به دلیل پیشرفت های سریع تکنولوژی، پرینت سه بعدی فلزی نیز در سال های اخیر رشد بسیاری را تجربه کرده است. بسیاری از استارتاپ ها و تولیدکنندگان پرینت سه بعدی روش های جدید و مقرون به صرفه و متریال های زیادی را ارائه داده اند. پرینت سه بعدی فلزی در بسیاری از صنایع از جمله هوافضا، خودروسازی و پزشکی بسیار رایج است و امکان پرینت قطعات فلزی پیچیده را با قیمت نسبتاً پایین در مقایسه با روش های تولید سنتی فراهم می کند.
اخیراً پیشرفت های زیادی در پرینترهای فلزی سه بعدی نیز ایجاد شده است. سیستم های هایبرید، Metal deposition، مواد بازیابی و پروژه های نوآورانه ی بسیار دیگر به معنای آن است که این تکنولوژی بیش از هر زمان دیگری کارآمد است.
نگاره 1) پرینت سه بعدی آلومینیومی
نگاره 2) تکنولوژی های فلزی متنوعی وجود دارد
نگاره 3) با تکنولوژی های فلزی می توان قطعاتی با هندسه ی پیچیده تولید کرد
تکنولوژی های پرینت سه بعدی
با این که در دهه 1970 تصور می شد که تکنولوژی های powder fusion بر اساس یک اصل نسبتاً ساده استوار هستند؛ یک منبع قدرت پودرهای فلزی را ذوب می کند تا قطعه نهایی را لایه به لایه شکل دهد، معروف ترین تکنولوژی پرینت سه بعدی فلزی که بر این اصل استوار است، Direct Metal Laser Sintering (DMLS) است که در دهه 1990 توسط ERD و EOS ثبت شد.
یکی دیگر از مهمترین تکنولوژی های پرینت سه بعدی فلزی، Direct Energy Deposition (DED) است که همانند FDM شامل ساخت قطعات فلزی از طریق لیزر CLAD است. در طول این پروسه، پودر توسط نازل پروجکت می شود و از طریق پرتو لیزر در خروجی فیوز می شود تا به یکدیگر جوش داده شود. این روش برخلاف اغلب تکنولوژی های دیگر امکان پرینت مستقیم روی یک قطعه را فراهم می کند. شرکت هایی مانند BeAM ، Sciaky و Optomec از این تکنولوژی استفاده می کنند.
در دهه 1990 ، CIRTES یک روش هایبرید جدید از ترکیب ماشینکاری و AM تحت عنوان طبقه بندی یا stratification را معرفی کرد. این پروسه با ساخت یک فایل STL یا CAD شروع می شود و قبل از قرار دادن سازه های ساپورت، برش داده می شود تا لایه ها تعریف شوند. سپس هر لایه فلزی با استفاده از micro-milling یا برش لیزری یا برش سیم تولید می شوند. سپس تمامی لایه ها در کنار یکدیگر قطعه ی نهایی را تشکیل می دهند.
اسپری سرد یکی دیگر از پروسه های پرینت سه بعدی فلزی است. این روش شامل اتصال پودرهای فلزی با پروجکت کردن شان، بدون حرارت، به یک سازه ی ساپورت است. در این طرح از هلیوم برای ایمن سازی پودر فلز استفاده می شود. این روش پرینت سه بعدی فلزی به دلیل قیمت زیاد گاز هلیوم به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.
برخی از تولیدکنندگان تکنولوژی های خود را توسعه داده اند که با آنچه پیش تر ذکر کردیم متفاوت است. این ها شامل پرینت سه بعدی فلز مایع Vader Systems یا تکنولوژی Metal Injection Molding (MIM) کمپانی Pollen AM است.
نگاره 4) تکنولوژی DMLS
نگاره 5) تکنولوژی CLAD
نگاره 6) تکنولوژی اسپری سرد
متریال های پرینت سه بعدی فلزی
آلومینیوم از متداول ترین و پر مصرف ترین متریال های پرینت س بعدی فلزی است که اغلب در قالب الیاژ مورد استفاده قرار می گیرد. آلومینیوم در عین سبک بودن، مقاومت خوبی نیز از خود نشان می دهد. اغلب در مواردی که کاهش وزن محصول از اهمیت برخوردار است، مانند صنایع هواپیمایی و خودرو به کار برده می شود. فولاد نیز به ویژه در کاربردهای صنعتی از محبوبیت بالایی برخوردار است. فولاد خواص مکانیکی قوی و سطح فینیش خوبی را ارائه می دهد. از همین رو، این فلز محبوب ترین فلز مورد استفاده در پرینت سه بعدی است.
علاوه بر این، فلزاتی مانند گالیوم، کبالت کروم برای مصارف پزشکی و تیتانیوم به دلیل مقاومت خوب در برابر خوردگی و سازگاری زیستی برای کاربردهای پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند.
فلزات گران قیمت اغلب در جواهرات استفاده می شود. علیرغم هزینه بالا، طلا ، نقره و برنز همه با پرینت سه بعدی برای ساخت قطعات پیچیده جواهرات استفاده می شوند. چالش این موارد در فینیش آن ها است.
کمپانی های اصلی پرینت سه بعدی فلزی
هر روز کمپانی های بیشتری به دنیای پرینت سه بعدی ورود می کنند و موجب محبوبیت بیشتر این تکنولوژی شده اند. برخی از تولید کنندگان پیشرو پرینترهای سه بعدی فلزی شامل: 3D Systems، که طیف کاملی از ماشین آلات را ارائه می دهد (از طریق خرید شرکت فرانسوی Phenix Systems در سال 2013)، SLM Solutions، پیشگام روش selective laser sintering با EOS و Concept Laser. و Arcam، که از تکنولوژی Electron Beam Melting در پرینترهای خود استفاده می کند؛ است.
تولیدکنندگان جدیدی با ارائه ی پرینت سه بعدی فلزی کم هزینه تر به نسبت روش های موجود در حال ورود به بازار هستند. مانند Desktop Metal با Studio system و پرینترهای سه بعدی System Production شان که با هدف کاهش 10 برابری قیمت پرینت سه بعدی فعالیت می کنند. علاوه بر این، Markforged یک پرینتر سه بعدی فلزی ارزان قیمت در Metal X منتشر کرده است که قادر به ساخت قطعاتی تا ابعاد 250 x 220 x 200 میلی متر است.
در خارج از آمریکا نیز تولیدکنندگانی مانند کمپانی اسرائیلی XJet نیز وجود دارند که از تکنولوژی NanoParticle Jetting که شامل قطرات فلزی بسیار کوپک برای پرینت سه بعدی است، استفاده می کنند. علاوه بر این، کمپانی هایی مانند Pollen AM از پرینت سه بعدی در کنار تکنولوژی subtractive برای ایجاد قطعات پرینت سه بعدی فلزی استفاده می کنند.
نگاره 10) EOS
نگاره 11) قطعه ی پرینت سه بعدی تولید شده توسط Desktop Metal
نگاره 12) تکنولوژی کمپانی XJet
کاربردها
پرینت سه بعدی فلزی در حال حاضر برای ایجاد قطعات یا محصولات نهایی در صنایعی مانند هوافضا و خودرو استفاده می شود. پرینت سه بعدی قادر به تولید اجزای هواپیما یا موتورهای موشک با وزن و هزینه ی کمتر است. پرینت سه بعدی فلزی همچنین در بخش پزشکی برای ایجاد ایمپلنت های مورد نیاز تحلیل و آنالیز، به ویژه در دندانپزشکی، کاربرد دارد. حتی می توان از پرینت سه بعدی فلزی در بخش دریایی برای طراحی ملخ های قایق استفاده کرد!