها را در مقادیر کم قطعات با ارزش بالا یا سفارشی مانند قطعات مورد نیاز در صنعت هوا فضا یا وسایل پزشکی محدود می کرد.
نوآوری در این زمینه اخیراً افزایش یافته و هم اکنون SLS مبتنی بر پلاستیك با استفاده از سایر فنآوری­های پرینت سه بعدی مانند استریولیتوگرافی (SLA) و مدل سازی تحت رسوب ذوب شده (FDM) با سیستم های جمع و جور و در دسترس ، مقبولیت گسترده ای در صنایع به دست آورده است.


انواع پرینترهای سه بعدی SLS

همه پرینترهای سه بعدی SLS با روشی که در بخش قبل توضیح داده شد ساخته شده اند. تفاوت اصلی آنها در نوع لیزر ، اندازه حجم ساخت و پیچیدگی سیستم است. دستگاه های مختلف از راه حل های مختلفی برای کنترل دما ، توزیع پودر و رسوب لایه استفاده می کنند.
پخت لیزری انتخابی به سطح بالایی از دقت و کنترل دقیق در طول مراحل پرینت نیاز دارد. درجه حرارت پودر همراه با قطعات (کامل نشده) باید در سه مرحله پیش گرم کردن ، پخت و ذخیره قبل از حذف در حدود 2 درجه سانتیگراد کنترل شود تا تاب خوردگی ، تنش ها و اعوجاج ناشی از گرما به حداقل برسد.
​​​​​​​

پرینترهای سه بعدی SLS صنعتی مرسوم
​​​​​​​

پخت لیزری انتخابی به مدت چندین دهه یکی از محبوب ترین فن آوری های پرینت سه بعدی برای افراد حرفه ای بوده است ، اما پیچیدگی ، الزامات و قیمت بالای آن استفاده از این فناوری را برای خدمات دفاتر و شرکت های بزرگ محدود کرده است.
در سیستم های پرینت سه بعدی SLS صنعتی مرسوم از یک یا چند لیزر پرتوان استفاده می شود. در فرایند پرینت برای جلوگیری از اکسید شدن و تخریب پودر ، به یک محیط بی اثر - نیتروژن یا گازهای دیگر نیاز می باشد - که استفاده از تجهیزات ویژه برای مدیریت هوا را ضروری می سازد.
این ماشین ها همچنین به HVAC و توان صنعتی ویژه نیاز دارند و حتی کوچکترین ماشین های صنعتی حداقل 10 متر مربع فضا را برای نصب اشغال می کنند.
SLS صنعتی مرسوم با قیمت اولیه حدود 100000 دلار که گاهی بسیار بیشتر نیز می شود برای بسیاری از مشاغل غیرقابل دسترسی است.​​​​​​​

مواد مورد استفاده در پرینت SLS سه بعدی

متداول ترین ماده برای پخت لیزری انتخابی نایلون است که یک ترموپلاستیک مهندسی بسیار توانمند برای تولید نمونه های اولیه و تولید نهایی می باشد. نایلون برای مجموعه های پیچیده و قطعات با دوام با پایداری زیست محیطی بالا بسیار ایده آل است.
قطعات نایلونی پرینت شده به صورت سه بعدی با تکنیکSLS  محکم ، سخت، خوش ساخت و بادوام هستند. قطعات نهایی در برابر ضربه مقاوم بوده و می توانند ساییدگی مکرر را تحمل کنند. نایلون در برابر اشعه ماورا بنفش، نور، گرما، رطوبت، حلال ها ، دما و آب مقاوم است. قطعات نایلونی پرینت شده به صورت سه بعدی همچنین می توانند زیست سازگار بوده و حساسیت زا نباشند ، به این معنی که آنها برای استفاده در سطوح پوششی مناسب بوده و برای استفاده در بسیاری از زمینه ها ایمن هستند.
نایلون برای طیف وسیعی از کاربردها از محصولات مصرفی در حوزه مهندسی تا مراقبت های بهداشتی ایده آل است.
نایلون یک پلیمر ترموپلاستیک مصنوعی از خانواده پلی آمیدها است. نایلون 12 در طیف گسترده ای از کاربردها قابل استفاده بوده و یک پودر همه کاره برای استفاده در پرینت SLS سه بعدی است. نایلون 11 به شما کمک می کند تا شکاف ایجاد شده بین نمونه اولیه و نهایی به دلیل شکل پذیری بالاتر، مقاومت در برابر ضربه و توانایی مقاومت در برابر سایش بدون شکست شکننده محصول نهایی را پر کنید.

نوع پودرPA11PA12
مقاومت کششی نهایی49 MPa50 MPa
مدول کششی1573 MPa1850 MPa
افزایش طول در شکست (X/Y)40 %11 %
IZOD71 J/m32 J/m
درجه حرارت هنگام تغییرمکان (HDT) @ 0.45 MPa182 °C171 °C
چرا SLS را انتخاب کنید؟

مهندسان و تولیدکنندگان پخت لیزر انتخابی را برای داشتن آزادی هنگام طراحی ، بهره وری و توان عملیاتی بالا، هزینه کم برای هر قطعه و مواد ثابت شده از نظر قابلیت برای استفاده نهایی انتخاب می کنند.
آزادی هنگام طراحی
بیشتر فرایندهای تولید افزودنی مانند استریولیتوگرافی (SLA) و مدل سازی تحت رسوب ذوب شده (FDM)، برای ساختن طرح هایی با برجستگی های آویزان به سازه های ساپورت تخصصی نیاز دارند.
در تکنیک پخت لیزری انتخابی به سازه های ساپورت نیازی نمی باشد زیرا در حین پرینت پودر جوش داده شده قطعات را احاطه کرده است. پرینت SLS می تواند تولید هندسه های پیچیده که قبلاً غیرممکن بوده اند مانند قطعات بهم پیوسته یا متحرک ، قطعات با اجزای داخلی یا کانال ها و سایر طرح های بسیار پیچیده را امکان پذیر سازد.

مهندسین به طور کلی قطعات را با توجه به قابلیت های فرآیند تولید نهایی طراحی می کنند که به این فرآیند طراحی برای ساخت (DFM)[1] نیز گفته می شود. وقتی تکنیک تولید افزودنی فقط برای نمونه سازی استفاده می شود ، محدود به قطعات و طرح هایی است که در نهایت ابزارهای معمول تولید نیز می توانند آنها را بازتولید کنند.
از آنجا که پخت لیزری انتخابی به یک روش ساخت سریع برای کاربردهای زیادی تبدیل شده است دارای پتانسیل زیادی برای فراهم ساختن امکانات جدید برای طراحی و مهندسی می باشد. پرینترهای SLS سه بعدی می توانند هندسه های پیچیده ای را تولید کنند که ساخت آنها با فرآیندهای سنتی غیرممکن یا بسیار پرهزینه است. SLS همچنین به طراحان این قدرت را می دهد تا مجموعه های پیچیده ای را که معمولاً به چندین قطعه در یک قسمت واحد احتیاج دارند ، ادغام کنند. این کار به کاهش زمان مونتاژ کمک می کند.
با استفاده از پخت لیزری انتخابی می توان طرح های سبک وزن دارای ساختارهای مشبک پیچیده که ساخت آنها با روش های سنتی امکان پذیر نیست را طراحی نمود.


بهره وری و توان عملیاتی بالا

پرینت SLS سریعترین فناوری ساخت مواد افزودنی برای نمونه های اولیه کاربردی ، بادوام و قطعات نهایی است. لیزرهایی که پودر را ذوب می کنند سرعت اسکن بسیار بالاتری دارند و از دقت بیشتری نسبت به روش های رسوب لایه ای که در فرآیندهای دیگر مانند FDM صنعتی استفاده می شوند ، برخوردار هستند.
به منظور به حداکثر رساندن فضای ساخت موجود در هر دستگاه می توان در حین پرینت چیدمان چند قطعه را کاملاً تنظیم کرد. اپراتورها از نرم افزارهای بهینه سازی برای هر ساخت و ساز که فقط حداقل فاصله بین قطعات را حفظ می کند به منظور کسب بالاترین بهره وری استفاده می کنند.

SLS به اپراتورها این امکان را می دهد تا محفظه ساخت را به تناسب اندازه از قطعات پر کرده و بدون استفاده از ساپورت ها آنها را پرینت کنند که با این کار در زمان پس پردازش صرفه جویی می شود.


مواد مورد استفاده در ساخت قطعه نهایی

عامل اصلی کاربردی بودن و قابلیت انعطاف پذیری پرینت سه بعدی SLS مواد مورد استفاده در این فرآیند است. نایلون و کامپوزیت های آن ترموپلاستیک های با کیفیت بالا هستند. قطعات نایلونی پخته شده با لیزر دارای چگالی نزدیک به 100 درصد با خصوصیات مکانیکی مشابه با قطعات ساخته شده با روشهای معمول مانند تزریق هستند.

مونتاژ مته پرینت شده در نایلون PA 12. قطعات نایلونی را می توان برای رسیدن به سطح صاف و حرفه ای پس پردازش کرد.
نایلون SLS جایگزینی عالی برای پلاستیک های قالب گیری تزریقی رایج است. این مواد لولا ها ، اتصالات گیره ای و دیگر اتصالات مکانیکی برتری در مقایسه با سایر فناوری های تولید مواد افزودنی ارائه می دهد. این امر برای مواردی که به قطعات پلاستیکی نیاز دارند و قطعات تولید شده با سایر روش های AM که در طول زمان تخریب شده و شکننده هستند ، ایده آل است.


هزینه رقابتی برای هر قطعه

محاسبه هزینه برای هر قطعه معمولاً مستلزم انجام حسابرسی برای مالک تجهیزات ، مواد و هزینه های کارگری است:
مالک تجهیزات: هرچه قطعات ماشین در طول عمر خود بیشتر تولید کنند ، هزینه های قابل انتساب به هر قطعه جداگانه کاهش می یابد. در نتیجه ، بهره وری بالاتر منجر به کاهش هزینه های مالک تجهیزات به ازای هر قطعه می شود. با توجه به بالا بودن سرعت اسکن لیزر، چگونگی قرارگیری قطعات برای به حداکثر رساندن ظرفیت ساخت و پس پردازش ساده، پرینت سه بعدی SLS بالاترین بهره وری و توان عملیاتی را در بین تمام تکنیک های تولید مواد افزودنی پلاستیکی دارا می باشد.
ماده: در حالی که در اکثر فنآوری های پرینت سه بعدی از مواد مخصوص استفاده می شود ، نایلون یک ترموپلاستیک رایج است که در مقادیر زیاد برای اهداف صنعتی تولید می شود و آن را به یکی از کم هزینه ترین مواد اولیه برای تولید ماد افزودنی تبدیل کرده است. از آنجا که پرینت SLS سه بعدی نیازی به سازه های ساپورت ندارد و امکان پرینت با پودر بازیافتی را فراهم می کند ، حداقل زباله را نیز تولید می کند.
نیروی کار: پاشنه آشیل بسیاری از راه حل های پرینت سه بعدی ، نیروی کار است. اکثر فرآیندها دارای روند کار پیچیده ای هستند که به سختی به صورت اتوماتیک انجام می شوند و این موضوع می تواند به میزان قابل توجهی بر هزینه هر قطعه تأثیر بگذارد. روند کار ساده برای پس پردازش در پرینت SLS به معنای نیاز به نیروی کار کمتر است.
پرینتر SLS سه بعدی مستلزم یک سرمایه گذاری اولیه قابل توجه است ، اما اغلب حتی سریعتر از ماشین های کوچکتر می تواند سرمایه اولیه را جبران کند. SLS رومیزی به میزان قابل توجهی این مشکل را برطرف کرده و همچنین هزینه به ازای هر قطعه در اکثر کاربردها را کاهش می دهد.
تولید قطعات با استفاده از منابع خارجی زمانی به دفاتر خدمات توصیه می شود که کسب و کار شما فقط گاهی به پرینت سه بعدی نیاز دارد ، در این صورت تهیه یک پرینتر SLS به هزینه های بیشتر و مدت زمان طولانی منجر می شود. یکی از بزرگترین مزایای پرینت سه بعدی سرعت آن در مقایسه با روشهای سنتی تولید است که تهیه یک قطعه از بیرون ممکن است یک یا حتی چند هفته به طول انجامد که با تهیه پرینتر این زمان کاهش یافته و در زمان صرفه جویی می شود.