پرینت سه بعدی فلزات با روش پاشش سرد، یک تکنولوژی پیشرفته و نوین است که توانسته تحول بزرگی در صنعت تولید ایجاد کند. این روش، با استفاده از فرآیند پاشش مواد فلزی در دمای پایین، امکان تولید قطعات فلزی با دقت بالا و استحکام مطلوب را فراهم می‌سازد. یکی از ویژگی‌های مهم این تکنیک، توانایی ساخت قطعات پیچیده و سبک وزن با کمترین میزان ضایعات مواد است که برای صنایع مختلف از جمله هوافضا، خودروسازی و پزشکی بسیار ارزشمند است. پرینت سه بعدی فلزات با روش پاشش سرد، به دلیل کارآیی و انعطاف‌پذیری بالا، به عنوان یک گزینه مطلوب برای تولید قطعات سفارشی و تعمیرات قطعات آسیب‌دیده شناخته شده است. در نتیجه، این فناوری می‌تواند نقش مؤثری در کاهش هزینه‌ها و بهبود کارایی تولید در صنایع پیشرو داشته باشد و آینده روشنی برای توسعه تکنولوژی‌های ساخت افزایشی در حوزه فلزات فراهم کند.
پرینت سه بعدی فلزات به روش پاشش سرد چیست؟
اسپری سرد یک فناوری تولیدی است که با پاشش پودرهای فلزی با سرعت مافوق صوت ذرات پودرهای فلزی را به یکدیگر می‌چسباند که بدون ایجاد تنش حرارتی و ذوب‌کردن آنها این امر انجام می‌شود.
معرفی روش پاشش سرد و نحوه عملکرد آن:
روش پاشش سرد یک فناوری تولیدی در پرینترهای صنعتی است که در این روش پودرهای فلزی با سرعت زیاد پاشیده شده و به هم چسبانده می‌شوند و هیچ تنش حرارتی و ذوبی صورت نمی‌گیرد. از این روش در اوایل دهه 2000 به عنوان تولید روکش قطعات استفاده می‌شد. اما اخیرا چندین شرکت این روش را برای تولید قطعات فلزی به‌کار گرفته‌اند.زیرا این روش توانایی ایجاد قطعات فلزی با اشکال هندسی دقیق تا چند سانتی متر با سرعت 50 تا 100 برابر بیشتر از چاپگرهای فلزی سه بعدی معمولی را دارد. از پرینت سه بعدی فلزات با روش پاشش سرد در فعالیت‌های هوافضا، تولید تجهیزات ماشین‌آلات نظامی در صنعت نفت و گاز و ساخت موشک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فرایندهای گام‌به‌گام در پاشش سرد:
در این روش از نوعی گاز تحت فشار جهت سرعت بخشیدن به پودر فلز استفاده می‌شود تا پودر از طریق نازل به سمت بیرون هدایت شود. هنگام برخورد ذرات پودر فلز با سطح قطعه انرژی جنبشی بالایی تولید شده که موجب تغییر شکل پلاستیک می‌شود و پیوند متالوژیکی شکل می‌گیرد.در طی این فعالیت مقداری گرما تولید می‌شود که مقدار آن زیاد نیست و نمی‌تواند مواد را ذوب کند. این ویژگی مناسب کار با فلزاتی است که مستعد ترک خوردگی هستند و همچنین امکان چاب بدون اکسیداسیون بیش از حد فراهم می‌شود.
دو طراحی اصلی برای سیستم پاشش سرد تحت عنوان کم‌فشار و پرفشار وجود دارد.سیستم‌های پر فشار قادر به پاشش پودر با سرعت بیشتری هستند.( 1400-800 متر در ثانیه در مقایسه با 600-300 متر در روش‌های کم‌قشار) این امر امکان کار با مواد سنگین‌تر و دارای شکل‌پذیری پایین‌تر مانند آلیاژهای فولاد و تیتانیوم را فراهم می‌سازد. همچنین در این سیستم از گازهایی مانند نیتروژن و هلیوم استفاده می‌شود و دارای پیچیدگی بیشتر، هزینه‌ی بالاتر و نرخ رسوب بیشتری هستند. سیستم‌های کم‌فشار برای تولید فلزات سبک‌تر و دارای شکل‌پذیری بیشتر مانند آلومینیوم و مس استفاده می‌شوند و از هوای موجود در محیط به‌عنوان پیشرانه استفاده می‌کنند.
تفاوت‌های پاشش سرد با سایر روش‌های پرینت سه بعدی فلزات
روش‌های متفاوتی برای تولید قطعات فلزی با استفاده از پرینت سه‌بعدی وجود دارد. چاپگرهای سه بعدی فلزات به طور کلی به سه دسته تقسیم می‌شوند:
1- پرینت با استفاده از فیلامنت فلزی
2- پرینت با استفاده از پودر فلزی
3- پرینت با استفاده از سیم فلزی
البته انواع دیگری مانند رزین‌های حاوی فلز، میله‌های فلزی و گلوله‌های فلزی وجود دارد که هرکدام دارای ویژگی‌های خاص خود می‌باشند. انتخاب نوع مناسب این روش به نیاز شما جهت تولید نوع قطعه مورد نیاز بستگی دارد. در این مورد باید به عواملی مثل جزئیات، شکل، اندازه استحکام، نوع فلز، هزینه پرینت سه بعدی، سرعت چاپ و حجم قطعات فلزی مورد نیاز توجه داشت.هر یک از این روش‌ها مزایا و معایب خود را دارند و هیچکدام توانایی انجام تولید قطعه‌ای بسیار مقاوم با سرعت بالا، هزینه‌ی مقرون به صرفه و به صورت کامل را ندارند. پس قبل از اقدام به استفاده از پرینت سه بعدی فلزات اولویت‌های خود را بررسی کرده و سپس تصمیم به انتخاب روش پرینت بپردازید.
برای تولید افزایشی، چاپ سه بعدی فلزات با روش پاشش سرد جهت بالا بردن سرعت ساخت قطعات فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. و همچنین برای تعمییر و بازسازی قطعات فلزی صنعتی در محل، مانند تجهیزات نظامی و ماشین‌آلات در صنعت نفت و گاز استفاده می‌شود. ساخت قطعات فلزی با این روش می‌تواند در هزینه‌های بازسازی صرفه‌جویی کند. گاهی اوقات تعمیر قطعات فلزی با استفاده از فناوری ساخت قطعات فلزی با پرینت سه بعدی می‌تواند از قطعات جدید نیز بهتر باشد.
مزایای استفاده از روش پاشش سرد در پرینت سه بعدی فلزات
استفاده از این روش همانند دیگر روش‌ها مزایا و معایب خاص خودش را دارد. در ادامه به چند مورد از مهم‌ترین مزایای این روش پرداخته‌ایم.
• کاهش هزینه‌های تولید و مصرف انرژی:
روش پاشش سرد از پودر فلز به عنوان ماده‌اصلی و اولیه خود استفاده می‌کند. این روش می‌تواند از پودرهای کم هزینه استفاده کند. البته این پودرها به دلیل مصرف انرژی زیاد همچنان نسبت به بقیه مواد قابل استفاده گران‌تر هستند.
صرفه جویی در مصرف متریال و کاهش ضایعات:
روش پاشش سرد در مقایسه با اکثر فرآیندهای تولید افزایشی فلز و بعضی از فرآیندهای رایج مانند ریخته‌گری و ماشین‌کاری دارای موقعیت اقتصادی بهتری می‌باشد. این روش توانایی رسوب بالایی را دارد که این اتفاق باعث رقابتی شدن آن در بخش هزینه‌ها می‌شود. پرینترهای سه بعدی کوچک‌تر توانایی تولید قطعاتی از جنس آلومینیوم و مس را با سرعت 2 تا 6 کیلوگرم در ساعت را دارند.پرینترهای بزرگتر قادر به چاپ تیتانیوم با سرعت 40 کیلوگرم در ساعت هستند. البته موفقت‌آمیز بودن در ارائه کیفیت بالا در این سرعت‌های بالا هنوز اثبات نشده است.
کاهش نیاز به ماشین‌آلات اضافی و پیچیده:
معمولا هر صنعتی که از قطعات یا وسایل فلزی در محصولات خود استفاده می‌کند، می‌تواند از مزایای پرینت سه بعدی فلزات با روش پاشش سرد مانند کاهش زمان، کاهش هزینه، کاهش نیروی کار و مواد مورد استفاده، بهره‌مند شود. امروزه استفاده از این روش در دسترس‌تر و مقرون به صرفه تر شده است. افزایش تعداد پرینترهای سه بعدی اداری باعث تولید سریع و همچنین بالابردن نرخ بازگشت سرمایه شده است. با افزایش یافتتن شرکت‌های ارائه دهنده خدمات پرینترهای سه بعدی هزینه‌های خرید و نگهداری دستگاه به طور چشمگیری کاهش یافته است. در این شرکت‌ها از طریق آپلود فایل cad خود و انتخاب مواد فلزی می‌توانید از تولیدکنندگان پرینترهای سه بعدی قیمت مورد نظر را دریافت کنید.
• افزایش دوام و استحکام قطعات فلزی:
این روش به حالت جامد انجام می‌پذیرد و از تاب برداشتن و ترک خوردن یا تخلخل فلز جلوگیری می‌کند.
دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی و ضربه:
از مزایای این روش می‌توان به ایجاد نشدن اکسیداسیون اشاره کرد. با استفاده از این روش می‌توان مواد با چگالی بالا تولید کرد.چون انجام این فرآیند با سرع بسیار بالا در واقع در یک ثانیه انجام می‌شود، در نتیجه زمانی برای ایجاد اکسیداسیون ذرات باقی نمی‌ماند. حتی اگر از هوا به عنوان گاز حامل استفاده شود یا ذره را در معرض دمای بالا قرار دهیم باز هم این اتفاق نمی‌افتد. در این روش پوشش‌ها معمولا دارای چگالی بالا و در نتیجه سختی مشابه یا بالاتر نسبت به آلیاژ مصرفی هستند.
عمر طولانی قطعات ساخته‌شده با روش پاشش سرد:
از آنجا که در این روش از فلز ذوب شده استفاده نمی‌شود، در طول ساخت می‌توان بعضی از قطعات مانند حسگرها یا وسایل الکتریکی را جایگذاری کرد.
• سرعت بالا و کارآمدی در ساخت قطعات فلزی با پاشش سرد:
این روش دارای سرعت بسیار بالا تا 100 برابر سریع‌تر از سایر چاپ‌های فلزی سه بعدی عمل می‌کند.
کاهش زمان ساخت و تولید محصولات:
با استفاده از این روش می‌توان از فلزات با طیف گسترده‌تری استفاده کرد و محدود به استفاده از یک نوع فلز نخواهید بود.
تسریع در فرایند تولید انبوه با کیفیت ثابت:
در این روش می‌توان انتظار تولید قطعات در تعداد بالا و با کیفیت یکسان را داشت. همچنین این فناوری می‌تواند آینده جهان تولید را با مزایای بسیاری تغییر دهد و مورد توجه دوستداران و فعالان محیط زیست قرار گیرد.
محدودیت‌ها و چالش‌های روش پاشش سرد در چاپ سه بعدی فلزات
روش پاشش سرد در چاپ سه بعدی فلزات، با وجود مزایای قابل توجهی که در تولید قطعات پیچیده و سبک دارد، با محدودیت‌ها و چالش‌هایی نیز همراه است. این تکنیک، اگرچه امکان تولید با دمای پایین و ضایعات کمتر را فراهم می‌کند، اما همچنان در برخی موارد با مسائل فنی مواجه است که می‌تواند روی کیفیت نهایی و کاربردهای صنعتی تأثیر بگذارد. از جمله این چالش‌ها می‌توان به نیاز به تجهیزات تخصصی و پیچیدگی کنترل فرآیند اشاره کرد. در ادامه، به بررسی جزئیات این محدودیت‌ها و راهکارهای موجود برای بهبود این روش پرداخته می‌شود.
1- نیاز به تجهیزات پیشرفته و هزینه بالای اولیه
متاسفانه در حال حاضر دستگاه‌های تعداد خیلی کمی از تولیدکنندگان در دسترس است. پودرهای مورد استفاده در این روش گاها با هزینه‌ی بسیار بالایی باید تهیه شوند. آنها می‌توانند یک و نیم تا دو برابر سیم و حدود سه تا 4 برابر شمش هزینه داشته باشند.
2-محدودیت در ساخت قطعات با طراحی‌های پیچیده
به دلیل عدم پیشرفت فزاینده این روش هندسه‌ی محدودی از اشکال چاپ شده وجود دارد. روش پرینت سه بعدی فلزات با روش پاشش سرد نمی‌تواند گوشه‌های تیز را تولید کند. پس قطعات چاپ شده دارای ویژگی‌ها و جزئیات گرد و بدون گوشه هستند. فیزیک این کحصول اجازه تولید قطعات با دیواره‌های نازک و بلند را نمی‌دهد. برای تولید قطعات با جزئیات بلند نیاز به وجود پایه‌ای عریض‌تر است که پایداری آن را تضمین کند.
3- مشکلات موجود در انتخاب مواد و متریال‌های خاص برای پاشش سرد
مراحل فشرده‌سازی ارزان‌تر با استفاده از هوای محیط برای فلزات نرم‌تر مانند مس، آلومینیوم و آلومینیوم-برنز مناسب است. برای فلزات سخت مانند فولاد یا تیتانیوم نیاز به استفاده از هلیوم یا نیتروژن است که باعث افزایش هزینه‌ها می‌شوند.
در جمع‌بندی، روش پاشش سرد در چاپ سه بعدی فلزات، علی‌رغم چالش‌ها و محدودیت‌های موجود، به عنوان یک تکنولوژی نوین در تولید قطعات فلزی با ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد، از جمله دقت بالا و کاهش ضایعات، شناخته می‌شود. این روش، امکان تولید قطعات پیچیده و سبک وزن را فراهم کرده و به عنوان یک گزینه جذاب برای صنایع پیشرفته مطرح است. با این حال، با توسعه مداوم فناوری و بهبود فرآیندها، می‌توان انتظار داشت که محدودیت‌های فعلی کاهش یافته و استفاده از پاشش سرد در چاپ سه بعدی فلزات گسترده‌تر شود.