پرینت سه بعدی | روشی نوین برای ساخت سریع نمونه قطعات صنعتی

پرینت سه بعدی؛ فرایند تولیدی لایه به لایه

پرینت سه بعدی که به عنوان یک روش تولید افزودنی نیز از آن نام برده می‌شود، فرایندی برای ایجاد یک شی سه بعدی لایه به لایه است. این شی از روی یک طرح کامپیوتری ایجاد می‌شود. پرینت سه بعدی برعکس فرآیندهای تولید کاهنده، یعنی فرایندهایی که طرح نهایی از کندن مواد از یک بلوک بزرگتر پدید می‌آید، عمل می‌کند. به همین خاطر پرینت سه بعدی کاهش هدر رفت مواد مصرفی را به دنبال دارد. در این مطلب قصد داریم به معرفی پرینت سه بعدی بپردازیم.

پرینت سه بعدی چیست؟

فناوری‌های پرینت سه بعدی یا ساخت افزودنی (AM)، قطعات سه بعدی را از مدل‌هایی که توسط کامپیوتر ایجاد شده‌اند و با افزودن متوالی لایه به لایه مواد می‌سازد. فرایند افزودن لایه‌ها تا جایی ادامه پیدا می‌کند که شکل فیزیکی جسم کامل شود. تمام فرآیندهای چاپ سه بعدی با یک مدل CAD شروع می‌شود که برای آماده‌سازی طرح باید به نرم‌افزار ارسال شود. بسته به فناوری، چاپگر سه بعدی ممکن است با جامد کردن رزین یا پودر تف‌جوشی، قطعه را به شکل لایه به لایه تولید کند. سپس قطعات از چاپگر برداشته می‌شوند و برای کاربردهای خاص مورد پس‌پردازش قرار می‌گیرند.

فناوری‌های مورد استفاده در پرینت سه بعدی

همانطور که اشاره شد، بیشتر چاپگرهای سه بعدی با ایجاد لایه‌های جدید روی لایه‌های قبلی کار می‌کنند. اما تفاوت بیشتر آنها در شکل مواد خام و روشی است که دستگاه هر لایه را برای ساختن قسمت نهایی ذوب می‌کند. به طور کلی در چاپگرهای سه بعدی سه فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرد که در ادامه مطلب به توضیح آنها می‌پردازیم.

استریولیتوگرافی (SLA)

استریولیتوگرافی اولین فناوری چاپ سه بعدی در جهان بود که در دهه ۱۹۸۰ اختراع شد و هنوز هم یکی از محبوب‌ترین فناوری‌ها برای حرفه‌ای‌ها به شمار می‌رود. در چاپگرهای سه بعدی SLA برای تبدیل رزین مایع به پلاستیک سخت‌شده در طی فرآیند فوتوپلیمریزاسیون، از لیزر استفاده می‌شود.

چاپگرهای سه بعدی رزین SLA به دلیل توانایی در تولید نمونه‌های اولیه و قطعات با دقت بالا، همسانگرد و ضد آب در طیف وسیعی از مواد پیشرفته با ویژگی های ظریف و سطح صاف، طرفداران بسیار زیادی پیدا کرده‌اند. فرمول‌های رزین SLA طیف وسیعی از خواص نوری، مکانیکی و حرارتی را برای مطابقت با ترموپلاستیک‌های استاندارد، مهندسی و صنعتی ارائه می‌دهند.

قطعات SLA بالاترین دقت، واضح‌ترین جزئیات و صاف‌ترین سطوح را در میان تمام فناوری‌های چاپ سه بعدی دارند. اما مزیت اصلی استریولیتوگرافی در تطبیق‌پذیری آن است. سازندگان مواد، فرمول‌های نوآورانه رزین SLA را با طیف وسیعی از خواص نوری، مکانیکی و حرارتی ایجاد کرده‌اند تا با ترموپلاستیک‌های استاندارد، مهندسی و صنعتی مطابقت داشته باشند.

پرینت سه بعدی رزین یک گزینه عالی برای ساخت نمونه‌های اولیه بسیار دقیق است که به تلورانس‌های دقیق و سطوح صاف مانند قالب‌ها، الگوها و قطعات کاربردی نیاز دارند. پرینترهای سه بعدی SLA به طور گسترده در طیف وسیعی از صنایع از مهندسی و طراحی محصول گرفته تا ساخت، دندانپزشکی، جواهرات، مدل‌سازی و مدل‌های آموزشی استفاده می‌شوند. برای پرینت سه بعدی قطعات صنعتی می‌توانید از خدمات مجموعه متالکست استفاده کنید.

تف‌جوشی لیزری انتخابی (SLS)

تف جوشی لیزری انتخابی با قرار دادن یک لایه نازک پودر روی صفحه ساخت کار خود را شروع می‌کند. سپس لیزر سطح مقطع قطعه را ردیابی می‌کند و پودر پلاستیک یا فلز را ذوب می‌کند تا به شکل جامد تبدیل شود. در مرحله بعد، یک لایه جدید از پودر روی لایه قبلی قرار داده می‌شود و این روند تکرار ادامه می‌یابد.

تف جوشی لیزری انتخابی بیشتر برای ساخت قطعات پلیمری استفاده می‌شود و به دلیل خواص تولیدشده برای نمونه‌های اولیه یا قطعات کاربردی مناسب است. البته باید توجه داشت که امکان ایجاد قطعات با هندسه‌های پیچیده ممکن است دارای سطح دانه‌ای و تخلخل داخلی باشند، به این معنی که اغلب نیاز به پس‌پردازش وجود خواهد داشت. برای خدمات پرینت سه بعدی SLS پیشنهاد می‌کنیم از خدمات متالکست استفاده کنید.

مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM)

پلاستیک برای ماشین‌های FDM به صورت فیلامنت روی قرقره تحویل می‌شود. این رشته از داخل حفره‌ای که به اندازه کافی داغ است رانده می‌شود تا پلاستیک را ذوب کند. سپس پلاستیک از طریق یک نازل فشار داده می‌شود که آن را یک لایه در یک زمان قرار می‌دهد تا یک قسمت جامد بسازد.

به طور کلی FDM به عنوان ساده‌ترین روش پرینت سه بعدی است. این روش کاملا در دسترس، کارآمد و بسیار محبوب است. چاپگرهای FDM بازار پرینت سه بعدی را در دست دارند. همچنین این روش به طور قابل توجهی ساده‌تر از پرینت سه بعدی رزینی و بسیار ارزان‌تر از روش‌های مبتنی بر پودر مانند SLS است. متالکست ارائه‌دهنده خدمات پرینت سه بعدی در ایران است که با بهره‌گیری از فناوری‌های نوین امکان ساخت سریع نمونه انواع قطعات را فراهم کرده است.

انواع پرینت سه بعدی

چالشی که بسیاری از تازه‌واردان به دنیای پرینت سه بعدی با آن روبرو هستند، تمایز بین انواع مختلف فرآیندهای پرینت سه بعدی است. ناآشناها چاپ سه بعدی را صرفا رشته‌های پلاستیکی می‌دانند که از یک نازل داغ بیرون می‌زنند و روی هم چیده می‌شوند! در واقع، پرینت سه بعدی اصطلاحی است که چندین فرآیند بسیار متمایز را پوشش می دهد. در ادامه به معرفی انواع پرینت سه بعدی می‌پردازیم.

بایندر جتینگ (Binder Jetting)

جت بایندر یک لایه نازک از مواد همچون فلز، ماسه پلیمری یا سرامیک را روی پلتفرم ساخت قرار می‌دهد. پس از آن برای چسباندن ذرات به یکدیگر، از قطرات چسب استفاده می‌شود. این فرایند به شکل لایه به لایه پیش می‌رود و پس از تکمیل ممکن است به عملیات پس‌پردازش نیز نیاز باشد. از بایندر جت برای کاربردهای مختلفی از جمله چاپ سه بعدی قطعات فلزی، نمونه‌های اولیه رنگی و قالب‌های سرامیکی در مقیاس بزرگ استفاده می‌شود.

رسوب‌دهی مستقیم انرژی (Direct Energy Deposition)

رسوب‌دهی مستقیم انرژی برای ذوب سیم یا مواد اولیه پودری در هنگام رسوب، از انرژی حرارتی متمرکز مانند قوس الکتریکی، لیزر یا پرتو الکترونی استفاده می‌کند. این فرآیند به صورت افقی برای ساخت یک لایه طی می‌شود و لایه‌ها به صورت عمودی برای ایجاد یک قسمت روی هم قرار می‌گیرند. این فرآیند را می‌توان با مواد مختلفی از جمله فلزات، سرامیک‌ها و پلیمرها استفاده کرد.

اکستروژن مواد (Material Extrusion)

اکستروژن مواد یا مدل‌سازی رسوب ذوب‌شده (FDM) از یک قرقره فیلامنت استفاده می‌کند که با یک نازل گرم‌شده به سر اکستروژن داده می‌شود. سر اکستروژن گرم و نرم می‌شود و سپس مواد گرم‌شده در مکان‌های تنظیم شده قرار می‌گیرند. سپس مواد خنک می‌شوند تا یک لایه به وجود بیاید. در ادامه پلتفرم ساخت به سمت پایین حرکت می‌کند تا برای ایجاد لایه بعدی آماده شود.

با اینکه این فرآیند مقرون به صرفه است و چندان زمان‌بر نیست؛ اما دقت ابعادی کمی دارد و اغلب برای ایجاد یک روکش صاف به پس‌پردازش نیاز دارد. این فرآیند همچنین قطعات ناهمسانگرد ایجاد می‌کند؛ به این معنی که در یک جهت خاص ضعیف‌تر هستند و بنابراین برای کاربردهای حیاتی چندان مناسب نیست.

پرتاب مواد (Material Jetting)

پرتاب مواد به روشی مشابه چاپ جوهرافشان عمل می‌کند، به جز اینکه این فرآیند به جای قرار دادن جوهر روی یک صفحه، لایه‌هایی از مواد مایع را از یک یا چند هد چاپ رسوب می‌دهد. سپس لایه‌ها قبل از شروع مجدد فرآیند برای لایه بعدی، پخت می‌شوند. جت کردن مواد نیاز به استفاده از ساختارهای نگهدارنده دارد، اما امکان ساخت آنها از یک ماده محلول در آب وجود دارد که می‌تواند پس از تکمیل ساخت، شسته شود.

لازم به ذکر است که پرتاب مواد به عنوان یک فرآیند دقیق، یکی از گران‌ترین روش‌های پرینت سه‌بعدی است. همچنین قطعات حاصل معمولا شکننده هستند و به مرور زمان تخریب می‌شوند. با این حال، این فرآیند امکان ایجاد قطعات تمام‌رنگی را در مواد مختلف فراهم می‌کند.

همجوشی بستر پودری (Powder Bed Fusion)

همجوشی بستر پودری (PBF) فرآیندی است که در آن انرژی حرارتی (مانند لیزر یا پرتو الکترونی) به طور انتخابی نواحی یک بستر پودر را به هم جوش و لایه‌هایی را تشکیل می‌دهد. بدین ترتیب لایه‌هایی روی یکدیگر ساخته می‌شوند تا یک بخش از قطعه را ایجاد کنند. نکته‌ای که باید به آن توجه داشت این است که PBF هر دو فرآیند پخت و ذوب را با هم انجام می‌دهد.

روش اصلی عملکرد همه سیستم‌های بستر پودری یکسان است: یک تیغه یا غلتک لایه‌ای نازک از پودر را روی سکوی ساخت رسوب می‌کند، سپس سطح بستر پودری با یک منبع حرارتی اسکن می‌شود که ذرات را به صورت انتخابی گرم می‌کند تا آنها را به یکدیگر بچسباند. هنگامی که یک لایه یا مقطع توسط منبع گرما اسکن شد، پلتفرم به سمت پایین حرکت می‌کند تا فرآیند دوباره در لایه بعدی آغاز شود. نتیجه نهایی حجمی شامل یک یا چند قسمت ذوبی است که توسط پودر بی پیرایه احاطه شده است.

لمینیت ورق (Sheet Lamination)

لمینت ورق را می‌توان به دو فناوری تقسیم کرد، تولید اشیا چند لایه (LOM) و ساخت افزودنی اولتراسونیک(UAM). روش LOM از لایه‌های متناوب مواد و چسب برای ایجاد مواردی با جذابیت بصری و زیبایی بهره می‌گیرد؛ در حالی که UAM از طریق جوشکاری اولتراسونیک به ورق‌های فلزی نازک می‌پیوندد. روش UAM یک فرآیند با دمای پایین و انرژی کم است که می‌تواند با آلومینیوم، فولاد ضد زنگ و تیتانیوم استفاده شود.

پرینت سه بعدی روشی مقرون به‌صرفه برای ساخت قطعات است

امروزه پرینترهای سه بعدی، باعث سرعت بخشیدن به نوآوری در ساخت قطعات شده‌اند. این فناوری در طیف وسیعی از کسب‌وکارهای مختلف به عنوان روشی مقرون به‌صرفه و قابل اطمینان برای نمونه‌سازی سریع قطعات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

متالکست سامانه سفارش آنلاین خدمات مدلسازی، ریخته گری و ماشین کاری است. پرینت سه بعدی یا 3d print یکی از روش هایی است که ما برای ساخت مدل های خاص از آن استفاده می کنیم. بارها مدل هایی با PLA ساخته ایم که برای ریخته گری یک قطعه خاص و پیچیده و یا تعداد کم ریخته گری کرده ایم. ما در متالکست با برخورداری از نیروهای متخصص و فناوری‌های نوین، امکان ساخت قطعات با کیفیت بالا و قیمت‌های رقابتی را فراهم کرده‌ایم. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره خدمات پرینت سه بعدی، لطفا با کارشناسان ما در متالکست با شماره ۰۲۱۹۱۰۳۵۵۹۰ تماس بگیرید.