پرینت سه‌ بعدی فلزات

پرینت سه‌بعدی فلزات یک فناوری پیشرفته است که از ترکیب فرآیندهای صنعتی و تکنولوژی افزایشی بهره می‌برد تا قطعات فلزی را به روش لایه به لایه ساختاردهی کند. در این فرآیند، از پودرهای فلزی یا سیم فلزی استفاده می‌شود که توسط لیزر یا انرژی حرارتی دیگر به صورت متمایز ذوب می‌شوند و به صورت متراکم به هم چسبیده و شکل موردنظر را تشکیل می‌دهند. این فناوری به دلیل دقت بالا، سرعت تولید، و توانایی ساخت قطعات پیچیده، در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا، پزشکی و صنایع دفاعی استفاده می‌شود.

اهمیت و کاربردهای این فناوری در صنایع مختلف
پرینت سه‌بعدی فلزات اهمیت بسیاری در صنایع مختلف دارد و کاربردهای گسترده‌ای دارد. برخی از این کاربردها عبارتند از:
خودروسازی: تولید قطعات خودروهای پیشرفته و سبک‌وزن، از جمله موتورها، قطعات داخلی، و قطعات بدنه، با استفاده از پرینت سه‌بعدی فلزات صورت می‌پذیرد که بهبود کارایی و کارایی سیستم‌های خودرو را ایجاد می‌کند.
هوافضا و صنایع دفاعی: در صنایع هوافضا و دفاعی، کیفیت و دقت بالای قطعات از اهمیت بسیاری برخوردار است. پرینت سه‌بعدی فلزات این امکان را فراهم می‌کند که قطعات پیچیده و با کیفیت بالا، به سرعت و با هزینه کمتر تولید شوند.
پزشکی: در حوزه پزشکی، پرینت سه‌بعدی فلزات استفاده می‌شود برای تولید قرقره‌ها، ایمپلنت‌های پزشکی، و دستگاه‌های پزشکی پیشرفته که نیاز به دقت و دوام بالایی دارند.
صنایع مکانیکی و ماشین‌سازی: در این صنایع، پرینت سه‌بعدی فلزات به عنوان روشی سریع و کارآمد برای تولید قطعات پیچیده و کوچک به کار می‌رود.
صنعت الکترونیک: تولید قطعات الکترونیکی، از جمله ماهواره‌ها و تجهیزات ارتباطی پیشرفته، با استفاده از پرینت سه‌بعدی فلزات به سرعت و با کیفیت بالا صورت می‌پذیرد.
این کاربردها تنها یک بخش از خدمات پرینت سه‌بعدی فلزات در صنایع مختلف دارد و نشان از اهمیت ویژه‌ای این فناوری در تولید قطعات پیشرفته دارد.

بررسی فناوری‌های پرینت سه بعدی فلزات موجود

فناوری‌های پرینتر سه‌بعدی فلزات در حال توسعه و پیشرفت مستمر هستند. برخی از فناوری‌های موجود عبارتند از:
Selective Laser Melting (SLM): در این فرآیند، لیزر به شکل محلی بر روی لایه‌ای از پودر فلزی تمرکز می‌شود تا آن را ذوب کند و قطعه‌ای را به شکل دلخواه بسازد. سپس لایه بعدی پودر به روی قطعه افزوده می‌شود و فرآیند تکرار می‌شود.

Direct Metal Laser Sintering (DMLS): این فرآیند شبیه به SLM است، اما به جای ذوب کردن پودر، لیزر بر روی آن تمرکز می‌شود تا اجزای فلزی را با یکدیگر متراکم کند.
Electron Beam Melting (EBM): در این فرآیند، یک پرتو الکترون به جای لیزر برای ذوب کردن پودر فلزی استفاده می‌شود. این فرآیند به خصوص برای قطعات پیچیده و بزرگ مناسب است.
Binder Jetting: در این فرآیند، پودر فلزی با استفاده از یک چسبنده به روش لایه به لایه اعمال می‌شود. سپس با استفاده از حرارت یا محلول شیمیایی، قطعه به شکل نهایی خود ساخته می‌شود.
Direct Energy Deposition (DED): این فرآیند شامل استفاده از یک منبع انرژی (مثل لیزر یا الکترون) برای ذوب کردن سیم فلزی و توزیع آن بر روی سطح کار است. این فرآیند به خصوص برای تعمیرات و رشته‌های تولیدی بزرگ مناسب است.
هر یک از این فناوری‌ها مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند و بسته به نیازهای کاربری ممکن است انتخاب شوند. به طور کلی، هدف از تمامی این فناوری‌ها ایجاد قطعات با دقت بالا، سرعت تولید بالا، و کیفیت مناسب است.

 

تفاوت DMLSو SLM

پرینتر سه بعدی فلز DMLS پودر را ذوب نمی کند بلکه در عوض آن را تا حدی گرم می کند تا بتواند در سطح مولکولی فیوز شود. SLM از لیزر تا رسیدن به ذوب کامل پودر فلز برای ساخت قطعه همگن استفاده می کند. این منجر به قطعه ای می شود که دمای ذوب واحدی دارد (چیزی که با آلیاژ تولید نمی شود).

این تفاوت اصلی بین پرینتر سه بعدی DMLS و SLM است؛ اولی قطعاتی از آلیاژهای فلزی را تولید می کند، در حالی که دومی قطعاتی از یک عنصر مانند تیتانیوم را می سازد.
بر خلاف SLS، فرآیندهای DMLS و SLM نیاز به ساپورت دارند، تا احتمال بروز هرگونه اعوجاج و انحراف که ممکن است رخ دهد را محدود کنند (با وجود این واقعیت که پودر اطراف آن ساپورت را ارائه می دهد).

به دلیل دمای زیاد، قطعات DMLS / SLM در معرض خطر پیچ و تاب قرار دارند. به طور معمول پس از چاپ، در حالی که قطعات هنوز به صفحه ساخت وصل شده اند، از گرما استفاده می شود تا هرگونه استرس در قطعات برطرف شود.

 مراحل فرآیند پرینت سه بعدی فلزات

آماده‌سازی مدل سه‌بعدی:
ابتدا مدل سه‌بعدی قطعه موردنظر با استفاده از نرم‌افزارهای طراحی سه‌بعدی ایجاد می‌شود یا از منابع دیگر تهیه می‌شود.
مطمئن شوید که مدل آماده شده دقیق و مناسب برای پرینتر سه‌بعدی فلزات است.
آماده‌سازی محیط پرینتینگ:
انتخاب ماشین پرینت سه‌بعدی فلزات مناسب برای قطعه موردنظر و تنظیمات مربوطه مانند دمای لیزر و سرعت پرینت.
آماده‌سازی سطح کار و ماشین برای شروع فرآیند پرینت.
پیش‌پردازش مواد اولیه:
استفاده از پودرهای فلزی یا سیم فلزی با اندازه مناسب و ویژگی‌های مناسب برای پرینتر سه‌بعدی.
تمیز کردن و پیش‌پردازش پودرها و یا سیم‌های فلزی برای حذف ذرات ناخواسته و بهبود کیفیت قطعه.

پرینت لایه به لایه:
فرآیند پرینت لایه به لایه با استفاده از تکنولوژی انتخابی مانند SLM یا DMLS.
هنگامی که یک لایه از پودر یا سیم فلزی اعمال می‌شود، لیزر یا پرتو الکترون به طور دقیق به آن تمرکز شده و آن را ذوب می‌کند تا به شکل لایه‌ای از قطعه تبدیل شود.
پس‌پردازش:
پس از اتمام دستگاه پرینتر سه بعدی، قطعه موردنظر از محیط پرینتینگ خارج می‌شود.
قطعه حاصل را از پودر باقی‌مانده پاکسازی می‌کنند و به صورت نهایی پس‌پردازش می‌دهند، از جمله پالیش، تراشکاری، و یا پوشش‌دهی.
بررسی کیفیت و آزمایشات:
بررسی کیفیت قطعه تولیدی از نظر ابعادی، خواص مکانیکی، و کیفیت سطح.
انجام آزمایشات و تست‌های متفاوت برای اطمینان از اینکه قطعه به مواصفات موردنظر انطباق دارد.
این مراحل به طور کلی فرآیند و خدمات پرینت سه‌بعدی فلزات را شامل می‌شود، که هر یک از آنها نیازمند دقت و هماهنگی دقیق هستند تا قطعه‌های با کیفیت و دقیق تولید شوند.

بررسی چالش‌ها و مشکلات موجود در پرینت سه بعدی فلزات

فرآیند پرینت سه‌بعدی فلزات با چالش‌ها و مشکلات مختلفی روبرو است که برای ارتقای عملکرد و کاهش مشکلات، راه‌حل‌های متنوعی وجود دارد. برخی از چالش‌ها و راه‌حل‌های ممکن به شرح زیر است:
دقت و کیفیت قطعات: یکی از چالش‌های اصلی پرینت سه‌بعدی فلزات دقت و کیفیت قطعات تولیدی است. راه‌حل‌هایی مانند بهبود تنظیمات پرینت، کنترل دقیق دمای لیزر یا الکترون، و استفاده از مواد اولیه با کیفیت بالا می‌تواند کیفیت قطعات را بهبود بخشد.
مشکلات خواص مکانیکی: برخی از فرآیندهای پرینت سه‌بعدی فلزات می‌توانند به خواص مکانیکی قطعات آسیب برسانند، مانند خستگی مواد یا ترک‌های ریز. بهبود فرآیندها، انتخاب مواد مناسب و اعمال روش‌های پس‌پردازش می‌تواند این مشکلات را بهبود بخشد.
هزینه تولید: پرینت سه‌بعدی فلزات هزینه‌بر است، به ویژه برای تولید حجم بالای قطعات. استفاده از تکنولوژی‌های بهبود یافته، بهبود کارایی فرآیندها، و استفاده از مواد اولیه ارزان‌تر می‌تواند به کاهش هزینه تولید کمک کند.

مسائل مربوط به ایمنی و محیط زیست: برخی از فرآیندهای پرینت سه‌بعدی فلزات می‌توانند مواد شیمیایی خطرناک را تولید کنند و یا انرژی زیادی مصرف کنند. به کارگیری روش‌های ایمنی و محیط زیستی، مدیریت پسماند، و استفاده از مواد اولیه دوستدار محیط زیست می‌تواند به حل این مسائل کمک کند.
با توجه به پیشرفت‌های اخیر در این حوزه، انتظار می‌رود که با ادامه تحقیقات و توسعه فناوری، چالش‌ها و مشکلات مرتبط با فرآیند پرینت سه‌بعدی فلزات به طور قابل‌ملاحظه‌ای کاهش یابد.

پتانسیل‌های آینده و توسعه‌های ممکن در این حوزه
پرینت سه‌بعدی فلزات دارای پتانسیل‌های بسیاری برای توسعه و پیشرفت در آینده است. برخی از پتانسیل‌ها و توسعه‌های ممکن در این حوزه عبارتند از: افزایش سرعت و کارایی؛ تحقیقات بیشتر در زمینه بهینه‌سازی فرآیندها، بهبود تکنولوژی‌ها و استفاده از مواد اولیه با کیفیت‌تر، می‌تواند به افزایش سرعت و کارایی فرآیند پرینت سه‌بعدی فلزات کمک کند.
کاهش هزینه تولید؛ بهبود فرآیندها، انتقال به مقیاس تولید صنعتی، و استفاده از مواد اولیه ارزان‌تر می‌تواند به کاهش هزینه تولید قطعات فلزی با پرینت سه‌بعدی کمک کند.
توسعه مواد اولیه؛ تحقیقات بیشتر در زمینه توسعه مواد اولیه به منظور بهبود خواص مکانیکی، مقاومت در برابر حرارت و خواص موردنیاز دیگر، می‌تواند به افزایش کیفیت و قابلیت‌های مواد فلزی مورد استفاده در پرینت سه‌بعدی کمک کند.

کاربردهای جدید؛ تحقیقات در زمینه کاربردهای جدید پرینت سه‌بعدی فلزات، مانند تولید قطعات با خواص نوری و الکترونیکی خاص، توسعه مواد بیولوژیکی، و استفاده در صنایع جدید، می‌تواند به توسعه این فناوری و صنایع مرتبط کمک کند.
انعطاف پذیری در طراحی؛ پرینت سه‌بعدی فلزات به طراحان و مهندسان امکان می‌دهد تا قطعات پیچیده و با اشکال مختلف را با طراحی‌های نوآورانه و طرح‌های خلاقانه تولید کنند، که این امر می‌تواند به ایجاد محصولات و قطعات با ارزش افزوده بالا کمک کند.

 

 

پرینتر سه بعدی فلز تکنولوژی FUSION BED POWDER

Metal Powder Bed Fusion یک فرآیند پرینتر سه بعدی فلز است که اجسام جامد را تولید می کند و از یک منبع حرارتی برای القاء همجوشی بین ذرات پودر فلز به صورت یکجا استفاده می کند.

اکثر فن آوری های پودر بستر فیوژن از مکانیزم هایی برای افزودن پودر در هنگام ساختن شیء استفاده می کنند و در نتیجه قطعه نهایی در پودر فلز محصور می شود. عمده ترین تغییرات در فن آوری های پرینتر سه بعدی فلز پودر بستر فیوژن ناشی از استفاده از منابع انرژی مختلف پرتوهای لیزر یا الکترون است.

تکنولوژی چاپگر سه بعدی (Electron Beam Melting (EBM

متمایز از سایر تکنیک های Powder Bed Fusion ، EBM از یک پرتوی انرژی بالا یا الکترون ها برای القاء همجوشی بین ذرات پودر فلز استفاده می کند.
در پرینتر سه بعدی فلز پرتو الکترونی متمرکز در یک لایه نازک پودر تابیده می شود و باعث ذوب موضعی و جامد شدن در یک سطح مقطع خاص می شود. این مناطق برای ایجاد یک جسم جامد ساخته شده اند.
در مقایسه با فناوری چاپگر سه بعدی SLM و DMLS ، EBM به دلیل چگالی انرژی بالاتر از سرعت ساخت عالی برخوردار است. با این حال، مواردی مانند حداقل اندازه قطعات، اندازه ذرات پودر فلز و ضخامت لایه ها معمولاً بزرگتر هستند.
همچنین نکته حائز اهمیت این است که قطعات EBM در خلا تولید می شوند و این فرایند فقط با مواد رسانا قابل استفاده است.

 

 

خلاصه
با توجه به رشد روزافزون فناوری و تحقیقات پیشرفته در این زمینه، انتظار می‌رود که پرینت سه‌بعدی فلزات به عنوان یکی از راهکارهای اصلی تولید قطعات پیشرفته، در آینده نقش مهمی را در صنایع مختلف ایفا کند.

 

سوالات متداول:

1- آیا پرینت سه‌بعدی فلزات مناسب برای تولید انبوه است؟

پرینت سه‌بعدی فلزات برای تولید انبوه مناسب است، اما به دلیل هزینه بالا، معمولاً برای تولید محصولاتی با ارزش افزوده بالا استفاده می‌شود.

 

2- چه فرآیندهایی برای پس‌پردازش محصولات پرینت شده سه بعدی فلزات استفاده می‌شود؟

فرآیندهای پس‌پردازش شامل حرارت‌دهی، حمام شوک، فرزکاری و تراشکاری برای بهبود و شکل‌دهی نهایی محصولات پرینت شده می‌باشد.