تماس با ما
آدرس
ساعات کاری
مقدمه: از رویکردهای سنتی تا نوآوری‌های ساخت افزایشی
صنعت تولید قطعات فلزی در طول تاریخ همواره به دنبال روش‌هایی برای ساخت محصولات قوی‌تر، سبک‌تر و با هندسه‌های پیچیده‌تر بوده است. برای سال‌ها، روش‌هایی مانند ریخته‌گری و ماشین‌کاری CNC فرآیندهای اصلی تولید بودند. این روش‌ها، با وجود کارایی بالا، دارای محدودیت‌های قابل توجهی در زمینه طراحی، زمان تولید و هزینه‌های ابزارسازی هستند.
امروزه، فناوری پرینت سه‌بعدی فلزات (Metal 3D Printing) یا تولید افزایشی فلزات (Additive Manufacturing) در حال تغییر این معادلات است. این فناوری، به جای تراشیدن مواد از یک قطعه بزرگ‌تر، قطعه نهایی را به صورت لایه به لایه می‌سازد. این تفاوت بنیادین، مزایای بی‌نظیری را به همراه دارد که مرزهای طراحی و مهندسی را جابجا کرده است. برای درک کامل این انقلاب، شناخت دقیق انواع مختلف پرینت سه‌بعدی فلزات و نحوه عملکرد هر یک ضروری است.
بررسی انواع فناوری‌های پرینت سه‌بعدی فلزات
تولید افزایشی فلزات یک فناوری واحد نیست، بلکه شامل چندین فرآیند مختلف است که هر یک مزایا، محدودیت‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در این بخش، به سه مورد از رایج‌ترین انواع آن که نقشی کلیدی در آینده تولید ایفا می‌کنند، می‌پردازیم.
۱. تف‌جوشی در بستر پودری (Powder Bed Fusion – PBF)
این فناوری، رایج‌ترین و شناخته‌شده‌ترین روش برای پرینت سه‌بعدی فلزات در کاربردهای صنعتی است. اساس کار این روش، استفاده از پودر فلز به عنوان ماده اولیه است. یک منبع انرژی پرتوان (معمولاً لیزر یا پرتو الکترونی) به صورت انتخابی ذرات پودر را در یک بستر فشرده به یکدیگر متصل می‌کند تا لایه به لایه، قطعه ساخته شود.
فرآیند به این صورت است: یک لایه بسیار نازک از پودر فلز روی یک صفحه ساخت پخش می‌شود. سپس یک منبع انرژی، طرح لایه فعلی قطعه را روی پودر اسکن می‌کند و با ذوب یا تف‌جوشی انتخابی پودر، لایه را تشکیل می‌دهد. پس از آن، صفحه ساخت به اندازه ضخامت یک لایه پایین می‌رود و یک لایه جدید از پودر روی آن پخش می‌شود. این چرخه تا زمان تکمیل قطعه ادامه پیدا می‌کند.
این دسته از فناوری، شامل دو زیرگروه اصلی است:
ذوب انتخابی لیزری (SLM) و تف‌جوشی لیزری مستقیم فلز (DMLS): این دو فرآیند از لیزر برای اتصال ذرات فلزی استفاده می‌کنند. در SLM، لیزر پودر را به طور کامل ذوب کرده و در DMLS، آن را به حالت تف‌جوشی می‌رساند. هر دو روش، قطعاتی با خواص مکانیکی عالی تولید می‌کنند.
ذوب با پرتو الکترونی (EBM): این روش به جای لیزر، از یک پرتو الکترونی برای ذوب پودر فلز استفاده می‌کند. فرآیند در یک محیط خلأ انجام می‌شود که آن را برای کار با مواد واکنش‌پذیری مانند تیتانیوم بسیار ایده‌آل می‌سازد. سرعت ساخت در این روش معمولاً بالاتر از روش‌های لیزری است و قطعات با کیفیت بسیار بالا تولید می‌کند.
۲. رسوب‌دهی انرژی مستقیم (Direct Energy Deposition – DED)
این روش رویکردی کاملاً متفاوت از روش‌های بستر پودری دارد. در فرآیند DED، مواد اولیه (معمولاً پودر یا سیم فلزی) به صورت همزمان با یک منبع انرژی (مانند لیزر یا پرتو الکترونی) از یک نازل خارج شده و روی سطح مورد نظر رسوب داده می‌شوند. این روش به جای ساخت لایه به لایه در یک بستر پودری، مواد را به صورت مستقیم و در یک محیط آزاد روی یک بستر یا قطعه موجود رسوب می‌دهد.
DED معمولاً برای کاربردهای زیر استفاده می‌شود:
تعمیر قطعات بزرگ و گران‌قیمت: این فناوری می‌تواند برای تعمیر سطوح فرسوده یا آسیب‌دیده قطعات صنعتی بزرگ مانند پره‌های توربین استفاده شود.
ساخت قطعات بزرگ از ابتدا: به دلیل سرعت بالا در رسوب‌دهی مواد، DED برای تولید قطعات بزرگ مناسب است که ساخت آنها با سایر روش‌ها غیرعملی است.
افزودن ویژگی‌های جدید: می‌توان با استفاده از این روش، لایه‌های جدیدی از مواد مختلف را به یک قطعه موجود اضافه کرد.
۳. اکستروژن پودر باند شده (Bound Powder Extrusion – BPE)
این روش، که در سیستم‌های Markforged محبوبیت یافته، رویکردی ساده‌تر، مقرون به صرفه‌تر و ایمن‌تر برای پرینت سه‌بعدی فلزات ارائه می‌دهد. BPE ترکیبی از فناوری‌های MIM (قالب‌گیری تزریق فلز) و FFF (ساخت فیلامنت ذوبی) است.
فرآیند به این صورت است که به جای پودر فلز آزاد و خطرناک، از یک فیلامنت پلیمری استفاده می‌شود که ذرات پودر فلز در آن باند شده‌اند. این فیلامنت مانند یک پرینتر پلاستیکی معمولی، به صورت لایه به لایه پرینت می‌شود. قطعه‌ای که از پرینتر خارج می‌شود، “قطعه سبز” (Green Part) نامیده می‌شود که ترکیبی از پلیمر و پودر فلز است و بسیار شکننده است.
این قطعه برای تبدیل شدن به یک قطعه فلزی نهایی، باید دو مرحله پس‌پردازش را طی کند:
شستشو: قطعه سبز در یک محلول شستشو قرار می‌گیرد تا اکثر پلیمر موجود در آن حل و جدا شود.
تف‌جوشی (Sintering): پس از شستشو، قطعه به یک کوره تف‌جوشی منتقل می‌شود. در دمای بالا، ذرات فلز به هم می‌چسبند و قطعه به ابعاد نهایی خود کوچک می‌شود (حدود ۱۷٪ کوچک‌تر). نتیجه نهایی، یک قطعه کاملاً فلزی و با تراکم بالا است.
مزیت اصلی این روش، سادگی فرآیند، نیاز کمتر به تجهیزات گران‌قیمت و ایمنی بالاتر به دلیل عدم استفاده از پودر آزاد فلزی است.
مزایای مشترک فناوری‌های پرینت سه‌بعدی فلزات
با وجود تفاوت در فرآیند، تمام این فناوری‌ها مزایای مشترکی را برای مهندسان و تولیدکنندگان فراهم می‌کنند که آنها را از روش‌های سنتی متمایز می‌سازد:
پیچیدگی هندسی بدون هزینه اضافی: در پرینت سه‌بعدی، هزینه و زمان تولید یک قطعه پیچیده با یک قطعه ساده تقریباً برابر است. این آزادی در طراحی، امکان ایجاد ساختارهای مشبک، کانال‌های داخلی و هندسه‌های بهینه را فراهم می‌کند که با روش‌های سنتی غیرممکن هستند.
سبک‌سازی و بهینه‌سازی وزن: با استفاده از ساختارهای مشبک و بهینه‌سازی شده، می‌توان وزن قطعات را تا ۵۰ درصد کاهش داد، که برای صنایع هوافضا و خودروسازی حیاتی است.
دسترسی به مواد پیشرفته: این فناوری‌ها امکان استفاده از طیف گسترده‌ای از مواد مانند فولاد ضدزنگ ۱۷-۴PH، فولاد ابزار H13 و آلیاژهای پیشرفته را فراهم می‌کنند.
نتیجه‌گیری
فناوری پرینت سه‌بعدی فلزات دیگر یک مفهوم علمی-تخیلی نیست، بلکه یک واقعیت صنعتی است که در حال تغییر دادن جهان تولید است. هر یک از فرآیندهای PBF، DED و BPE مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند و انتخاب روش مناسب به نیازهای پروژه بستگی دارد.
شرکت قطعه سازان پاک برنز، با درک کامل از انواع فناوری‌های پرینت سه‌بعدی فلزات، آماده است تا با استفاده از این فناوری‌ها، شما را در طراحی و تولید قطعاتی با کیفیت بی‌نظیر و عملکردی فوق‌العاده یاری کند. اگر به دنبال راه‌حل‌های نوآورانه برای پروژه‌های خود هستید، با ما تماس بگیرید تا با هم آینده صنعت را بسازیم.
شرکت های تابعه و همکاران
ساعت کاری
