پرینتر سه بعدی SLM یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌ها در حوزه
پرینت سه بعدی است که به کمک آن، امکان ساخت مستقیم قطعات فلزی با دقت بسیار بالا فراهم می‌شود. این فناوری بر پایه ذوب انتخابی پودر فلز به‌وسیله لیزر پرقدرت عمل می‌کند. برخلاف روش‌های سنتی ساخت فلزات که وابسته به ماشین‌کاری یا ریخته‌گری هستند، در SLM قطعه از صفر و به صورت لایه‌لایه ساخته می‌شود.
کاربرد این فناوری در ساخت قطعاتی است که به مقاومت بالا، طراحی هندسی پیچیده و دقت میلی‌متری نیاز دارند. برای مثال، توربین‌های هواپیما، ایمپلنت‌های پزشکی و قطعات موتور خودرو، از جمله مواردی هستند که با پرینتر اس ال ام تولید می‌شوند. این فناوری در سال‌های اخیر باعث کاهش چشمگیر هزینه‌های تولید و افزایش انعطاف‌پذیری طراحی شده است.
چه تفاوت‌هایی میان تکنولوژی SLM و روش‌های دیگر چاپ فلز وجود دارد؟
در پرینتر سه بعدی SLM از لیزر بسیار پرقدرت برای ذوب کامل پودر فلز استفاده می‌شود. این فرآیند باعث می‌شود قطعه نهایی ساختاری کاملا یکپارچه و مستحکم داشته باشد. اما در پرینتر سه بعدی SLS، پودرها فقط به‌صورت نیمه‌ذوب یا ذوب سطحی به هم متصل می‌شوند.
همین تفاوت باعث می‌شود قطعات SLM از نظر استحکام، دقت ابعادی و خواص مکانیکی قوی‌تر باشند. به‌طور خلاصه، SLM انتخابی مناسب برای تولید قطعات فلزی نهایی با خواص مکانیکی بالا است، در حالی که SLS برای نمونه‌سازی یا تولید قطعات سبک‌تر با دقت کمتر کاربرد دارد.
سازوکار فنی پرینتر سه بعدی SLM در فرآیند ساخت فلزات
در این فرآیند، ابتدا یک لایه بسیار نازک از پودر فلزی روی سطح پلتفرم ساخت پخش می‌شود. سپس، لیزر پرقدرت با دقت بالا، پودر را در نقاط موردنظر طبق فایل طراحی CAD ذوب می‌کند. پس از اتمام ذوب، یک لایه جدید پودر اضافه شده و این فرایند تا شکل‌گیری کامل قطعه تکرار می‌شود. یکی از ویژگی‌های بارز پرینتر سه بعدی SLM این است که تمام مراحل تولید در یک محفظه با کنترل دقیق دما، فشار و جو بی‌اثر (اغلب آرگون) انجام می‌شود.
این ویژگی باعث می‌شود از اکسید شدن فلز در حین ساخت جلوگیری شود و خواص مکانیکی نهایی قطعه حفظ شود. از سوی دیگر، حرکت‌های دقیق هد لیزر توسط سیستم‌های اسکنر گالوانومتری کنترل می‌شود تا بالاترین دقت ممکن به‌دست آید. فرایند ساخت در پرینتر اس ال ام به دلیل دمای بسیار بالا (بیش از 1500 درجه سانتی‌گراد) و دقت میکرونی در لایه‌گذاری، یکی از دقیق‌ترین روش‌های تولید قطعات فلزی محسوب می‌شود.
چه آلیاژهایی در پرینتر سه بعدی SLM قابل استفاده هستند؟
در پرینتر سه بعدی SLM از آلیاژهای متنوع و تخصصی برای ساخت قطعات استفاده می‌شود. این تنوع به طراحان و مهندسان اجازه می‌دهد تا بر اساس نیاز کاربردی، بهترین متریال را انتخاب کنند. در ادامه به پرکاربردترین آلیاژهای مورد استفاده در این فناوری اشاره شده است:
- تیتانیوم: برای تولید قطعات سبک و مقاوم در صنایع پزشکی و هوافضا استفاده می‌شود.
- اینکونل: برای ساخت قطعات مقاوم به حرارت در صنایع نفت، گاز و توربین‌های گازی کاربرد دارد.
- آلومینیوم: در ساخت قطعات سبک و رسانا در خودرو و هواپیما به‌کار می‌رود.
- فولاد ضدزنگ: در ابزارهای صنعتی با مقاومت بالا در برابر خوردگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- کبالت-کروم: برای تولید ایمپلنت‌های دندانی و ارتوپدی با دوام بالا به‌کار می‌رود.
- مس و آلیاژهای مسی: در قطعات الکترونیکی و رساناهای دقیق برای انتقال حرارت و جریان استفاده می‌شود.
مهم‌ترین مزایای پرینتر سه بعدی SLM
فناوری پرینتر اس ال ام به دلیل مزایای فراوان، در بسیاری از صنایع به عنوان یک فناوری تحول‌آفرین شناخته می‌شود. در ادامه به مهم‌ترین مزایای این فناوری اشاره می‌کنیم:
- دقت میکرونی: امکان تولید قطعات با تلرانس بسیار بالا را فراهم می‌کند.
- ساخت بدون قالب: قابلیت تولید مستقیم قطعات پیچیده را بدون نیاز به ابزار خاص فراهم می‌کند.
- بهینه‌سازی وزن: اجازه می‌دهد قطعات سبک‌تر با طراحی مشبک ساخته شوند.
- تنوع متریال: امکان استفاده از آلیاژهای خاص برای کاربردهای تخصصی را فراهم می‌کند.
- کاهش پرت مواد: در مقایسه با روش‌های سنتی، مصرف متریال را به حداقل می‌رساند.
مراحل اجرای پروژه با پرینتر سه بعدی SLM از صفر تا صد
فناوری پرینتر اس ال ام به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های تولید قطعات فلزی، از طراحی دیجیتال تا ساخت فیزیکی مراحل دقیقی دارد. مراحل اجرای کامل یک پروژه SLM معمولا به ترتیب زیر است:
طراحی سه‌بعدی
مدل‌سازی قطعه مورد نظر با نرم‌افزارهای CAD برای اطمینان از انطباق هندسی و عملکردی آغاز می‌شود.
تبدیل به فایل قابل چاپ
مدل نهایی به فرمت STL تبدیل شده و آماده‌سازی برای فرآیند ساخت آغاز می‌گردد.
انتخاب آلیاژ و آماده‌سازی پودر فلزی
پودر فلز مورد نیاز بر اساس کاربرد نهایی انتخاب و در دستگاه بارگذاری می‌شود.
تنظیمات دستگاه و شروع فرآیند ساخت
تنظیمات دستگاه شامل دما، انرژی لیزر و پارامترهای اسکن انجام شده و ساخت آغاز می‌شود.
خنک‌سازی و استخراج قطعه
پس از اتمام چاپ، قطعه در محفظه خنک شده و پودر باقی‌مانده به‌دقت جدا می‌شود.
چالش‌های فنی و محدودیت‌های استفاده از پرینتر سه بعدی SLM
یکی از اصلی‌ترین محدودیت‌ها، وابستگی بالا به دقت پارامترهای فرآیند است. کوچک‌ترین انحراف در توان لیزر، سرعت اسکن یا ضخامت لایه می‌تواند منجر به تنش پسماند، تاب‌برداشتن یا حتی شکستن قطعه شود. از سوی دیگر، نیاز به استفاده از پودرهای فلزی با خلوص بالا و توزیع دانه‌بندی دقیق، هزینه مواد مصرفی را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
چاپ قطعات با دیواره‌های نازک یا ساختارهای بلند نیز می‌تواند به ایجاد اعوجاج حرارتی و ناپایداری مکانیکی منجر شود. همچنین، محدودیت در حجم ساخت دستگاه‌های SLM، مانع از تولید قطعات بسیار بزرگ در یک مرحله می‌شود و نیاز به تقسیم قطعات و مونتاژ مجدد ایجاد می‌کند.
در نهایت، نیاز به شرایط ایزوله و استفاده از گازهای بی‌اثر مانند آرگون، فرآیند نصب، راه‌اندازی و بهره‌برداری از دستگاه‌های SLM را نسبت به روش‌های دیگر پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر می‌سازد.
کاربردهای صنعتی پرینتر سه بعدی SLM
برخلاف
پرینتر سه بعدی LCD که بیشتر در تولید قطعات پلیمری ظریف استفاده می‌شود، یا
پرینتر سه بعدی SLS که عمدتا برای ساخت نمونه‌های اولیه پلیمری به‌کار می‌رود، تکنولوژی SLM قادر است قطعات فلزی نهایی را با ویژگی‌های عملکردی دقیق تولید کند. در صنعت هوافضا، این تکنولوژی برای ساخت قطعات سبک و مستحکم با طراحی‌های بهینه‌شده، نظیر براکت‌ها، ایمپلنت‌ها و اجزای توربین‌ها به‌کار گرفته می‌شود.
در پزشکی، ایمپلنت‌های سفارشی از جنس تیتانیوم یا کبالت-کروم که با ابعاد دقیق استخوان یا مهره بیمار منطبق هستند، از طریق SLM ساخته می‌شوند. در صنعت خودرو، برای کاهش وزن و افزایش عملکرد حرارتی قطعاتی نظیر منیفولدها و سیستم‌های خنک‌کننده، این روش انتخابی ممتاز است. همچنین، در صنایع نفت و گاز، ابزارهایی با مقاومت بالا به خوردگی و فشار، توسط این فناوری تولید می‌شوند.
