پرینت سه بعدی فلزی SLM

پرینت سه بعدی فلزی SLM

پرینت سه بعدی فلزی SLM

بیشتر روش‌های ساخت افزایشی یا پرینت سه بعدی، بر اساس سه مولفه پیش رو دسته‌بندی می‌شوند؛

  1. نوع ساختار تقویتی در هنگام پرینت
  2. دقت و رزولوشن سازه با نظر به هندسه آن
  3. انتخاب پارامترهای متناسب با فرآیند

در کنار فناوری‌هایی همچون EBM، LMD (رسوب فلزی از طریق لیزر) و SLS (زینتر انتخابی از طریق لیزر)، تکنولوژی دیگری به نام SLM نیز به چشم می‌خورد.

پیدایش پرینت سه بعدی فلزی SLM به سال ۱۹۹۵ بازمی‌گردد، زمانی که به دست جامعه آلمانی فرانهوفر توسعه یافت و به دلیل قابلیت‌های توانمند خود، از همان موقع توانست توجه سردمداران این صنعت را جلب کند. در این روش، از فلزات درجه صنعتی، قطعاتی دقیق و حرفه‌ای تولید می‌شود؛ قطعاتی که شاید اشکال پیچیده‌ای داشته باشند، اما با هزینه خیلی کمتر ساخته می‌شوند و علاوه بر همه این‌ها، امکان انبوه سازی آن‌ها هم وجود دارد.

پرینت سه بعدی فلزی SLM که مخفف عبارت «ذوب انتخابی با لیزر» است، با نام‌های دیگری هم شناخته می‌شود: ذوب بستر پودری با استفاده از لیزر (LPBF) یا ذوب مستقیم فلز از طریق لیزر (LPBF). از نام‌های این روش هم پیدا است که در آن از یک لیزر قدرتمند برای ذوب یک پودر فلزی استفاده می‌شود.

طرز کار پرینت سه بعدی فلزی SLM به این صورت است که نخست، لایه‌های نازکی از پودر فلزی بر روی بستر ساخت قرار می‌گیرند؛ سپس، با القای انرژی حرارتی از طرف لیزر (یا چندین لیزر)، لایه‌ها به طور کامل ذوب می‌شوند. قسمتی از قطعه سه بعدی که به اصطلاح سطح مقطع آن نامیده می‌شود، با ذوب و انجماد دوباره لایه‌های پودر فلز به صورت انتخابی ساخته می‌شود.

پس از پایان کار یک لایه، بستر ساخت اندکی به سمت پایین حرکت می‌کند تا لایه جدیدی روی آن قرار بگیرد. هربار، پیش از آنکه ذوب لایه جدید آغاز شود، وسیله‌ای به نام recoater از روی سطح پودر عبور می‌کند تا ضخامت لایه پودر را کنترل کند. در بستر پودر، ذرات پودر بر اساس فایل CAD به صورت انتخابی ذوب می‌شوند تا شی سه بعدی مورد نظر شکل بگیرد.

فرآیند پرینت سه بعدی فلزی SLM با انواع مختلفی از پودرهای فلزی کار می‌کند؛ از جمله آن‌ها می‌توان به آلومینیوم، تیتانیوم، مس، کروم، کبالت-کروم، فولاد ضد زنگ، فولاد ابزار و سوپرآلیاژها اشاره کرد.

پودر فلزی که در پرینت سه بعدی فلزی SLM به کار می‌رود، تا حد زیادی قابل بازیافت است؛ به طوری که ضایعات پودر اغلب حتی به کمتر از ۵% می‌رسد. هربار که کار یک پرینت تمام می‌شود، پودر استفاده نشده جمع آوری می‌شود تا الک شده و با اضافه کردن مقداری پودر تازه به آن، برای بار بعدی آماده شود.

با این حال، همین مقدار کمی هم که از پودر هدر می‌رود، بیشتر به ساختارهای تقویتی مربوط می‌شود و برای آنکه پرینت به خوبی پیش برود، باید از ساختار تقویتی استفاده کرد. اما در نتیجه این کار، مقدار مواد مورد نیاز و به دنبال آن، هزینه‌های پرینت به شدت افزایش پیدا خواهد کرد.

روش کار تکنولوژی پرینت سه بعدی فلزات SLM

در اولین مرحله از فرآیند پرینت سه بعدی فلزی SLM، مدل سه بعدی قطعه که در CAD طراحی شده است باید به لایه‌های ۲۰ تا ۱۰۰ میکرونی تقسیم شود. سپس، اطلاعات مربوط به تقسیم شدن لایه‌ها به صورت یک فایل با فرمت استریولیتوگرافی (.stl) درمی‌آید و در یک نرم‌افزار آماده‌سازی فایل بارگذاری می‌شود. چنین نرم‌افزاری معمولا از قبل روی دستگاه پرینتر سه بعدی SLM قرار می‌گیرد.

نرم‌افزار آماده‌سازی در این مرحله سه کار مهم انجام می‌دهد:

  1. تعیین پارامترهای فرآیند
  2. برآورد ساختار تقویتی در صورت نیاز
  3. ترسیم یک مسیر حرکت برای ساخت قطعه

پیش از شروع فرآیند پرینت سه بعدی، لایه نازکی از پودر فلزی نرم به طور یکنواخت روی صفحه فلزی بستر پخش می‌شود. خود صفحه فلزی ساخت نیز به یک صفحه تقسیم متصل شده است که در راستای محور عمودی Z حرکت می‌کند. این مقدار از پودر در کل مدت فرآیند سفت نخواهد شد، که در واقع همان بستر پودری نامیده می‌شود.

فرآیند پرینت سه بعدی فلزی SLM درون یک محفظه ساخت انجام می‌شود که با دمش پیاپی گازهای آرگون یا نیتروژن، اتمسفر درون محفظه خنثی نگاه داشته می‌شود. هدف از انجام این کار، کاهش میزان اکسیژن در اطراف پرینت است؛ مقدار اکسیژن باید کمتر از حدود ۵۰۰ ppm باشد تا فلز اکسید نشود.

گاهی اوقات نیز پودر فلز پیش از شروع کار حرارت داده می‌شود که به ذوب شدن آن کمک می‌کند. سپس، بستر پودر توسط یک پرتوی لیزر قدرتمند متمرکز، اسکن می‌شود که خود پرتوی لیزر با یک سیستم شکست کنترل می‌شود. میزان شکست پرتوی لیزر و جهت حرکت آن بر اساس سطح مقطعی تعیین می‌شود که از مدل CAD برداشته شده است. به طور کلی، با ذوب شدن پودر گویا که بستر پودر به صفحه فلزی بستر جوش می‌خورد.

پس از پایان کار هر لایه، صفحه فلزی به اندازه ضخامت لایه بعدی پایین می‌آید تا مقداری پودر تازه روی بستر پخش شود. ضخامت لایه‌ها نیز معمولا در حدود ۵۰ میکرون است. در فرآیند کار پرینت سه بعدی فلزی SLM همیشه یک غلتک یا یک لیسه به چشم می‌خورد که نقش آن، توزیع یکنواخت لایه‌های پودر است.

در این میان نیز، پرتوی لیزر هر دفعه که قرار است یک لایه جدید ساخته شود، همه بستر پودر را اسکن می‌کند؛ این کار سبب می‌شود لایه آخر تثبیت شده و با لایه قبل از خود ادغام شود. بنابراین، کاری که دستگاه SLM انجام می‌دهد، در واقع اضافه کردن پی در پی یک لایه پودر بر یک لایه ذوب شده است که قطعه مورد نظر را به همین ترتیب، یعنی به صورت لایه به لایه می‌سازد.

سیستم کلی فرآیند پرینت سه بعدی فلزی SLM را می‌توانید در تصویر زیر مشاهده کنید. روند ساختن یک قطعه در ساخته شده با پرینت سه بعدی فلزی SLM همانند پرینت سه بعدی SLS است، با این تفاوت که پرینت سه بعدی فلزی SLM فقط با مواد فلزی همچون فولاد زنگ‌نزن، تیتانیوم، ترکیب کبالت-کروم و آلیاژهای آلومینیوم سر و کار دارد. در صورتی که SLS برای فرآوری بیشتر مواد اولیه از جمله پلیمرها، فلزات و سرامیک‌ها مناسب است.

این دو فرآیند ساخت افزایشی تفاوت دیگری هم دارند؛ درپرینت سه بعدی SLS پودر اولیه به طور کامل ذوب نمی‌شود، اما لیزر قدرتمندی که در پرینت سه بعدی فلزی SLM به کار می‌رود، ذرات پودر را کاملا ذوب می‌کند. به همین خاطر است که حتی برای فلزاتی با نقطه ذوب بالا مناسب است.

در پرینت سه بعدی SLM، پرتوی لیزر که به خودی خود انرژی زیادی دارد، از طریق عدسی‌های f-θ تابانده می‌شود تا حوضچه‌های مذاب قوی‌تری در میان ذرات پودر ایجاد کند. به محض ذوب شدن لایه اول پودر، بستر ساخت به اندازه ضخامت لایه مورد نظر (۲۰ تا ۱۰۰ میکرون) به سمت پایین حرکت می‌کند تا اسکن لایه بعدی آغاز شود.

پرینت سه بعدی فلزی SLM

مزایا و معایب پرینت سه بعدی فلزی SLM

شکی نیست که پرینت سه بعدی فلزی SLM یک ابزار قدرتمند است که نقاط قوت منحصر به فرد خودش را دارد. در حال حاضر محدودیت‌هایی در این روش ساخت وجود دارد که شاید همیشه بهترین راه برای تولید قطعات فلزی به شمار نیاید.

مزایای پرینت سه بعدی فلزی SLM:

  • داشتن یک هندسه پیچیده بدون هزینه اضافی
  • ساختارهای سبک و بهینه
  • عملکرد بهتر قطعه
  • ادغام قطعات مونتاژ به صورت یک قطعه
  • زنجیره تامین ساده‌تر
  • خواص فوق‌العاده مواد آن

معایب پرینت سه بعدی فلزی SLM:

  • در مقایسه با روش‌های سنتی تولید به هزینه بیشتری نیاز دارد
  • صرفه جویی ناشی از تولید انبوده هنوز در آن مقدور نیست
  • قواعد طراحی خاص خود را دارد
  • انجام عملیات پسا پردازش ضروری است.

کاربردهای پرینت سه بعدی فلزی SLM

کاربرد اصلی پرینت سه بعدی فلز در صنایع هوافضا، بهداشت و درمان، خودروسازی، ابزارآلات صنعتی و توسعه محصول است.

سبک بودن سازه‌ها در صنعت هوافضا، از هر چیز دیگری مهم‌تر است. هزینه ترابری هر یک کیلوگرم در فضا، اکنون حدود ۱۰,۰۰۰ تا ۲۰,۰۰۰ دلار است. از همین رو، اهمیت پرینت سه بعدی قطعات فلزی که از نظر توپولوژی بهینه سازی شده‌اند، در اینجا نمایان می‌شود.

یک نمونه از این امر، تولید محصولات مربوط به میکروآنتن‌ها است؛ در این زمینه، شرکت Optisys با استفاده از فناوری پرینت سه بعدی فلزی SLM، تعداد آرایه‌های مجزا را در آنتن‌های ردیابی خود از ۱۰۰ عدد به ۱ رساند. در نتیجه این ساده سازی، Optisys موفق شد که زمان تولید و عرضه این محصول را از یازده ماه به تنها دو ماه کاهش دهد و در عین حال نیز، ۹۵% وزن آن را کم کند (تصویر زیر).

با پرینت سه بعدی فلز، امکان تولید ساختارهای آلی متناسب با آناتومی افراد فراهم می‌شود. در حال حاضر نیز یکی از موارد استفاده مهم SLM، تولید ایمپلنت‌های پزشکی با مواد زیست سازگار مانند تیتانیوم است.

دکتر گیدو گراپیولو نخستین جراحی بود که در سال ۲۰۰۷، یک ایمپلنت را برای بخشی از مفصل ران پرینت سه بعدی کرد. او با کمک شرکت‌های Lima و Arcam یک ایمپلنت تیتانیومی موسوم به کاپ Delta-TT طراحی کرد.

ایمپلنت Delta-TT دارای یک ساختار شبکه‌ای است که روند بهبود بیمار و رشد استخوان را سرعت می‌بخشد. تا یک دهه بعد، بیشتر از ۱۰۰,۰۰۰ عدد از این ایمپلنت برای بیماران استفاده شد و نتیجه موفقی به همراه داشت.

این روزها، بسیاری از روش‌های سنتی تولید در صنعت خودروسازی با پرینت سه بعدی فلز جایگزین می‌شوند و این امر با سرعت زیادی جریان دارد. با این حال، پرینت سه بعدی فلز بیش از هر چیزی اکنون برای ارتقای عملکرد و مسابقات رقابتی به کار می‌رود.

تیم دانشجویی TU Delft Formula با استفاده از فناوری SLM توانستند یک براکت بهینه‌سازی شده را برای خودروی فرمول یک خود بسازند. براکتی که آن‌ها ساختند در واقع یک نقطه اتصال اصلی میان چرخ و شاسی است و طراحی آن به گونه‌ای است که می‌تواند نیروهای بیشتر از ۴۰۰ کیلوگرم را تحمل کند.

استحکام این براکت تیتانیومی در مقایسه با قطعه فولادی مشابه خود که به روش ماشین‌کاری ساخته می‌شود، ۲ برابر بیشتر است در حالی که تنها نیمی از وزن نمونه فولادی را دارد (تصویر زیر).

پرینت سه بعدی فلزات
قطعه ساخته شده با پرینت سه بعدی فلزی SLM
  • ابزارآلات صنعتی

در جای دیگر، از پرینت سه بعدی فلز برای ساخت ابزارآلاتی استفاده می‌شود که عملکرد بالاتری دارند. ابزارهای پیشرفته نیز بازده فرآیندهای دیگری را افزایش می‌دهند. برای نمونه، برخی از قالب‌های فلزی که داخل آن‌ها کانال‌های یکدستی برای خنک سازی وجود دارد، با استفاده از پرینت سه بعدی SLM تولید می‌شوند. کانال‌های خنک سازی را می‌توان به هر شکلی پرینت و تا جای ممکن به قطعه نزدیک کرد.

هزینه پرینت یک قالب فلزی چیزی حدود ۱۰,۰۰۰ دلار است که خیلی بیشتر از قالب‌های ۴,۰۰۰ دلاری CNC است. اما این هزینه بیشتر، می‌تواند بهبود چشمگیری در عملکرد قالب به وجود آورد. به گفته کاربران، چرخه‌های تزریق با چنین قالبی بین ۶۰ تا ۷۰ درصد کوتاه‌تر شده و هیچ چیزی در قالب باقی نمی‌ماند (تصویر زیر).

  • توسعه محصول

مهم‌ترین کاربرد اکستروژن فلز در دنیای امروز، تولید نمونه‌های اولیه فلزی است. در میان همه راه‌حل‌های داخلی، روش اکستروژن فلزی در زمان شما بسیار صرفه جویی می‌کند و به طور کلی، مدت زمان تولید تا عرضه محصولات مهندسی نوین را کاهش می‌دهد.

استارتاپ Lumenium در زمینه نوآوری و توسعه موتورهای احتراق داخلی فعالیت می‌کند. آن‌ها برای ساخت نمونه قطعات موتورهای خود به دنبال رویکردی بودند که مقرون به صرفه باشد و به کار آن‌ها سرعت ببخشد. به طور معمول، دوره‌های توسعه این شرکت چیزی حدود سه سال و نیم طول می‌کشید. بنابراین آن‌ها اکستروژن فلز را وارد روند کار خود کردند و پس از آن موفق شدند زمان توسعه را به اندازه ۲۵% یعنی ۲ سال و ۹ ماه کاهش دهند (تصویر زیر).

مفتخریم به اطلاع برسانیم که شرکت مادا تکنولوژی، گام بزرگ دیگری نیز در راستای ارائه‌ی خدمات مدرن به مشتریان خود برداشته است و از این پس، به‌عنوان نماینده‌ی رسمی شرکت معتبر «BULLTECH» در ایران فعالیت خواهد کرد.

پرینترهای سه‌بعدی فلزی شرکت BULLTECH که مبتنی بر تکنولوژی SLM هستند، جزو پرکاربردترین پرینتر های سه‌بعدی مورد استفاده در صنایع به‌شمار می‌روند. سرعت و دقت بالای این چاپگرها، در کنار کیفیت مثال‌زدنی محصولات نهایی تولید شده توسط آن‌ها، مهم‌ترین دلایلی هستند که پرینترهای سه بعدی SLM کمپانی BULLTECH را با استقبال بالایی از سوی برندهای معتبر جهانی مواجه کرده‌اند.

با استفاده از این پرینترهای سه بعدی می‌توانید ایده‌های خود را با کم‌ترین هزینه و در کوتاه‌ترین زمان ممکن به محصولات تجاری مدنظر خود تبدیل کنید.

ماداتکنولوژی ، در حال حاضر، ضمن فروش پرینترهای بسیار باکیفیت این کمپانی معتبر، خدمات خود را نیز با استفاده از تولیدات شرکت BULLTECH در بالاترین سطح کیفی ممکن به مشتریان وفادار خود ارائه می‌کند.

می توانید امکانات و ویژگی های پرینتر های سه بعدی شرکت BULLTECH را در صفحه مربوط به آن مطالعه فرمایید.


مقایسه دو تکنولوژی پرینت سه بعدی SLM و SLS

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *