مقایسه فناوری‌های SLM، DMLS، LPBF و DED در چاپ سه بعدی فلزی

در مقاله امروز ونداد صنعت، به بررسی و مقایسه فناوری‌های چاپ سه بعدی فلزی پرداخته و چهار روش پرکاربرد و کلیدی یعنی ذوب لیزری گزینشی، زینترینگ مستقیم فلز با لیزری، همجوشی بستری پودر با لیزرو روش رسوب دهی انرژی مستقیم را از زوایای مختلف فنی تحلیل کنیم. 

فناوری‌های پرینت سه‌ بعدی فلزی اگرچه همگی از پودر یا سیم فلزی برای شکل‌دهی قطعه نهایی بهره می‌برند، اما تفاوت‌های بنیادینی در نحوه اعمال انرژی، نرخ ترسیم، کیفیت سطح، استحکام مکانیکی و حتی هزینه‌های عملیاتی با یکدیگر دارند.

آشنایی با فناوری‌های اصلی در چاپ سه بعدی فلزی

برای اینکه بتوانیم مقایسه درستی میان تکنولوژی‌های مختلف داشته باشیم، ابتدا باید با ماهیت عملکردی و اصطلاحات تخصصی هرکدام به صورت مجزا و دقیق آشنا شویم.

۱.۱. فناوریSLM 

فناوری ذوب لیزری گزینشی که در صنعت به اختصار با عنوان Selective Laser Melting هم  شناخته می‌شود، یکی از محبوب ‌ترین و دقیق‌ترین روش‌های ساخت افزایشی بر پایه بستر پدر است. 

در این فرآیند، یک لیزر فیبری پرقدرت با تابش انرژی متمرکز بر روی لایه‌های نازک پودر فلزی، ذرات را به طور کامل ذوب کرده و قطعه‌ای کاملاً یکپارچه، متراکم و بدون منافذ درون محفظه پر شده از گاز خنثی مانند آرگون یا نیتروژن ایجاد می‌کند. 

اگر می‌خواهید درباره جزئیات این روش بیشتر بدانید، مطالعه مقاله فناوری SLM چیست و چرا در تولید قطعات فلزی استفاده می‌شود می‌تواند دیدگاه جامعی درباره علت محبوبیت این تکنولوژی در صنایع حساس به شما بدهد.

۱.۲. فناوری DMLS

با  چاپ سه بعدی فلزی، روش زینترینگ مستقیم فلز یا Direct Metal Laser Sintering و علائم تجاری آن برای اولین بار توسط شرکت EOS توسعه یافت، شباهت ساختاری زیادی به روش SLM دارد با این تفاوت تاریخی که در گذشته ذرات پودر را تا نقطه ذوب کامل نمی‌رساند و صرفاً آن‌ها را به یکدیگر می‌چسباند.

 البته در چاپ سه بعدی فلزی دستگاه‌های مدرن DMLS امروزی فرآیند ذوب کامل را انجام می‌دهند اما این نام همچنان برای آلیاژهای فلزی پیچیده و ترکیبی به کار می‌رود. برای درک بهتر نحوه تبدیل طرح‌های سه‌بعدی به قطعات واقعی، کار و طراحی تا تولید قطعه با پرینتر سه بعدی فلزی  را بررسی کنید.

۱.۳. فناوری LPBF

عبارت LPBF  یا همان Laser Powder Bed Fusion در واقع چتر حمایتی و استاندارد بین‌المللیISO/ASTM  است که هر دو فناوری SLM و DMLS را در بر می‌گیرد. 

این ترم استاندارد صنعتی نشان‌دهنده کلیه فرآیندهایی است که در آن‌ها یک منبع انرژی لیزری برای ذوب کردن ناحیه‌ای از بستر پودر فلزی استفاده می‌شود. 

به دلیل استفاده از لیزرهای پرقدرت چندگانه و کنترل دقیق پارامترها، فناوری همجوشی بستری پودر با لیزر قطعاتی با خواص مکانیکی بسیار نزدیک به روش‌های فورج و ماشین‌ کاری تولید می‌کند.

۱.۴. فناوری DED

در  چاپ سه بعدی فلزی، تکنولوژی روش رسوب دهی انرژی مستقیم یا DED  رویکردی کاملاً متفاوت با روش‌های بستری دارد؛ زیرا در این فرآیند، ماده اولیه که می‌تواند پودر فلز یا سیم فلزی باشد هم‌زمان با تابش لیزر، اشعه الکترونی یا آرک پلاسما از طریق یک نازل متحرک به نقطه ذوب تزریق می‌شود.

 برای آشنایی کامل با قابلیت‌های این تکنولوژی در بازسازی و ساخت قطعات حجیم، حتماً مقاله فناوری DED و کاربردها در ساخت قطعات فلزی را مطالعه نمایید.

 اگر قطعه‌ای گران‌قیمت در خط تولید شما دچار شکستگی یا خوردگی شده است، به هیچ وجه نیازی به ساخت مجدد آن با روش‌های گران‌قیمت بستری نیست؛ فناوری DED به شما این امکان را می‌دهد که ماده فلزی را مستقیماً بر روی ناحیه آسیب‌دیده رسوب دهید و قطعه را بازسازی کنید.

جدول مقایسه فناوری‌های چاپ سه بعدی فلزی

برای سهولت در تصمیم‌گیری و تفکیک ساده ویژگی‌ها، جدول زیر شاخص‌های کلیدی این چهار فناوری را در کنار یکدیگر قرار داده است:

بررسی در فناوری های چاپ سه بعدی فلزی 

انتخاب میان این روش‌ها نیازمند سنجش دقیق معیارهای فنی پروژه است؛ بنابراین در این بخش تفاوت‌های کلیدی را به صورت تفکیک‌شده بررسی می‌کنیم.

۳.۱. دقت ابعادی و پیچیدگی هندسی 

اگر در چاپ سه بعدی فلزی قطعه درخواستی شما دارای کانال‌های خنک‌کاری داخلی، هندسه‌های ارگانیک ارزیابی‌شده یا شبکه‌های متخلخل پیچیده است، روش‌های خانواده  LPBF نظیر  SLM و  DMLS انتخاب‌های بی‌رقیبی محسوب می‌شوند. 

لیزر در این روش‌ها نقاط بسیار کوچکی در حد ۴۰ تا ۱۰۰ میکرون را هدف قرار می‌دهد و ساختارهای بسیار ظریف را با دقت خیره‌کننده تولید می‌کند. 

در مقابل، روش چاپ سه بعدی فلزی  DED به دلیل پهنای بزرگتر حوضچه ذوب، توانایی ایجاد ظرافت‌های میکرونی را ندارد و بیشتر مناسب اشکال کلی و حجیم است.

به دلیل نرخ سرمایش بسیار سریع در روش‌های ذوب لیزری مانند SLM و LPBF، تنش‌های پسماند حرارتی شدیدی درون قطعه ایجاد می‌شود؛ بنابراین انجام عملیات تنش‌زدایی حرارتی قبل از جدا کردن قطعه از صفحه ساخت الزامی است.

۳.۲. سرعت تولید و ابعاد قطعه 

در چاپ سه بعدی فلزی، پروژه‌هایی که ساخت قطعات صنعتی غول‌پیکر مانند بدنه توربین‌ها یا شاسی‌های بزرگ مد نظر است، فناوری‌های بستری مثل SLM دچار محدودیت ابعادی محفظه دستگاه می‌شوند.

در چنین شرایطی،  چاپ سه بعدی فلزی DED به دلیل نرخ ترسیم بسیار بالا گاهی چند کیلوگرم در ساعت و عدم محدودیت شدید در محفظه، بهترین گزینه ممکن برای تولید قطعات بزرگ یا افزودن بخش‌های جدید به قطعات موجود است.

۳.۳. صافی سطح در چاپ سه بعدی فلزی

با قطعات خروجی از پرینترهای SLM و  DMLS دارای سطح بسیار صاف‌تری هستند و پس از جداسازی استراکچرهای ساپورت و عملیات حرارتی، آماده استفاده یا نیازمند ماشین‌کاری بسیار جزیی خواهند بود. 

اما قطعات ساخته‌شده با روش DED دارای ظاهر زبر موسوم به پوست پرتقالی یا لایه‌های ضخیم هستند و تقریباً همیشه باید تحت فرآیندهای پس‌پردازش نظیر ماشین‌کاری CNC قرار گیرند تا به ابعاد نهایی دقیق برسند. 

جهت آشنایی بیشتر با خدمات صنعتی متناسب با نیازهای خطوط تولید، مقاله خدمات پرینت سه بعدی فلزی و ساخت قطعات صنعتی اطلاعات مفیدی در اختیار شما قرار می‌دهد.

اگرچه امروزه عبارات SLM و DMLS به جای یکدیگر استفاده می‌شوند، اما از نظر تجاری، DMLS بیشتر توسط شرکت EOS برای آلیاژهای چندعنصری استفاده می‌شود و SLM بیشتر بر ذوب کامل فلزات تک‌عنصری یا آلیاژهای استاندارد دلالت دارد.

چرا باید با شرکت ونداد صنعت همکاری کنید؟

• مشاوره تخصصی:  تحلیل دقیق نقشه‌ها و پیشنهاد بهینه‌ترین فناوری ساخت متناسب با بودجه و نیاز شما.
• تضمین کیفیت و دقت ابعادی: بهره‌گیری از پیشرفته ‌ترین چاپ سه بعدی فلزی و انجام کنترل کیفیت دقیق روی قطعات تولیدی.
• کاهش هزینه‌ها : بهینه‌سازی فرآیند ساخت برای دست‌یابی به کوتاه‌ترین زمان تحویل بدون افت کیفیت.
• پوشش کامل متریال‌های صنعتی: امکان ساخت قطعات با انواع آلیاژهای تیتانیوم، استیل، اینکونل و آلومینیوم.

جهت دریافت مشاوره تخصصی برای چاپ سه بعدی فلزی ، همین حالا با کارشناسان ما تماس بگیرید.

نتیجه‌گیری

در نهایت، هیچ‌کدام از فناوری‌های چاپ سه‌ بعدی فلزی را نمی‌توان به طور مطلق برتر از دیگری دانست، بلکه انتخاب بهترین روش کاملاً به الزامات فنی، ابعاد قطعه، میزان دقت درخواستی، تیراژ و بودجه پروژه بستگی دارد. 

اگر به دنبال ساخت قطعاتی با ظرافت بالا، هندسه پیچیده و دقت میکرونی هستید، روش‌های مبتنی بر LPBF شامل SLM و DMLS بهترین بازدهی را خواهند داشت. 

اما اگر هدف شما تولید قطعات بسیار بزرگ، افزایش سرعت لایه‌نشانی یا تعمیر قطعات مستهلک صنعتی است، فناوری DED گزینه‌ای بی‌رقیب و هوشمندانه خواهد بود.

سوالات متداول

• آیا استحکام قطعات ساخته‌شده با روش SLM با قطعات سنتی ریخته‌گری یا فورج قابل مقایسه است؟

بله، قطعات تولیدشده با روش SLM در بسیاری از موارد خواص مکانیکی و استحکامی برابر یا حتی بهتر از قطعات ریخته‌گری سنتی از خود نشان می‌دهند.

• تفاوت اصلی میان روش‌های LPBF و DED چیست؟

در روش LPBF پودر فلز از قبل روی یک بستر هموار پخش شده و لیزر فقط نقاط خاصی را می‌سوزاند، اما در روش DED پودر یا سیم فلزی هم‌زمان با تابش انرژی از طریق نازل به حوضچه ذوب تزریق می‌شود.

•  آیا می‌توان در چاپ سه‌بعدی فلزی از چند ماده مختلف به صورت هم‌زمان استفاده کرد؟

در فناوری DED به دلیل وجود نازل‌های چندگانه تغذیه، امکان ترکیب و تغییر شیب مواد در طول فرآیند ساخت وجود دارد.

منابع: kings3dprinter.com ,  xometry.com  , greenstone-tech.com , eos.info , sciencedirect.com , thesteelprinters