چاپ سه بعدی فلزی

اخیراً، ما نمایشی از فلز انجام دادیمچاپ سه‌بعدیو ما آن را با موفقیت به پایان رساندیم، پس فلز چیست؟چاپ سه‌بعدیمزایا و معایب آن چیست؟

چاپ سه بعدی فلز یک فناوری تولید افزایشی است که با افزودن لایه به لایه مواد فلزی، اشیاء سه بعدی را می‌سازد. در اینجا مقدمه‌ای مفصل در مورد چاپ سه بعدی فلز ارائه شده است:

اصل فنی
پخت لیزری انتخابی (SLS): استفاده از پرتوهای لیزر پرانرژی برای ذوب و پخت انتخابی پودرهای فلزی، گرم کردن ماده پودر تا دمایی کمی پایین‌تر از نقطه ذوب آن، به طوری که پیوندهای متالورژیکی بین ذرات پودر تشکیل شود و در نتیجه جسم لایه به لایه ساخته شود. در فرآیند چاپ، ابتدا یک لایه یکنواخت از پودر فلز روی سکوی چاپ قرار می‌گیرد و سپس پرتو لیزر پودر را مطابق با شکل مقطع جسم اسکن می‌کند، به طوری که پودر اسکن شده ذوب و جامد می‌شود، پس از اتمام یک لایه چاپ، سکو فاصله مشخصی را طی می‌کند و سپس یک لایه جدید از پودر پخش می‌کند، فرآیند فوق را تا زمانی که کل جسم چاپ شود، تکرار می‌کند.
ذوب انتخابی لیزری (SLM): مشابه SLS، اما با انرژی لیزر بالاتر، پودر فلز می‌تواند به طور کامل ذوب شود تا ساختاری متراکم‌تر تشکیل شود، چگالی بالاتر و خواص مکانیکی بهتری حاصل می‌شود و استحکام و دقت قطعات فلزی چاپ شده بالاتر، نزدیک یا حتی بیشتر از قطعات تولید شده با فرآیند تولید سنتی است. این روش برای ساخت قطعات در هوافضا، تجهیزات پزشکی و سایر زمینه‌هایی که نیاز به دقت و عملکرد بالا دارند، مناسب است.
ذوب پرتو الکترونی (EBM): استفاده از پرتوهای الکترونی به عنوان منبع انرژی برای ذوب پودرهای فلزی. پرتو الکترونی دارای ویژگی‌های چگالی انرژی بالا و سرعت اسکن بالا است که می‌تواند به سرعت پودر فلز را ذوب کرده و راندمان چاپ را بهبود بخشد. چاپ در محیط خلاء می‌تواند از واکنش مواد فلزی با اکسیژن در طول فرآیند چاپ جلوگیری کند، که برای چاپ آلیاژ تیتانیوم، آلیاژ پایه نیکل و سایر مواد فلزی حساس به محتوای اکسیژن، که اغلب در هوافضا، تجهیزات پزشکی و سایر زمینه‌های پیشرفته استفاده می‌شود، مناسب است.
اکستروژن مواد فلزی (ME): روش تولید مبتنی بر اکستروژن مواد، از طریق سر اکستروژن، مواد فلزی به شکل ابریشم یا خمیر اکسترود می‌شوند و همزمان حرارت داده و پخته می‌شوند تا قالب‌گیری لایه به لایه انجام شود. در مقایسه با فناوری ذوب لیزری، هزینه سرمایه‌گذاری کمتر، انعطاف‌پذیرتر و راحت‌تر است، به ویژه برای توسعه اولیه در محیط‌های اداری و صنعتی مناسب است.
مواد رایج
آلیاژ تیتانیوم: دارای مزایای استحکام بالا، چگالی کم، مقاومت در برابر خوردگی خوب و زیست سازگاری است که به طور گسترده در هوافضا، تجهیزات پزشکی، خودرو و سایر زمینه‌ها مانند تیغه‌های موتور هواپیما، مفاصل مصنوعی و سایر قطعات تولیدی استفاده می‌شود.
فولاد ضد زنگ: دارای مقاومت در برابر خوردگی، خواص مکانیکی و خواص پردازشی خوب، هزینه نسبتاً کم، یکی از مواد رایج در چاپ سه بعدی فلزی است و می‌تواند برای ساخت انواع قطعات مکانیکی، ابزارها، دستگاه‌های پزشکی و غیره مورد استفاده قرار گیرد.
آلیاژ آلومینیوم: چگالی کم، استحکام بالا، رسانایی حرارتی خوب، مناسب برای ساخت قطعات با وزن بالا مانند بلوک سیلندر موتور خودرو، قطعات سازه‌ای هوافضا و غیره.
آلیاژ پایه نیکل: با استحکام عالی در دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون، اغلب در ساخت قطعات دما بالا مانند موتور هواپیما و توربین‌های گازی استفاده می‌شود.
مزیت
درجه بالای آزادی طراحی: توانایی دستیابی به ساخت اشکال و ساختارهای پیچیده، مانند ساختارهای شبکه‌ای، ساختارهای بهینه‌شده از نظر توپولوژیکی و غیره، که دستیابی به آنها در فرآیندهای تولید سنتی دشوار یا غیرممکن است، فضای نوآوری بیشتری را برای طراحی محصول فراهم می‌کند و می‌تواند قطعات سبک‌تر و با کارایی بالا تولید کند.
کاهش تعداد قطعات: چندین قطعه را می‌توان در یک کل ادغام کرد، که این امر باعث کاهش فرآیند اتصال و مونتاژ بین قطعات، بهبود راندمان تولید، کاهش هزینه‌ها و همچنین بهبود قابلیت اطمینان و پایداری محصول می‌شود.
نمونه‌سازی سریع: این روش می‌تواند نمونه اولیه یک محصول را در مدت زمان کوتاهی تولید کند، چرخه توسعه محصول را سرعت بخشد، هزینه‌های تحقیق و توسعه را کاهش دهد و به شرکت‌ها کمک کند تا محصولات خود را سریع‌تر به بازار عرضه کنند.
تولید سفارشی: با توجه به نیازهای فردی مشتریان، می‌توان محصولات منحصر به فردی را برای برآورده کردن نیازهای ویژه مشتریان مختلف، مناسب برای ایمپلنت‌های پزشکی، جواهرات و سایر زمینه‌های سفارشی، تولید کرد.
محدودیت
کیفیت سطح پایین: زبری سطح قطعات فلزی چاپ شده نسبتاً زیاد است و برای بهبود سطح نهایی، به عملیات پس از چاپ مانند سنگ زنی، پولیش، سندبلاست و غیره نیاز است که هزینه و زمان تولید را افزایش می‌دهد.
نقص‌های داخلی: ممکن است نقص‌های داخلی مانند منافذ، ذرات ذوب نشده و ذوب ناقص در طول فرآیند چاپ وجود داشته باشد که بر خواص مکانیکی قطعات تأثیر می‌گذارد، به خصوص در اعمال بار زیاد و بار چرخه‌ای، لازم است با بهینه‌سازی پارامترهای فرآیند چاپ و اتخاذ روش‌های مناسب پس از پردازش، وقوع نقص‌های داخلی را کاهش دهیم.
محدودیت‌های مواد: اگرچه انواع مواد چاپ سه‌بعدی فلزی موجود در حال افزایش است، اما هنوز محدودیت‌های خاصی در مقایسه با روش‌های تولید سنتی وجود دارد و چاپ برخی از مواد فلزی با کارایی بالا دشوارتر و هزینه آنها بالاتر است.
مسائل مربوط به هزینه: هزینه تجهیزات و مواد چاپ سه بعدی فلزی نسبتاً بالا و سرعت چاپ پایین است که به اندازه فرآیندهای تولید سنتی برای تولید در مقیاس بزرگ مقرون به صرفه نیست و در حال حاضر عمدتاً برای تولید دسته‌ای کوچک، سفارشی و مناطقی با عملکرد و کیفیت بالای محصول مناسب است.
پیچیدگی فنی: چاپ سه بعدی فلز شامل پارامترهای پیچیده فرآیند و کنترل فرآیند است که نیاز به اپراتورهای حرفه ای و پشتیبانی فنی دارد و به سطح فنی و تجربه بالای اپراتورها نیاز دارد.
زمینه کاربرد
هوافضا: برای ساخت پره‌های موتور هواپیما، دیسک‌های توربین، سازه‌های بال، قطعات ماهواره و غیره استفاده می‌شود که می‌تواند وزن قطعات را کاهش دهد، راندمان سوخت را بهبود بخشد، هزینه‌های تولید را کاهش دهد و عملکرد و قابلیت اطمینان بالای قطعات را تضمین کند.
خودرو: تولید بلوک سیلندر موتور خودرو، پوسته گیربکس، قطعات سازه‌ای سبک و غیره، برای دستیابی به طراحی سبک خودرو، بهبود مصرف سوخت و عملکرد.
پزشکی: تولید تجهیزات پزشکی، مفاصل مصنوعی، ارتزهای دندانی، تجهیزات پزشکی قابل کاشت و غیره، با توجه به تفاوت‌های فردی بیماران، تولید سفارشی، مناسب بودن تجهیزات پزشکی و اثرات درمانی را بهبود می‌بخشد.
ساخت قالب: ساخت قالب‌های تزریق، قالب‌های ریخته‌گری تحت فشار و غیره، چرخه ساخت قالب را کوتاه می‌کند، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد، دقت و پیچیدگی قالب را بهبود می‌بخشد.
الکترونیک: تولید رادیاتور، پوسته، برد مدار تجهیزات الکترونیکی و غیره، برای دستیابی به تولید یکپارچه سازه‌های پیچیده، بهبود عملکرد و اثر اتلاف حرارت تجهیزات الکترونیکی.
جواهرات: با توجه به خلاقیت طراح و نیازهای مشتری، می‌توان انواع جواهرات منحصر به فرد را برای بهبود راندمان تولید و شخصی‌سازی محصول تولید کرد.