پرینت سه بعدی فلزات

ساخت قطعات افزایشی فلزات این امکان را فراهم می کند که به سرعت نمونه های اولیه ساخته شده از مواد مشابه اجزای تولید شده ایجاد شود. در پرینت سه بعدی فلزات ضایعات بسیار کمی وجود دارد که قیمت پرینت سه بعدی فلزی در تیتانیم ، فلزات گرانبها و آلیاژهای خاص را کاهش می دهد. در واقع، تقریباً هر صنعتی که از قطعات یا وسایل فلزی استفاده می کند، از صرفه جویی در زمان، پول، نیروی کار و مواد ارائه شده توسط چاپ سه بعدی فلز بهره مند شده است.

چاپ سه بعدی فلز در حال حاضر در صنعت برای ایجاد اجزای ابزار و قطعات نهایی در بخش هایی مانند بخش های هوافضا و خودرو استفاده می شود. چاپ سه بعدی فلز می تواند اجزای هواپیما یا موتورهای موشک را نیز تولید کند و باعث کاهش وزن و کاهش قیمت پرینت سه بعدی فلزی شود. پرینت سه بعدی فلزات در بخش پزشکی مانند ایجاد ایمپلنت کاربرد دارد. تولید افزودنی های فلزی حتی می تواند در بخش دریایی برای طراحی پروانه های قایق استفاده شود.

قطعات حاصل از پرينت سه بعدي فلزات

پرینت سه بعدی فلزات با روش LPBF

متداول ترین فناوری پرینت سه بعدی فلزات ، ذوب لیزری مبتنی بر بستر پودر (LPBF) است که بیشتر به عنوان ذوب انتخابی لیزری (SLM) شناخته می شود که حدود 80 درصد پرینترهای سه بعدی فلزی را تشکیل می دهد. LPBF با طیف گسترده ای از مواد مانند آلومینیوم، تیتانیوم، آهن، نیکل، کبالت، آلیاژهای پایه مس و کامپوزیت های آن استفاده می شود و شامل یک یا چندین لیزر است که به آرامی و پیوسته، لایه به لایه از پودر فلزی را ذوب می کند و ذرات ریز درون فلز را همجوشی می کند.

مانند هر تکنیک پرینت سه بعدی ، طراحی یک قطعه با ایجاد مدل سه بعدی با استفاده از نرم افزار CAD آغاز می شود. سپس این قسمت توسط یک برش دهنده به چندین لایه بریده می شود. لازم به ذکر است که ضخامت یک لایه معمولاً بین 20 تا 60 میکرون متغیر است.

برای شروع فرآیند پرینت سه بعدی فلزات با LPBF ، چاپگر سه بعدی محفظه خود را با گاز بی اثر پر می کند و سپس آن را تا دمای بهینه پرينت گرم می کند. سپس طبق ضخامت لایه ای که قبلاً توسط نرم افزار تعریف شده بود، یک لایه نازک از پودر بر روی پلتفرم ساخت اعمال می شود. سپس لیزر فیبر نوری، سطح مقطع قطعه را اسکن می کند و ذرات فلز را با هم ذوب می کند. وقتی لایه تمام شد، پلتفرم به سمت پایین حرکت می کند و اجازه می دهد یک لایه دیگر از پودر اضافه شود. این روند تا زمانی که قسمت نهایی به دست آید تکرار می شود.

روش LPBF

سپس چاپگر سه بعدی باید خنک شود و پودر ذوب نشده از سینی خارج شود تا قسمت چاپ شده قابل مشاهده باشد. برخلاف فناوری SLS ، در روش LPBF پدیده‌های تاب برداشتن و اعوجاج مشاهده شده در دماهای بالا کاهش می یابد. این عوامل معمولاً با روش های برش یا ماشین کاری یا با الکتروسایش سیم حذف می شوند. قطعات را می توان برای کاهش تنش های پسماند و بهبود خواص مکانیکی عملیات حرارتی کرد. پس فرآوری بیشتر می تواند شامل مراحل ماشینکاری CNC و فرآیندهای پرداخت برای ارائه کیفیت سطح بهتر باشد.

پرینت سه بعدی FDM

در پرینت سه بعدی FDM (لایه نشانی فیلامنت ذوبی) ، از فیلامنت اکسترود شده از طریق یک نازل استفاده می شود. در پرینت سه بعدی FDM زمانی که از فیلامنت پلاستیکی تزریق شده با پودر فلز یا فیلامنت های تقریباً تمام فلز استفاده می شود، به فناوری چاپ فلز تبدیل می شود. بخش پلاستیکی فیلامنت (یا بایندر) در مرحله پس از پردازش برداشته می شود تا بخشی که تا 97 درصد فلز است، ظاهر شود. فیلامنت های فلزی برای اکسترودرهای دستگاه FDM نیز ساینده هستند، بنابراین لازم است از اکسترودرهای فولادی تقویت شده یا سخت شده استفاده شود.

پرینت سه بعدی FDM

پرینت سه بعدی FDM کم هزینه ترین راه برای تولید قطعات فلزی است، زیرا فیلامنت فلزی را می‌توان در طیف گسترده‌ای از پرینترهای سه بعدی رومیزی استفاده کرد. روش پرینت سه بعدی FDM نسبت به سایر فناوری های چاپ سه بعدی فلز دقت کمتری دارد و این روش به پشتیبانی نیاز دارد که می تواند هندسه قطعات را محدود کند. قطعات فیلامنت فلزی نیز نیاز به جداسازی و تف جوشی دارند (اغلب توسط شخص ثالث) که باعث کاهش سرعت تولید می شود.

قطعات چاپ شده با روش پرینت سه بعدی FDM ممکن است تا یک سوم از حجم خود را در پس پردازش از دست بدهند، بنابراین باید قبل از فرآیند چاپ محاسبه شوند که مدیریت این محاسبات به کمک  نرم افزار انجام می شود.

پرینت سه بعدی فلزات با روش EBM

پرینت سه بعدی فلزات با روش ذوب پرتو الکترونی (EBM) یکی دیگر از فناوری های همجوشی بستر پودری است که از پرتو الکترونی به جای لیزر برای ذوب و همجوشی کامل مواد فلزی استفاده می شود. این روش دقت کمتری نسبت به SLM دارد اما می تواند قطعات بزرگتر را سریعتر تولید کند. فرآیند EBM در خلاء و در دماهای بالا انجام می شود و در نتیجه اجزای تنش زدایی شده با خواصی بهتر از ریخته گری حاصل می شود.

روش EBM

پرینت سه بعدی فلزات با روش DED

رسوب نشانی مستقیم انرژی (DED) یک روش چاپ سه بعدی فلز است که از یک منبع انرژی متمرکز مانند قوس پلاسما ، لیزر یا پرتو الکترونی برای ذوب ماده ای که به طور همزمان توسط یک نازل رسوب می کند استفاده می شود. این یک فرآیند تولید پیچیده است که اغلب برای تعمیر و نگهداری استفاده می شود.

روش DED

قیمت پرینت سه بعدی فلزی

پرینت سه بعدی فلز مقرون به صرفه ترین روش تولید برای همه حجم ها نیست. در حجم های بالا، اکثر فرآیندهای تولید دیگر به طور قابل توجهی مقرون به صرفه تر هستند. با این حال، برای بخش قابل توجهی از تولید با حجم کم تا متوسط، قیمت پرینت سه بعدی فلزی می تواند مقرون به صرفه ترین راه برای ساخت قطعات باشد. به عنوان مثال بیشتر اجسام سه بعدی طراحی شده برای فرز CNC با پرینت سه بعدی فلزات سازگار نیستند. در روش تولید با CNC تیراژ تولیدی بالا است و قیمت پرینت سه بعدی فلزی آن بسیار بالا خواهد بود.