مروری بر فناوری تف جوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS) پرینت سه بعدی

مقدمه

تف­جوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS) متعلق به دسته­ ی همجوشی بستر پودری (PBF) پرینت سه بعدی بوده و شبیه به فناوری SLS است. اما در DMLS به جای پودرهای پلاستیکی، از پودرهای فلزی برای ایجاد قطعات فلزی استفاده می­ شود که هم برای نمونه­ های اولیه ­ی کاربردی و هم برای قطعات تولیدی قابل استفاده است.

فناوری تف­جوشی لیزری مستقیم فلزات شبیه به فناوری ذوب لیزری گزینشی (SLM) است؛ اما تفاوت بین هر دو فرآیند دمای مورد استفاده برای همجوشی پودر فلز می ­باشد. همانطور که از نام SLM پیداست، پودر فلز تا زمانی که کاملا به مایع تبدیل گردد، گرم می­ شود. DMLS پودر فلز را ذوب نمی­ کند؛ بلکه ذرات را به اندازه کافی حرارت می ­دهد تا سطوح آن­ها به یکدیگر جوش بخورند. به هر حال، هر دو اصطلاح (SLM و DMLS) اغلب به جای هم در صنعت پرینت سه بعدی استفاده می­ شوند.

DMLS چگونه کار می­ کند؟

فرآیند تف­جوشی لیزر مستقیم فلزات شامل شش مرحله­ ی اساسی است:

·       مرحله 1 - فرآیند DMLS با برش داده ­های فایل CAD طراحی سه بعدی به لایه­ های منفرد بسیار نازک آغاز شده و یک مدل دو بعدی را برای هر لایه ایجاد می­ کند.

·       مرحله 2 – این دستگاه از یک لیزر نوری پرقدرت در داخل محفظه ­ی ساختی که حاوی گاز بی اثر است، بهره می­ برد.

·       مرحله 3 - یک پلتفرم توزیع مواد و یک پلتفرم ساخت همراه با یک غلتک وجود دارد که برای جابجایی پودر جدید روی پلتفرم ساخت به صورت لایه به لایه استفاده می ­شود.

·       مرحله 4 - با قرار دادن پودر روی پلتفرم ساخت، لیزر مسیر خود را برای تولید این لایه آغاز نموده و به طور گزینشی پودر را به یک جسم جامد تف­جوشی می­ کند. افزودن لایه­ ی پودری و تف­جوشی تا زمانی که کل قطعه کامل شود، به همین ترتیب ادامه می ­یابد.

·       مرحله 5 - پس از خنک شدن، پودر فلز اضافی اطراف از پرینتر خارج می ­شود. مراحل نهایی شامل حذف سازه­ های پشتیبانی و سایر فرآیندهای پس ­پردازش است.

·       مرحله 6 - قطعات DMLS را می­ توان برای فرآوری بیشتر مانند قطعات فلزی تولید شده توسط فلزکاری معمولی در نظر گرفت. این امر ممکن است شامل ماشینکاری، عملیات حرارتی یا پرداخت سطح باشد.

مواد پرینت سه بعدی DMLS

در میان موادی که به طور کلی برای DMLS استفاده می­ شود، موارد زیر را ارائه می شود:

·       آلومینیوم: مانند AlSiMG

·       فولاد: مانند فولاد ابزار MS1، فولاد ضدزنگ 17-4، فولاد ضدزنگ 316L

·       اینکونل: مانند اینکونل 718

مزایای فناوری DMLS

هنگام استفاده از DMLS، این موارد جزء مهم ترین عوامل تاثیرگذار هستند:

امکان اجرای طراحی ­های پیچیده توسط DMLS

مزیت اصلی DMLS توانایی ساخت قطعاتی است که امکان ساخت نداشته و یا بسیار گران بوده و با استفاده از تکنیک­ های تولید سنتی ساخته می ­شوند. پتانسیل کامل DMLS زمانی قابل مشاهده است که مهندسان قطعاتی را با هندسه ­های پیچیده طراحی می­ کنند؛ مانند اتصالات یکپارچه، کانال­ های بلند و باریک یا سازه­ های مشبک. DMLS تولید مجموعه‌های یکپارچه­ ای را تسهیل می‌کند که با ترکیب چند قطعه در یک طرح واحد، تعداد قطعات، زمان مونتاژ و نرخ خرابی را کاهش می‌دهند.

قطعه ­ی پرینت سه بعدی ساخته شده از طریق فرآیند DMLS

زمان ساخت سریع

فرآیند سنتی معمول نیاز به زمان زیادی برای تنظیم ابزار قبل از شروع مراحل ساخت دارد که شامل تهیه­ ی قید و بندها نیز می‌شود. در حالی که در DMLS، می‌توان قطعه را بر حسب تقاضا و بدون هیچ گونه عمل اضافی چاپ نمود و در نتیجه زمان کوتاه‌تری در مقایسه با ماشینکاری CNC داشت. ترکیبی از کاهش زمان ساخت و فرآیند نمونه­سازی کارآمد، زمان کل کار را کاهش می­دهد. این یکی از بزرگترین مزایای DMLS است.

DMLS از اجزای سبک و بادوام استفاده می ­کند

قطعات ساخته شده از سوپر آلیاژهای مانند اینکونل 718، AlSi₁₀Mg و کبالت کروم، در مقایسه با همتایان خود در ماشینکاری معمولی، سبک وزن محسوب می­ شوند. به عنوان مثال، نازل­های سوخت پرینت سه بعدی معروف جنرال الکتریک برای موتورهای خانواده­ ی LEAP قبلا از 20 قطعه ­ی مجزا که از تامین ­کنندگان مستقل تهیه می­گردید، ساخته می­ شد؛ اما با استفاده از تف­جوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS) به صورت یک قطعه­ ی یکپارچه تولید گردید که 25 درصد نیز سبک ­تر بوده و پنج برابر مستحکم ­تر از قطعات قبلی است.

امکان هدررفت کمتر با DMLS

پودرهای فلزی که توسط لیزر استفاده نشده ­اند، قابلیت بازیافت و استفاده ­ی مجدد دارند. بازیافت پودر باعث کاهش قیمت نیز می­ شود. ضایعات تولید شده در مقایسه با فرآیندهای معمولی مانند CNC که در آن ضایعات زیادی به شکل براده تولید شده و در نتیجه ماشینکاری فلز بر اساس طرح مورد نیاز از یک بلوک فلزی انجام می ­شود و بازیافت آن بسیار سخت است، به طور قابل توجهی کمتر می­ باشد.

ملاحظاتی در مورد فناوری DMLS

جدا از مزایای DMLS، چند نکته نیز درمورد آن وجود دارد. بزرگترین رقیب DMLS، فناوری­ های ماشینکاری سنتی مانند CNC خواهند بود.

DMLS به سازه ­های پشتیبانی نیاز دارد

از آنجایی که DMLS به دسته­ ی همجوشی بر پایه­ ی پودر تعلق دارد، استفاده از سازه ­های پشتیبانی اجتناب­ ناپذیر بوده و در پایان باید با کمک پس­ پردازش حذف شوند. در طول فرآیند پس­ پردازش، با قطعه­ ی چاپ شده­ ی فلزی مشابه با قطعه­ ی فلزی خامی که به طور معمول تولید شده رفتار می­ شود و به این معنی است که قطعه­ ی تولید شده توسط فرآیند DMLS آماده­ ی استفاده نبوده و نیاز به کار دارد.

قطعات DMLS سطح دانه ­ای دارند

سطوح چاپ شده­ ی DMLS به اندازه­ی سطوح ساخته شده به کمک ماشینکاری CNC صاف نبوده و تولید بافت سطح مورد نظر نیز آسان نخواهد بود. اگر انجام پس ­پردازش برای بهبود پرداخت و زیبایی ظاهری قطعه لازم باشد، هزینه­ ی نهایی نیز بر همین اساس افزایش خواهد یافت.

  ساختار دانه ­ای DMLS

تولید زنجیره ­ای گران قیمت قطعات DMLS

تولید انبوه هنوز یک عامل مهم تعیین ­کننده در میان صنایع بوده و اینجاست که DMLS در مقایسه با تکنیک­ های سنتی عقب است و سرعتی که پرینتر سه بعدی می ­تواند یک شئ را تولید نماید، با خط مونتاژ معمولی همخوانی ندارد. از این رو، DMLS عمدتا برای تولید یک واحد یا دسته ­ی کوچک توصیه می­ شود.

انتخاب محدود مواد

به طور کلی، برای پرینت سه بعدی فلزی، گستره ­ی انتخاب مواد کمتر بوده و همین امر می­ تواند یک عامل محدود­کننده در هنگام نیاز به مواد خاصی برای تولید قطعه­ ی مورد نیاز باشد و لذا هنگام تصمیم­ گیری باید در مورد این که می­خواهید محصول شما دارای کدام ویژگی­ های فنی باشد، این نکته را نیز در نظر بگیرید.

حجم ساخت محدود

هنگامی که یک قطعه­ ی بزرگ مورد نیاز باشد، همیشه بهتر است از ماشینکاری CNC استفاده نمایید. به عنوان مثال، اندازه­ ی قطعه­ ی استانداردی که درمورد DMLS توصیه می­ شود تا 325 × 250 × 250 میلی­متر و برای ماشینکاری CNC نیز تا 1000 × 800 × 2000 میلی­متر است. مقایسه­ ی اندازه به وضوح ناتوانی پرینت سه بعدی را در ساخت قطعات بزرگ به دلیل محدودیت در اندازه ­ی بستر پودری آن نشان می ­دهد.

انقباض و تکرارپذیری محدود

با استفاده از DMLS، تولید قطعات یکسان به دلیل فرآیند انقباض طبیعی بسیار سخت خواهد بود. به عنوان مثال، قطعه ­ای که برای اولین بار چاپ شده و قطعه­ ی مشابهی که برای بار دهم چاپ می­ شود، حداقل 2% خطا در جهت عمودی (جهت Z) داشته که منجر به وقوع انقباض می­ گردد. تغییرات ابعادی در نتیجه­ ی ترکیبی از سه عامل ایجاد می­ شود: انقباض حرارتی، انقباض تف­جوشی و انبساط ناشی از سقوط ذرات فلز در حین فرآیند تف­جوشی.

خدمات پرینت سه بعدی  DMLS

 مجموعه 3DHUB خدمات DMLS را بر اساس تقاضا برای پروژه ­های پرینت سه بعدی ارائه می­ دهد. برای دریافت قیمت می توانید فایل قطعات خود را در داخل سایت آپلود کنید و یا جهت مشاوره با همکاران ما تماس بگیرید.