مقایسه دو فناوری SLS و SLM
تف‌جوشی لیزری انتخابی یا SLS، یک فرآیند ساخت افزایشی است که در آن یک لیزر، ذرات پودر پلیمری را زینتر کرده و با تکرار این کار قطعه مورد نظر را لایه به لایه می‌سازد.
تف‌جوشی لیزری انتخابی یا SLS، یک فرآیند ساخت افزایشی است که در آن یک لیزر، ذرات پودر پلیمری را زینتر کرده و با تکرار این کار قطعه مورد نظر را لایه به لایه می‌سازد. یک روش ساخت افزایشی دیگر، ذوب لیزری انتخابی یا SLM نام دارد که در آن، به جای پودر پلیمری، از پودر فلز استفاده می‌شود که فلز ممکن است خالص یا آلیاژی باشد. تصویر زیر، تفاوت این دو فناوری پرینت سه بعدی را به خوبی نشان می‌دهد. با وجود شباهت‌هایی که این دو روش دارند، سه تفاوت اصلی میان آن‌ها دیده می‌شود که عبارت هستند از مواد مورد استفاده برای ساخت قطعه، فرآیند ساخت و هزینه.
در فناوری SLM، پودر فلز زینتر نشده بلکه ذوب می‌شود، بنابراین فرآیند ساخت در اینجا تفاوت پیدا می‌کند. برای کمک به ذوب پودر فلز نیز یک گاز بی‌اثر مانند آرگون یا نیتروژن به درون محفظه ساخت پمپاژ می‌شود. در نتیجه چنین فرآیندی، دمای سیستم در روش SLM به قدری بالا می‌رود که یک روش موثر نیاز است تا قطعات را قبل از درآوردن خنک کند.
زمان ساخت در هر دو روش SLM و SLS ممکن است طولانی شود. علاوه بر این، هردوی آن‌ها از فناوری‌های پیچیده‌ای برخوردار هستند که باعث شده قدری گران‌قیمت باشند. با این حال، در روش SLS مزایای زیادی به چشم می‌خورد که یکی از مهم‌ترین آن‌ها تولید قطعات مشابه تزریق پلاستیک با سرعت بالاتر است. مزیت بزرگ SLM نیز تولید برخی قطعات فلزی است که با روش‌های دیگر از جمله ماشین‌کاری قابل تولید نخواهند بود. به طور کلی، هر دو فناوری به دلیل نمونه‌سازی سریع و توانایی تولید در مقیاس کم تا متوسط، روش‌های خیلی خوبی برای کاهش زمان عرضه به بازار هستند.
فناوری SLS
اواسط دهه 80 میلادی، دانشگاه تگزاس با بودجه‌ای که از وزارت دفاع ایالات متحده دریافت کرد، موفق شد فناوری SLS را توسعه ببخشد. بنابراین، مدت زیادی از ثبت اختراع این فرآیند ساخت افزایشی می‌گذرد؛ از آن زمان نیز شرکت‌های بسیاری تلاش کرده‌اند که سیستم‌های پرینت سه بعدی دیگری را که نیاز به هزینه کمتری دارند، توسعه دهند.
روش کار SLS به این صورت است که یک لیزر CO2 گرانول‌های پلیمر ترموپلاستیک را زینتر و بعد ذوب می‌کند. بعد از آنکه کار هر لایه تمام می‌شود، بستر ساخت اندکی به سمت پایین می‌رود تا لایه‌نشانی و زینتر یک لایه دیگر از پودر آغاز شود. این فرآیند تا زمان کامل شدن قطعه تکرار می‌شود. قطعه کامل شده باید به مدت 12 ساعت خنک شود و بعد از آن با استفاده از هوای فشرده یا سایر ابزارهای زبره‌پاشی تمیز می‌شود. بنابراین فرآیندهای SLM و SLS در عمل هیچ تفاوتی باهم ندارند جز اینکه یکی برای مواد ترموپلاستیک است و دیگری برای فلز.
فناوری SLM
در آغاز قرن 21، موسسه آلمانی فراونهوفر فناوری SLM را توسعه داد. این فناوری قابلیت آن را دارد که تاثیر شگرفی بر صنعت تولید بگذارد. گستره وسیعی از فلزاتی که در بازار وجود دارند می‌توانند در فرآیند SLM به کار بروند. خواصی که این روش به قطعه می‌دهد با خواص قطعه در فرآیندهای سنتی برابری می‌کند.
همچون SLS، در فناوری SLM نیز یک لیزر قدرتمند به کار گرفته می‌شود تا پودر فلز را ذوب کند؛ اما بر خلاف روش قبلی، در SLM قطعه دارای یک ساختار فشرده و یکنواخت خواهد بود. علاوه بر این تفاوت دیگری هم وجود دارد، در این روش همه پودری که برای ساخت یک قطعه نیاز است به یکباره ذوب می‌شود. بعد از سفت شدن هر لایه، بستر ساخت کمی پایین می‌رود؛ سپس لایه بعدی پودر فلز لایه‌نشانی می‌شود و تا زمان کامل شدن قطعه این مراحل تکرار می‌شوند. کل فرآیند پرینت در یک محیط کنترل شده انجام می‌شود. برای کمک به امر ذوب گازهای بی‌اثری همچون آرگون و نیتروژن به درون سیستم پمپاژ می‌شوند. در آخر نیز، قبل از درآوردن قطعه از پرینتر باید صبر کرد تا دمای آن پایین بیاید و به طور کامل خنک شود.
روش کار SLM تا حد زیادی مشابه با SLS است. مهم‌ترین تفاوت آن‌ها در نوع موادی است که با آن کار می‌کنند؛ روش SLS برای تولید قطعات پلاستیکی و روش SLM برای قطعات فلزی به کار می‌رود.
مزایا و معایب SLS و SLM
| روش | مزایا | معایب |
|---|---|---|
| SLS | - قطعاتی که با روش SLS پرینت می‌شوند از خواص مکانیکی بسیار خوبی برخوردار هستند. - در روش SLS نیازی به تقویت قطعه نیست، بنابراین قطعات با هندسه‌های پیچیده به راحتی قابل تولید هستند. - در روش SLS امکان بازیافت و استفاده دوباره از پودری که به صورت زینتر نشده باقی مانده است وجود دارد. | - مدت زمان انجام کار پرینترهای SLS بسیار طولانی است، زیرا پرینترهای SLS در حال حاضر فقط در مقیاس صنعتی موجود هستند. - پرداخت سطح قطعات SLS به طور معمول بی‌کیفیت و کدر بوده و برای رسیدن به پرداخت مطلوب ممکن است نیاز به عملیات اضافی باشد. - در قطعاتی که دارای سوراخ‌های کوچک و یا سطح صاف بزرگی داشته باشند، ممکن است پدیده اعوجاج یا زینترینگ بیش از حد اتفاق بیوفتد. |
| SLM | - در SLM امکان استفاده از فلزات کاربردی مختلف وجود دارد، بنابراین می‌تواند یک جایگزین مناسب و قابل اعتماد برای روش‌های سنتی ساخت فلز باشد. - روش SLM مدت زمان تولید و هزینه‌های مربوط به ساخت ابزار را کاهش می‌دهد. | - سیستم‌های SLM به دلیل داشتن فناوری گران‌قیمت و تجهیزات خاص، قیمت بالایی دارند. - برای دستیابی به یک پرداخت مطلوب در SLM، باید عملیات پسا پردازش به صورت گسترده انجام بگیرد. - بخش‌های برآمده در قطعات باید با وجود پشتیبانی پرینت شوند، در نتیجه مواد بیشتری مصرف می‌شود. |
مقایسه SLM و SLS از جنبه‌های مختلف
روش‌های SLM و SLS شباهت زیادی به هم دارند و از فناوری مشابهی بهره می‌برند. از این رو، هر دوی آن‌ها در مقایسه با فرآیندهای ساخت افزایشی دیگر، گران به حساب می‌آیند. تولید قطعه با این دو روش با ایجاد خواص خوبی همراه است، به طوری که با خواص قطعات تزریق پلاستیک یا ماشین‌کاری CNC برابری می‌کنند. حال این شما هستید که در هنگام انتخاب روش تولید از میان SLS و SLM، با نظر به کاربرد نهایی قطعه باید پیش‌بینی کنید که از بین پلاستیک و فلز، کدام عملکرد بهتری برای شما خواهد داشت.
مقایسه فناوری
منظور از فناوری، تجهیزات و ابزاری است که برای تولید قطعه به کار می‌رود. سیستم‌های SLS و SLM هر دو از فناوری‌های پیچیده و فرآیندهای متعددی برخوردار هستند. در مراحل کار آن‌ها استفاده از لیزرهای قدرتمند، مواد پودری شکل و یک محیط پرینت ویژه به چشم می‌خورد. یک تفاوت مهم در فناوری این دو روش ساخت افزایشی، مربوط به اضافه کردن گاز می‌شود و علاوه بر این، فرآیند SLM باید در محیط پرینت ویژه‌ای انجام شود.
مقایسه مواد
قطعات SLS با پودر ترموپلاستیک‌هایی مانند نایلون 11، نایلون 12 و مشتقات آن‌ها پرینت می‌شوند. در حالی که برای پرینت قطعات SLM از پودر فلزات خالص یا آلیاژها استفاده می‌شود. به طور کلی، در روش SLS اغلب تنها از ماده نایلون استفاده می‌شود اما موادی که در SLM به کار می‌روند، طیف بسیار گسترده‌‌ای را تشکیل می‌دهند.
مقایسه کاربرد محصول
مقایسه کاربرد محصولی که این دو روش تولید می‌کنند پیش از همه چیز به این بستگی دارد که از بین قطعه فلزی و ترموپلاستیکی کدام یک مناسب کاربرد مورد نظر خواهد بود. فناوری‌های SLM و SLS هر دو قطعاتی تولید می‌کنند که در محیط پایدار بوده، اما تصمیم نهایی باید بر اساس دو عامل وزن و نوع بارگذاری گرفته شود. اگر میزان باری که بر قطعه وارد می‌شود زیاد است، بهتر اس روش SLM را انتخاب نمود. اما اگر سبکی مطلوب باشد، انتخاب SLS بهتر خواهد بود.
مقایسه حجم پرینت
از آنجایی که این دو فناوری شباهت زیادی به هم دارند، در ابعاد حجم پرینت آن‌ها تفاوت چندانی دیده نمی‌شود. پرینترهای SLS می‌توانند قطعه‌ای حداکثر به ابعاد 550 × 550 × 750 میلی‌متر پرینت کنند، در حالی که حداکثر ابعاد پرینت در پرینترهای SLS به 350 × 350 × 350 میلی‌متر می‌رسد. اما روی هم رفته، تفاوت در اندازه حجم پرینت آن‌ها زیاد نیست و در عمل تاثیر چندانی نخواهد داشت.
مقایسه پرداخت سطح
قطعاتی که با روش SLS تولید می‌شوند اغلب پرداخت خیلی خوبی دارند، اما گاهی ممکن است سطح آن‌ها دانه‌دانه شده و زبری پودر روی آن حس شود. برای بهبود کیفیت سطح در طی عملیات پسا پردازش می‌توان از ابزارهای زبره‌پاشی مانند واتر جت، ماسه‌پاشی، رنگ‌آمیزی پاششی یا لعاب‌دهی استفاده کرد. پرینترهای SLM نیز قطعات فلزی را با پرداخت بسیار خوبی پرینت می‌کنند و خیلی کم پیش می‌آید که به عملیات پسا پردازش نیاز پیدا کنند؛ با این حال، اجرای عملیات پسا پردازش گاهی می‌تواند مقاومت به خوردگی قطعات فلزی را افزایش دهد.
مقایسه هزینه
استفاده از فناوری‌های پیچیده و پیشرفته در SLS و SLM، آن‌ها را به سیستم‌های گران‌قیمتی تبدیل کرده است. قیمت سیستم‌های SLS از 18,000 دلار شروع می‌شود و تا سقف 100,000 دلار ادامه دارد. پرینترهای SLM قیمت بیشتری دارند که از 55,000 دلار تا 350,000 دلار متغیر است.
