پرینت سه بعدی - محصولات فلزی

تولید قطعات با ابعاد بزرگ در روش پرینت

نکاتی که از اهمیت بیشتری برای شما برخوردارند عبارتند از:

·       انواع قطعاتی که می ­توانند توسط این پرینترهای عظیم تولید گردند، کدامند؟

·       چه فلزاتی می­ توانند پرینت کنند؟

·       چه مواردی را باید در طراحی قطعات پرینت سه بعدی ابعاد بزرگ بدانید؟

با پاسخ به سوال اول که ساده ­ترین سوال است، آغاز می­کنیم. هر کسی که با 3DHUB همکاری می­کند، می­داند اهداف اصلی  مجموعه ما، کاهش هزینه­ های تولید، بهبود عملکرد قطعات و کاهش زمان ساخت است. 

با مواد مورد استفاده، آشنا شوید: آلومینیوم در مقابل اینکونل

حال به فلزات مورد استفاده می­ پردازیم. ما جدیدترین دستگاه خود را به تولیدات AlSi10Mg اختصاص داده­ ایم، آلیاژی از آلومینیوم که بر مبنای استاندارد F3318 سازمان ASTM تعریف شده است. با وجود این که عده­ ای آن را آلیاژ قالب­ریزی می ­دانند، اما به دلیل استحکام مناسب در عین سبک وزن بودن و رسانایی دمایی بسیار خوب، در صدر لیست فلزات مناسب برای پرینت سه بعدی قرار می­گیرد. تقریبا 10% وزن این آلیاژ از سیلیکون است، در نتیجه نسبت به آلومینیوم 6061-T6 فرسایش بیشتری برای دستگاه ایجاد می­کند، اما استحکام کششی مشابهی دارد(حدود ksi 50). بر مبنای عملیات حرارتی مورد استفاده، این آلیاژ کمی سخت­تر است – در مقیاس راکول بی 72 که برای 6061 این مقدار 60 خواهد بود – که منجر به کشیدگی کمتر در هنگام شکست خواهد شد (بین 5% تا 8%، با توجه به جهت برش).

* مقادیر استحکام کششی و سختی با توجه به جداسازی و عملیات حرارتی می­تواند متفاوت باشد.

این خصوصیات AlSi10Mg را به استاندارد غیررسمی برای طیف اجزای آلومینیومی در دنیای تولید افزودنی AM تبدیل می­کند. این آلیاژ، انتخابی ایده­ آل برای مبدل­ های حرارتی با دیواره­ ی نازک، کانال و رادیاتورها است و همچنین برای تولید براکت­ ها، اهرم­ ها و سایر اجزای مکانیکی و ساختمانی مورد استفاده قرار می­گیرد. 

حال نوبت اینکونل 718 است – فلز محبوب صنایع انرژی و هوافضا. این سوپرآلیاژ متکی بر نیکل برای محیط­ های پرتنش، با دمای بالا و بسیار خورنده طراحی شده است (حتی در محیط­هایی که تمام این موارد وجود دارند). طبق استاندارد F3055 سازمان ATSM قطعات INCO718 تولید شده با پرینت سه بعدی همان خصوصیات فیزیکی تولیدات پرس شده یا قالب­ریزی شده ­ی این سوپرآلیاژ را داراست. در نتیجه استحکام نهایی کششی ksi 208-139، کشیدگی در نقطه­ ی شکست تا 40 % و نقطه­ی ذوب حداقلی 2300 درجه­ی فارنهایت (1260 درجه­ ی سانتیگراد) از خصوصیات قطعات اینکونل 718 است که  آن را برای استفاده در اجزای توربین­ گاز، موتورهای موشک و سایر محیط ­هایی که شرایط مکانیکی و دمایی ویژه­ ای دارند، به بهترین گزینه تبدیل کرده است.

  زمان تصمیم­ گیری

شما باید از کدام استفاده کنید؟ متاسفانه، معیار تصمیم ­گیری تنها وزن نیست. به این دلیل که پرینت سه بعدی می­تواند ساختارهای بسیار پیچیده مانند شبکه و لانه ­زنبوری را ایجاد نماید، طراحان می­ توانند در مقایسه با روش­ های افزایشی، قطعات سبک ­تری را تولید کنند، حتی اگر از فلزات چگال و سنگینی مانند اینکونل718 استفاده نمایند. از طرف دیگر، با ایجاد ابزارهای طراحی و فرآیندهای پرینت مدرن، سازه ­های 3 بعدی مستحکم ­تری تولید می­گردد و از آلومینیوم برای انجام پروژه ­هایی که در گذشته قابل اجرا نبودند، استفاده می­گردد.

مهمترین عامل تصمیم­ گیری، هزینه است. پودر آلومینیوم مورد استفاده در تمام پرینترهای سه بعدی ارزان­تر از هر سوپرآلیاژی مانند اینکونل است و به دلیل نقطه­ ی ذوب پایین­تر، ذرات آن راحت­تر از اینکونل ذوب می­گردد پس زمان انجام فرآیند نیز تا حدودی کاهش می ­یابد. همچنین دمای پایین ­تر به معنی وجود نگرانی کمتر در ارتباط با انبساط حرارتی و تابیدن است که از ملاحظات مهم در هر پرینتر 3 بعدی لیزری هستند. با این حال، هزینه­ ی مواد اولیه در قیمت کل قطعه­ ی پرینت شده نسبت به اجزای ماشینکاری شده یا ریخته ­گری شده، سهم کمتری دارد و طراح باید به جای در نظر گرفتن هزینه­ ها، خصوصیات مواد را برای تامین ملزومات پروژه مد نظر قرار دهد.

مقایسه­ ی مزیت ­ها: اینکونل718 در مقابل آلومینیوم

به طور خلاصه، اینکونل718 باید در محیط­ هایی با شرایط دمایی غیر طبیعی (گرم یا سرد)، جایی که خوردگی و حملات شیمیایی محتمل است یا هنگامی که استحکام و سختی بالای این آلیاژ قدرتمند مورد نیاز است، استفاده گردد. از طرف دیگر، آلومینیوم AlSi10Mg، در مواردی که وزن اولویت اصلی است (با فرض برآورده­ شدن تمام ملزومات فیزیکی قطعه) یا قیمت قطعه، عامل تعیین­ کننده است، مورد استفاده قرار می­گیرد. مانند همیشه، تغییرات قیمت، به سادگی با آپلود کرن مدل CAD در سیستم نرخ­ دهی ما تعیین می­گردد، در این سیستم مواد مختلف را انتخاب کنید و نرخ هر کدام را با دیگری مقایسه نمایید.

بهینه ­سازی پرینت سه بعدی برای قطعات بزرگ

برخی فکر می­ کنند قطعات فلزی پرینت سه بعدی در مقیاس بزرگ، اصول طراحی متفاوتی دارند. راهنمای طراحی برای تولید افزایشی (DfAM) بیان می­کند، قطعات ضخیم و حجیم که برای تولیدکنندگان سنتی شناخته شده هستند باید برای پرینت سه بعدی، بهینه شوند. در ساختارهای لانه ­زنبوری و شبکه­ ای به حذف سطوح متقاطع و مواد اضافی اشاره شد. از صفحات افقی بدون ساپورت، تا جای ممکن دوری کنید چون در غیر این صورت، برای حذف ساپورت، فرآیندهای پس از تولید تکمیلی مورد نیاز خواهد بود و طبعا باعث افزایش هزینه ­ها می­گردد.

و مانند تمام فرآیندهای تولیدی افزایشی، یکپارچه ­سازی قطعه را تا جای ممکن مدنظر داشته باشید. این توصیه به ویژه برای قطعات بزرگ مصداق دارد، جایی که یک قطعه ­ی مونتاژ شده شامل صدها جزء منفرد و اتصال می­تواند به صورت یک قطعه­ی منفرد پرینت گردد. هزینه و زمان تحویل بالقوه به منظور مزیتی برای کوتاه نمودن زنجیره ­ی تامین بسیار حائز اهمیت است. اگر سوالی دارید یا برای طراحی قطعه­ ی خود به کمک نیاز دارید، روی ما حساب کنید.