پرینترهای سه بعدی فلزات (SLS) چگونه کار می‌کنند؟
همانند دیگر تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی نظیر تکنولوژی SLA، تکنولوژی SLS نیز یک روش تولید افزایشی محسوب میشود که قادر است مدل‌های طراحی شده در CAD (نرم‌افزارهای طراحی مبتنی بر کامپیوتر) را به صورت اشیای سه بعدی پرینت کند. ولی پروسه پرینت در تکنولوژی SLS دقیقا با SLA برابر نیست.
در تکنولوژی SLA از یک لیزر ماورای بنفش برای خشک کردن لایه به لایه رزینی که حساس به اشعه ماورای بنفش است استفاده میشود. بدین صورت که رزین در مقابل اشعه ماورای بنفش از خود واکنش نشان داده و از حالت مایع به جامد تبدیل میشود. این عمل به صورت لایه به لایه انجام میشود تا جایی که جسم سه بعدی تولید شود.
ولی در مورد تکنولوژی SLS قضیه کمی فرق دارد. همانطور که از اسم این تکنولوژی میتوان فهمید (Selective laser sintering) در تکنولوژی SLS از یک لیزر با توان بالا برای جوش دادن پودر فلزات در نزدیکی نقطه‌ی ذوب استفاده میشود. این عمل باعث میشود دانه‌های پودر فلز به همدیگر جوش پیدا کنند و در نهایت مدل سه بعدی مورد نظر را به صورت لایه به لایه تولید کنند.
تکنولوژی SLS توسط کارل دکارد در دهه هشتاد میلادی گسترش یافت
در آن زمان دکارد در دانشگاه تگزاس دانشجو بود و با کمک استاد مهندسی مکانیک خود توانست نه تنها این تکنولوژی را گسترش دهد بلکه موفق شد آن را به ثبت برساند. در سال 1989، آن دو شرکت Desk Top Manufacturing (DTM) corp را بنیان نهادند.
آنها بعد از 12 سال شرکت DTM را به 3Dsystems فروختند. بدین ترتیب این شرکت با خرید شرکت DTM این تکنولوژی را به صورت عمده ثبت اختراع کرد و این بزرگترین دلیلی است که دیگر شرکتها تا سالها به این تکنولوژی دست پیدا نکردند.
اصلی‌ترین اختراعی که از تکنولوژی SLS پشتیبانی می‌کرد در واقع اصلی‌ترین دلیل گرانی این دستگاهها بود و دلیل آن نبود رقابت بین شرکتها بود. به طور متوسط یک دستگاه SLS میتواند تا 250000 دلار قیمت داشته باشد که این دستگاهها هم برای مصارف صنعتی تولید می‌شد و هم برای مصارف خانگی. مالکیت معنوی تکنولوژی SLS در سال 2014 به پایان رسید و دیگر شرکتها به این تکنولوژی دست پیدا کردند.
تکنولوژی SLS چگونه کار می‌کند؟
Selective laser sintering روشی را توضیح می‌دهد که در آن از یک لیزر پرقدرت برای جوش دادن پودر مواد مختلف نظیر پلاستیک، شیشه، سرامیک، فلز و.. برای تولید یک شی سه بعدی استفاده میشود.
این پروسه با طراحی یک فایل CAD آغاز میشود. این فایل CAD در واقع حاوی اطلاعات مربوط به توپولوژی و اندازه جسم مورد نظر برای پرینت می‌باشد.
زمانی که طراحی به پایان رسید، فایل سه بعدی به فایل STL تبدیل میشود در اینجاست که مراحل پرینت آغاز میشود.
این را به خاطر داشته باشید که تمام مواد مورد استفاده در تکنولوژی SLS باید به صورت پودری باشند. قبل از شروع پرینت یک لایه بسیار نازک از پودر فلز روی صفحهی چاپ توسط تیغه هایی به طور مرتب پخش میشود. صفحهی چاپ در داخل پرینتر قرار دارد.
مرحله‌ی بعدی تاباندن اشعه‌ی لیزر به سطح پودر روی صفحهی پرینت است. طبیعی است که جهت تابش این لیزر توسط کامپیوتر کنترل میشود. و این طراح است که با کشیدن طرح خود تعیین می‌کند که این لیزر به کدام قسمت از صفحهی چاپ برخورد کند. اشعه لیزر به صفحهی چاپ که یک لایه‌ی نازک از پودر روی آن قرار گرفته می‌تابد، و اولین لایه از شکل مورد نظر را روی پلتفرم چاپ دنبال می‌کند.
هدف لیزر گرم کردن پودر‌ها برای رسیدن به دمای نزدیک به دمای ذوب آنهاست تا بتواند آنها را به همدیگر بچسباند. زمانی که لایه‌ی اولی پرینت شد، صفحهی پرینت به اندازه 0.1 میلی متر پایین می‌آید تا یک لایه‌ی دیگر از پودر ماده مورد نظر روی لایه‌ی اول قرار بگیرد و لایه‌ی دوم شروع به پرینت شدن بکند.
این مراحل به طور مرتب انجام میشود تا جاییکه پرینت قطعه به پایان برسد. بعد از پرینت باید منتظر ماند تا دمای قطعه و پودری که قطعه را احاطه کرده است پایین بیاید.
حقیقت‌هایی خاص در مورد تکنولوژی SLS
در ابتدا باید گفت تکنولوژی SLS مقرون به صرفه تر از دیگر روش‌های پرینت سه بعدی نظیر SLA و FDM است.از این رو این مساله باعث میشود پرینت سه بعدی به اصلی‌ترین متد تکنولوژی تبدیل شود و بتواند در جریان اصلی فنی و تکنولوژیک نقش اصلی را ایفا کند چرا که قیمت تمام شده را شدیدا تحت تاثیر قرار داده و کاهش می‌دهد.
ثانیاً بر خلاف دیگر تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی که فقط برای تولید نمونه‌ها میتوان از آن استفاده کرد از تکنولوژی SLS هم برای تولید نمونه و هم برای مصرف میتوان پرینت گرفت.
توانایی بی‌نظیر این تکنولوژی در تولید محصول نهایی به جای تولید نمونه، میتواند در توانایی مورد استفاده قرار دادن مواد مختلف در این تکنولوژی خلاصه شود. در حالی که بیشتر تکنولوژی‌های موجود پرینت سه بعدی فقط می‌توانند قطعات پلاستیکی تولید کنند. تکنولوژی SLS میتواند از پلاستیک، شیشه، سرامیک و حتی فلز برای پرینت استفاده کند. این سیستم راه را برای تولید قطعات سلیقه‌ای و سفارشی و خاص را بسیار آسان می‌کند.
تکنولوژی SLS از لحاظ زمانی بسیار باصرفه‌تر از SLA و FDM است. به این که در تکنولوژی SLS هیچ نیازی به ساپورت گذاری برای قسمت‌هایی از قطعه که زیرشان خالیست ندارد در حالی که در دیگر تکنولوژی‌ها این کار بسیار معمول است. علاوه بر این تکنولوژی SLS به کمترین ابزار برای اعمال تغییرات پس از پرینت نیاز دارد. و معمولا قطعه پرینت شده میتواند مستقیما تحویل مصرف کننده شود.
آیا از تکنولوژی SLS میتوان در خانه استفاده کرد؟
در این زمان نه. استفاده از تکنولوژی SLS در خانه توصیه نمی‌شود زیرا این تکنولوژی از لیزرهای پرقدرت استفاده می‌کند و برای محیط خانه و مخصوصا خانه‌های معمولی اصلا مناسب نیست و خطرناک محسوب میشود. شاید مهمترین دلیل اینکه فقط شرکتهای بزرگ از دستگاه SLS استفاده می‌کنند همین باشد.
با این حال، مخترعانی هستند که تلاش می‌کنند دستگاههایی تولید کنند که مناسب استفاده در محیط خانه باشد.
