ساخت قطعات فلزی با طرح های پیچیده چیزیست که بخاطر دلایل مختلف همواره دشوار بوده است. اشکال هندسی پیچیده در کار با فلز بسیار دشوار خوب از آب در می آیند و معمولا ضایعات زیادی بوجود می آید. اما پرینت سه بعدی فلزات که در اینجا ما به توضیح آن خواهیم پرداخت دقیقا همین پیچیدگی بیرونی و همچنین درونی در پرینت قطعات فلزی را تسهیل می کند.
زمانی که پرینت سه بعدی وارد بازار شد مشکلات بسیاری را که سابقا مشکل بود را از میان برداشت و ساخت اشیا را در بسیاری از موارد تسهیل کرد که ما در این وب سایت در مطالب دیگر به تفصیل به آنها اشاره کرده و درموردشان توضیح داده ایم. اما آنچه دقیقا اینجا می خواهیم توضیح دهیم پرینت سه بعدی فلزات است که این تکنولوژی آن را ممکن کرده است و با این کار ساخت اشیا فلزی با طرح های پیچیده را ممکن و تسهیل کرده است. مشکلاتی که در بالا به آن اشاره کردیم در پرینت سه بعدی فلزات حل می شوند. ساخت افزایشی (additive manufacturing) پرینت سه بعدی از ضایعات معمول در ساخت به روش ماشین کاری و ریخته گری جلوگیری می کند و مشکلی در از آب در آوردن طرح های پیچیده ندارد. ساخت اشکال هندسی پیچیده که حتی سطح درونی پیچیده ای دارند در روش های تولید سنتی مثل ریخته گری یا ماشین کاری بسیار دشوار بودند اما با روش پرینت لایه ای یا ساخت افزایشی پرینت سه بعدی فلزات این کار تسهیل شده است.
فرایند SLM که به عناوین دیگر مثل LPBF و DMLA هم شناخته می شود یکی از روش های ساخت افزایشی است. در این فناوری لیزری قدرتمند پودر فلزات را ذوب می کند و ذرات پودر به هم متصل و منجمد می شوند. این فناوری می تواند پودر فلزی را به طور موضعی به طور کامل ذوب کند و به قطعه ای جامد تبدیل‌کند. همچنین باید این را خاطر نشان کرد که این پرینترها از پودر فلز بجای پلیمر استفاده می کنند. البته بسته به نیاز می توان بجای پودر فلز از فیلامنت با ترکیب پودر فلز هم استفاده کرد که در ادامه به توضیح آن خواهیم پرداخت.
نحوه ی کار پرینت سه بعدی فلزات
ابتدا از فایل سه بعدی CAD قطعه مورد نظر، یک خروجی به فرمت stl گرفته می شود که با تمام روش های ساخت افزایشی سازگار است. سپس این فایل وارد نرم افزار اسلایسر می شود تا در این نرم افزار به لایه های ۲ بعدی برش داده شود که هر لایه دارای ضخامت تعیین شده ای است. این فایل سپس به نرم‌افزار اسلایسر وارد شده تا پارامترهای فرایند ساخت، مقادیر مورد نظر و ساپورت گذاری‌ها لحاظ شده وآماده پرینت شود (پیشنهاد می شود در این مرحله افراد مبتدی از نرم افزار Tinkercad هم استفاده کنند و ابتدا با این نرم افزار شروع کنند).
هنگام پرینت پودر فلز به روش اتمیزه گازی روی سطح پخش می شود. سپس محفظه‌ی پرینتر از گاز بی اثر مانند آرگون یا نیتروژن پر می شود. دلیل این کار جلوگیری یا به حداقل رساندن اکسیداسیون پودر فلز است. سپس محفظه به میزان نیاز گرم می شود. سپس اسکن گزینشی طبق الگوی اسکن انجام می شود چنان که بخش هایی از پودر فلز توسط اسکن منجمد می شوند. این کار را اشعه لیزری چند صد واتی انجام می دهد. پس از اتمام عمل اسکن سیلندری که پودر روی آن قرار گرفته بود به اندازه‌ی ضخامت لایه‌ی پرینت شده پایین می رود و مجددا لایه‌ی جدیدی از پودر فلز روی سطح ساخت پخش می شود و همین عملیات لایه به لایه انجام می شود تا قطعه کاملا ساخته شود.
در مورد پودر فلز و مواد مورد استفاده در فرایند SLM می‌توان به فولادضد زنگ، مس، آلومینیوم، فولاد ابزار، کبالت کروم، تیتانیوم و تنگستن اشاره کرد
کاربرد پرینت سه بعدی فلزات
همانطور که در ابتدا گفته شد اشکال پیچیده و پر جزئیات هندسی قبلا با ماشین کاری یا ریخته گری ساخته می شدند و این فرایند ساخت را بسیار دشوار و پر هزینه می کرد. اما فرایند پرینت سه بعدی، قطعات فلزی پیچیده که جزئیات بسیاری دارند یا اشکال هندسی پیچیده ای دارند را به راحتی با کمترین هزینه پرینت می کنند.
برای مثال شرکت SpaceX که متعلق به ایلان ماسک است در تولید قطعات سفینه های فضایی خود مخصوصا سفینه های Falcon 9 ، Falcon Heavy و Dragon از این تکنولوژی استفاده کرده است. یا برای مثال ناسا برای پرهیز از جوشکاری قطعات حساس فضایی خود و یکپارچه سازی آنها از پرینت سه بعدی فلزات بهره برده است. برای مثال ناسا در ساخت J-2X و RS-25 rocket engines از این تکنولوژی بهره برده است. اما کاربرد پرینت سه بعدی فلزات و کلا تکنولوژی ساخت افزایشی محدود به امور هوا و فضا نمی شود. در صنعت خودروسازی کارخانه‌ی پورشه چند سالی است که از این تکنولوژی برای مدل سازی و حتی تولید قطعات خودروهایش استفاده می کند. برای مثال پیستون های خودروی پرچمدار پورشه یعنی GT2 RS مدل ۹۱۱ با پرینت سه بعدی فلزات ساخته شده است. در ساخت موارد مربوط به نیروگاه هم پرینت سه بعدی فلزات کاربرد فروانی داشته است که برای مثال می توان توربین‌های گازی، پره توربین، پروب‌های اندازه‌گیری اشاره کرد. از این تکنولوژی در ساخت عینک، کفش، مبلمان، محصولات دندان پزشکی، ساخت اعضای مصنوعی و… نیز استفاده می شود. این تکنولوژی در حوزه های دیگری مثل الکترونیک و پزشکی نیز کاربرد دارد و پیش بینی می شود با پیشرفته تر شدن این تکنولوژی و با افزایش آگاهی نسبت به مزایای این تکنولوژی کاربران آن افزایش پیدا کند.
قیمت
از لحاظ قیمت می توان گفت در بازار از قیمت ۱۵۰۰ دلار تا ۱ میلیون دلار می توان پرینتر سه بعدی فلزات پیدا کرد. پرینترها بسته به اینکه مواد مورد استفاده شان فیلامنت فلز باشد یا پودر فلز در قیمت متفاوت خواهند بود. جزئیات، شکل، سایز، استحکام، نوع فلز، حجم و سرعت همگی در تعیین قیمت پرینتر نقش دارند. ارزان ترین پرینتر سه بعدی فلزات پرینترهای FDM هستند که از فیلامنت با ۸۵ درصد پودر فلز استفاده می کنند. محبوبیت این پرینترها به شدت بالاست و در تمام موارد کاربرد دارند. خوبی فیلامنت فلزی در همین راحتی پرینت آن با پرینتر معمولی است و این یعنی پرینترهایی با توان حرارت ۱۸۰ درجه تا ۲۲۰ درجه. به هر حال می توانید با توجه به نیازها و بودجه خود پرینترهای سه بعدی مناسب خود را پیدا کرده و بخرید.
سخن نهایی
در نهایت ما پیشنهادمان این است: اگر قطعه ای فلزی تولید می کنید و شکل هندسی بیرونی و جزئیات بیرونی و درونی قطعه پیچیده است و کیفیت برای شما مهم است، بنابرین به سراغ پرینترهای SLM و DLMS بروید. تمام مزایای این پرینترها در این موارد خلاصه نمی شود و ما در بالا هم اشاره کردیم که از جمله مزیت های دیگر پرینت سه بعدی فلزات جلوگیری از هدر رفت مواد و تولید ضایعات است. بودجه ای که می خواهید اختصاص دهید را تعیین کنید و ببینید حداکثر امکاناتی که یک پرینتر در آن قیمت می تواند به شما ارائه بدهد کدام موارد است. سپس با توجه به نیازهای خود و بودجه ی تعیین شده ی خود دست به انتخاب بزنید.
