slm 3d printer

تکنولوژی پرینتر سه بعدی Selective Laser Melting: SLM

Rating: 4.9/5. From 5 votes.
Please wait...

بررسی نوعی دیگری از فناوری پرینترهای سه بعدی فلزی

Powder Bed Fusion یک فرآیند پرینت سه بعدی برای تولید اجسام جامد است که در آن با استفاده از یک منبع حرارتی، همجوشی بین ذرات پودر فلز ایجاد می شود و هر بار یک لایه را شکل می دهد.

اکثر تکنولوژی های Powder Bed Fusion از مکانیسم هایی برای اضافه کردن پودر فلز در زمان ساخت جسم بهره می برند که در نتیجه جسم نهایی در بین پودر فلزات قرار می گیرد. تفاوت اصلی بین تکنولوژی های Powder Bed Fusion، در استفاده آنها از منابع انرژی مختلف مانند لیزر یا پرتو الکترون است.

انواع تکنولوژی بستر پودری همجوشی:

Direct Metal Laser Sintering: DMLS

 Selective Laser Melting: SLM

Electron Beam Melting: EBM

متریال: پودر فلز: آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، تیتانیوم

دقت ساخت ابعاد: ±0.1 میلیمتر

استفاده های متداول: قطعات فلزی کاربردی (صنایع هوا و فضا ، صنایع اتوماتیک)، پزشکی، دندانسازی

مزایا: قطعات بسیار قوی و کاربردی، هندسه های پیچیده

نقاط ضعف: سایز ساخت کوچک، بیشترین هزینه در بین همه تکنولوژی ها

اکنون به بررسی فرآیند SLM و DSLM میپردازیم:

(Direct Metal Laser Sintering (DMLS

(Selective Laser Melting (SLM

پرینتر3بعدی فلزی

هر دو تکنولوژی DMLS و SLM اجسام را شبیه به روش SLS تولید می کنند. تفاوت اصلی در این است که این دو تکنولوژی پرینت سه بعدی برای تولید قطعات فلزی به کار می روند.

در روش DMLS پودر فلز ذوب نمی شود، در عوض حرارت داده می شود تا به نقطه ای برسد که از لحاظ مولکولی با یکدیگر همجوشی پیدا کرده و ادغام شوند. در روش SLM از لیزر برای ذوب کامل پودر فلز استفاده می شود تا قطعه ای همگن تولید شود. این باعث می شود که قطعه تولیدی دارای یک نقطه ذوب مشخص باشد (چیزی که با یک آلیاژ تولید نشده است).

اصلی ترین تفاوت بین DMLS و SLM این است که اولی قطعات را با آلیاژهای فلزی ترکیبی میسازد و دومی تنها از یک عنصر مانند تیتانیوم استفاده می کند.

برخلاف SLS، در فرآیند های SMLS و SLM استفاده از ساختارهای ساپورت لازم است تا از احتمال بروز هر گونه اشکال جلوگیری شود ( با وجود این واقعیت که پودر های فلزی اطراف جسم، به صورت فیزیکی نقش ساپورت را نیز بازی می کنند).

به دلیل وجود درجه حرارت بالا، اجسامی که به روش های DMLS و SLM تولید می شوند، در خطر پیچش و انحراف در زیر فشار های پرینت قرار دارند. به همین سبب، معمولا پس از پایان پرینت و در حالی که قطعات روی بستر چاپ قرار دارند آنها را با حرارت پرداخت می کنند تا هرگونه فشار احتمالی پس از پرینت از روی آنها برداشته شود.

 

تکنیک SLM چیست؟

Selective Laser Melting یا ذوب انتخابی لیزر، یک روش تولید لایه افزایشی (additive manufacturing) است که به صورت اختصاصی، برای چاپ سه بعدی آلیاژهای فلزی توسعه یافته است. قبلا درباره نوع دیگر چاپ سه بعدی فلزی موسوم به «SLS: Selective Laser Sintering» مقاله ای ارائه کرده بودیم؛ در تکنیک SLM‌ نیز فرآیند مشابه است در واقع همان پلتفرم POWDER BED FUSION با متریال Powder Polymers Metal است؛ به این صورت که در یک فرآیند ذوب کامل و با ترکیب کردن پودر فلزات با یکدیگر، قطعه ای را تولید می کند.

 

همانند فرآیند SLS، قطعه فلزی شما از روی مدل سه بعدی و به صورت لایه به لایه ساخته می شود. بر خلاف DMLS، در روش SLM پودر فلزات کاملا ذوب می شوند و بنابراین در این روش به درجه حرارتی بالاتر از تکنیکهای مشابه پرینت سه بعدی فلز نیاز است. محفظه ساخت با یک گاز راکد پر می شود (مانند آرگون یا نیتروژن با سطح اکسیژن کمتر از 500 واحد در میلیون) تا شرایط مناسب را برای ذوب آماده کند.

فرآیند ذوب کامل به فلز اجازه می دهد تا یک بلوک همگن با مقاومت بالا ایجاد کند. این امر برای فلزات خالص مانند تیتانیوم و آلومینیوم عالی است. با توجه به این که در ذوب کامل ما به دمای بالاتری نیاز داریم، زمان لازم برای خنک شدن نیز نسبت به DLMS بیشتر خواهد بود.

نکته:‌ تکنولوژی SLM و دستگاههای مرتبط با آن صنعتی استراتژیک بوده و ایران جزء کشورهای تحریم شده در این حوزه است. اگرچه تحقیقات محدودی در کشور درحال انجام است و برخی شرکتها ادعای فروش و خدمات پرینتر 3 بعدی فلزی را دارند ولی هنوز تجاری و مرسوم و محصولاتشان بروز نبوده و قیمتها نیز بسیار بالاست.

 مراحل انجام فرآیند SLM همانند دیگر تکنولوژیهای افزایشی لیزری است: ابتدا، یک غلتک لایه ای پودر فلزی را اعمال می کند، سپس لیزر با توجه به فایل سه بعدی آن را شکل می دهد و پیش از اینکه لایه جدید پودر اعمال شود، بستر ساخت پایین می رود. این فرآیند تا زمانی که قطعه مورد نظر ساخته شود تکرار خواهد شد. پس از پایان، قطعه فلزی پیش از خروج باید خنک و سپس ذرات پودری اضافه دور قطعه حذف شوند.

در روش SLM از ساپورت نه تنها برای تقویت بخش ها و زاویه ها استفاده می شود بلکه برای ایجاد چسبندگی بیشتر به بستر نیز به کار گرفته می شوند. ساپورت ها پس از خنک شدن و به صورت دستی جدا می شوند.

همچنین تکنیک های تکاملی (پرداخت و پولیش) مختلف مانند فرزکاری، فرآیند حرارتی یا تراشکاری معمولا پس از پایان پرینت و به منظور دستیابی به بهترین عملکرد قطعه انجام می شود.

معرفی پرینترهای سه بعدی SLM

اولین الگوی SLM در انستیتو ILT فرانهوفر آلمان و در سال 1995 طراحی شد. این تکنولوژی در اوایل قرن حاضر، توسط کمپانی F&S با همکاری MCP HEK GmbH (که بعد ها به نام SLM Solutions GmbH تغییر نام داد) توسعه داده شد.

مهمترین محصولات پرینترهای سه بعدی SLM مربوط به شرکت SLM Solutions عبارتند از:

  • مدل SLM 500 که فضای ساخت بزرگ 500x280x365 میلیمتر دارد و از یک تکنولوژی منحصر به فرد پرتو چندگانه استفاده می کند.
  • مدل SLM 280 نیز برای بالا بردن بهره وری، از تکنولوژی پرتو چندگانه بهره می برد و فضای ساخت 280x280x365 میلیمتر دارد.

مدل SLM 125 جمع و جورترین دستگاه SLM است که فضای ساخت آن 125x125x125 میلیمتر است.

چاپگر3بعدی slm

مزایای پرینت سه بعدی SLM

فرآیند SLM یک تکنیک صنعتی برای شرکتهایی است که می خواهند قطعات فلزی خود را به منظور نمونه سازی با کیفیت بالا، شخصا تولید کنند، بسیار پرسود و مناسب است. با این روش می توان طراحهای پیچیده و جزئیات بالا را نیز تولید کرد که با توجه به محدودیت های فرآیندهای قدیمی، در آنها امکان پذیر نبود. برای مثال، SLM می تواند اجزا چندگانه (مانند چفت و بست یا پایه ها) را ادغام کند و یک جسم واحد بسازد. این کار باعث کمتر شدن هزینه و زمان برای مونتاژ می شود.

مقاله مرتبط: پرینتر سه بعدی بایندرجت چیست؟

همچنین با SLM می توان اجسامی با دیواره نازک و هندسه پیچیده ساخت، به این معنی که امکان تولید طراحی های سبک وزن نیز وجود دارد. سفارشی سازی و سرعت در تحویل نیز از مزایای دیگر این تکنولوژی محسوب می شوند.

متریال پرینت سه بعدی SLM

شما می توانید از پرینت سه بعدی با آلومینیوم AlSi7Mg0,6 استفاده کنید. برای مقاصد دیگر همچنین پیشنهاد می کنیم از پرینتهای دیگر فلزی مانند DMLS یا تکنیک Metal Casting نیز استفاده کنید.

  • در DLMS: فولاد ضد زنگ SS316L و تیتانیوم TiAl64V درجه 5
  • در Metal Casting: نقره و برنج

در تکنولوژی SLM از آلیاژهای فلزی زیادی می توان استفاده کرد. اگر می خواهید یک پروژه فلزی را پرینت سه بعدی کنید تعدادی از آلیاژهای فلزی زیر را پیشنهاد می کنیم:

  • فولاد مارایجینگ
  • فولاد ضد زنگ: SS17-4 یا SS15-5
  • تیتانیوم Ti6Al4V درجه 23
  • کبالت کروم
  • HastelloyX

کاربرد 3D Printer SLM:

با تکنیکهای تولید افزایشی فلزی مانند SLM و DMLS می توان قطعات فلزی مفیدی تولید کرد که کاملا کاربردی هستند و به سرعت ساخته می شوند و تکنولوژی های دیگر قادر به انجام آن نیستند.

آلومینیوم و دیگر آلیاژهای فلزی که در SLM استفاده می شوند، در مقابل فشار و حرارت مقاومت بسیار بالایی دارند و به همین دلیل درخواست های بسیاری در زمینه های مهندسی مکانیک و مهندسی شیمی برای این تکنولوژی وجود دارد. وزن کمتر، عملکرد بهتر، کاهش هزینه و کارایی ساده تر نتایجی هستند که به لطف وجود تکنولوژی SLM به دست آمده اند.

مقاله مرتبط:‌ مقایسه دو فناوری پرینتر سه بعدی: FDM vs SLA

هوافضا و صنایع وابسته به آن اولین کسانی هستند که از این تکنولوژی بهره مند می شوند (و به همین دلیل کشور ایران در این صنعت تحریم بین المللی گردیده است). قطعات SLM در ابزار، تجهیزات، بخشهای موتور مانند روتور و پروانه، کانال های خنک کننده و غیره استفاده میشوند. صنایع اتوماتیک، بخش های تحقیقاتی، مهندسی پزشکی و دندانسازی نیز از استفاده کنندگان معمول این تکنولوژی محسوب میگردد.

با پیشرفت و دستیابی به روش جدید تولید با فلز، SLM در زمینه های ذکر شده تقویت شده است و در زمینه های بیشتری نیز وارد خواهد شد.

در پایان این مقاله، ویژگیهای یک مدل پرینتر از کمپانی SLM Solutions را می آوریم:

مشخصات فنی  پرینتر سه بعدی SLM 500:

Price: 250,000 $

– Build Envelope (L x W x H) : 500 x 280 x 365 mm³ reduced by substrate plate thickness

– 3D Optics Configuration Twin: (2x 400 W), Quad (4x 400 W), Twin (2x 700 W), Quad (4x 700 W) IPG fiber laser

– Build Rate: up to 171 cm³/h (depending on material and build part geometry)

– Variable Layer Thickness: 20 µm – 75 µm

– Min. Feature Size:                150 µm

– Beam Focus Diameter: 80 – 115 µm

– Max. Scan Speed:                  10 m/s

– Average Inert Gas Consumption in Process:    5 – 7 l/min (argon)

– Average Inert Gas Consumption Purging:         : 70 l/min (argon)

– E-Connection / Power Input : 400 Volt 3NPE, 64 A, 50/60 Hz, 8 – 10 kW

– Compressed Air Requirement / Consumption:              ISO 8573-1:2010 [1:4:1], 50 l/min @ 6 bar

– Dimensions (L x W x H): 5200 mm x 2800 mm x 2700 mm (inkl. PSV, PRS)

– Weight (without / incl. powder) : approx. 2400 kg / 3100 kg

 Ethernet port – closed frame – LCD Screen

نویسنده: مهرداد سینایی


دیدگاه خود را بنویسید:

نظرات پس از بررسی مدیر سایت تایید میشود

4 × یک =