پرینتر سه بعدی پودری (SLS) به دلیل توانایی تولید قطعات مستحکم و کارآمد در صنایع مختلف مورد توجه مهندسین زیادی قرار گرفته است. تا جایی که این روزها به عنوان یکی از پرفروش‌ترین پرینترهای سه بعدی در بازار شناخته می‌شوند. به همین بهانه ما تصمیم گرفتیم در مطلبی مجزا در ژئومارس این پرینتر را معرفی کرده و همچنین در مورد نحوه کار و کاربرد آن هم صحبت کنیم. اگر شما هم در این باره کنجکاو هستید و دوست دارید بیشتر با این مدل آشنا شوید پیشنهاد می‌کنیم تا انتهای این مطلب همراه ما باشید.
پرینتر سه بعدی پودری (SLS)
پرینتر سه بعدی پودری که معادل انگلیسی آن Selective laser sintering است یک روش تولید افزودنی به شمار میرود. روشی که در آن با استفاده از لیزر ذرات کوچک پودر به یک ساختار جامد تبدیل می‌شوند. این تکنولوژی برای اولین بار در اواسط 1980 میلادی توسط دکتر دکارد و همچنین دکتر بیمن در دانشگاه تگزاس آستین توسعه داده شد.
چاپ سه بعدی SLS مدت‌هاست که یک انتخاب ایمن برای تولیدکنندگان است. هزینه پایین قطعات، بهروه‌وری بالا و همچنین توانایی ساخت قطعات مستحکم همگی از دلایل این موضوع هستند. به علاوه اینکه به لطف تکنولوژی و توسعه این پرینترها، SLSها قادرند تا طیف وسیعی از محصولات را تولید کنند. از ساخت مدل‌های کوچک گرفته تا تولید قطعات پل و ساختمان سازی.
بسیاری از افراد فرآیند کار پرینترهای پودری را با ذوب شدن ماده پودری یکی می‌دانند. در حالی که اینطور نیست! به این خاطر که در این روش هیچ تغییر فازی در مواد اولیه شکل نمی‌گیرد و تنها با استفاده از قدرت لیزر و گرما ماده اولیه به یک جسم جامد از قبل تعریف شده تبدیل می‌شود.
تکنولوژی پرینترهای پودری چگونه کار می‌کند؟
سوال اصلی اینجاست که نحوه کار این پرینترهای پودری محبوب به چه شکل است؟ خب، در این بخش بیشتر در مورد این موضوع صحبت خواهیم کرد.
روش کار این دستگاه در سه مرحله خلاصه می‌شود: پرینت، خنک سازی و در آخر پس پردازش.
پرینت
- در مرحله پرینت یعنی زمانی که قطعه مورد نظر ساخته می‌شود ابتدا و قبل از هر چیزی پودر که همان ماده اولیه ساخت می‌باشد در یک لایه نازک در پلتفرمی داخل محفظه ساخت پخش می‌شود.
- سپس دستگاه شروع به بالا بردن دمای ماده خام می‌کند. دمایی نزدیک به دمای ذوب.
- بعد از این مرحله لیزر بخشی از مدل سه بعدی را اسکن می‌کند و پودر اولیه را دقیقا تا دمای ذوب گرم می‌کند.
- گرم شدن ماده اولیه تا دمای ذوب به کمک لیزر باعث می‌شود که این ماده ذوب شده یک قطعه جامد را شکل دهد.
- این کار باعث ایجاد ساخت یک لایه می‌شود. بعد از ساخت اولین لایه پلتفرم یک سطح پایین‌تر آمده تا لایه‌های بعدی مدل را نیز به همین شیوه شکل دهد. تا جایی که دیگر مدل کامل شود.
خنک سازی
بعد از تمام شدن فرآیند چاپ و در واقع کامل شدن قطعه مورد نظر وقت خنک شدن می‌رسد. بخشی از این خنک شدن در داخل خود دستگاه و بخشی دیگر هم خارج از پرینتر انجام می‌شود. دلیل این کار حفظ خاصیت مکانیکی قطعه و جلوگیری از تاب برداشتن آن است.
پس پردازش
پس پردازش مرحله‌ایست که بعد از خنک شدن قطعه ساخته شده انجام می‌شود. در واقع بعد از ساخت باید پودرهای اضافی از قطعه اصلی جدا شوند تا جایی که قطعه قابل استفاده شود. به این نکته هم دقت کنید که پودرهای اضافی جمع آوری می‌شوند و در چرخه بازیافت قرار می‌گیرند و مجددا قابل استفاده هستند.
همان طور که خودتان هم می‌دانید شما برای ساخت یک قطعه به فایل طراحی اولیه آن نیاز دارید. این یعنی ابتدا باید در نرم افزارهای طراحی مانند Fusion 360، SolidWorks یا Onshape طرح خودتان را آماده کنید و بعد آن را به فرمت قابل چاپ و خوانای دستگاه‌های چاپگر تبدیل کنید، از جمله STL، OBJ یا 3MF. در نهایت می‌توانید این فایل را به پرینتر سه بعدی تحویل دهید و بقیه مراحل پرینت را دنبال کنید.
انواع مختلف پرینترهای پودری SLS
پرینترهای سه بعدی موجود در بازار مدل‌های مختلفی دارند که هر کدام هم برای اهداف بخصوصی طراحی شده‌اند. برای آشنایی با این پرینترها می‌توانید نگاهی به این مطلب بیندازید.
SLS تنها یک مدل از این پرینترهای سه بعدی است و اکثر ما هم تنها از این پرینترها SLS را می‌شناسیم. این در حالیست که خود SLSها هم دو مدل مجزا دارند. یکی مدل صنعتی سنتی و دیگری هم سری فیوز. در ادامه بیشتر در مورد این دو مدل صحبت خواهیم کرد.
پرینتر پودری SLS صنعتی
تف جوشی هنوز هم یک فناوری محبوب بین صنعتگران و تولیدکنندگان است. اما پیچیدگی، الزامات و قیمت بالای این دستگاه‌ها باعث شده که تنها استفاده از آن به دفاتر و کسب و کارهای بزرگ محدود شود. به این خاطر که حتی کوچک‌ترین این پرینترها به یک فضای 10 متری، تهویه مطبوع و برق صنعتی نیاز دارند. راه اندازی این مدل‌ها چندین روز طول می‌کشد و گردش کار پیچیده‌ای هم دارند. به علاوه اینکه برای نگهداری و کار هم به یک ناظر متخصص و دائمی نیاز دارند. به تمام این‌ها قیمت بالای این دستگاه‌ها را هم اضافه کنید. قیمت اولیه 200 هزار دلاری باعث شده که این مدل پرینترها به راحتی برای همه در دسترس نباشند.
پرینتر پودری سری فیوز
در طرف دیگر ماجرا پرینترهای سری فیوز SLS را داریم. این پرینترها در ابتدای حضورشان در بازار به اندازه‌ای که باید جلب توجه نکردند و دلیل آن هم محدودیت‌ها و نقاط ضعف دستگاه بود. از دقت پایین گرفته تا تولید قطعات با استحکام کمتر. البته که این روزها شاهد حضور پرینترهای سری فیوز بهتری هستیم. پرینترهایی که تنها از یک لیزر در کنار یک محفظه ساخت کوچک استفاده می‌کنند و به حرارت کمتری هم نیاز دارند. مصرف انرژی کمتر یعنی اینکه این مدل به راحتی با برق AC استاندارد و بدون نیاز به زیرساخت‌های تخصصی هم کار می‌کند. یکی از ویژگی‌های جذاب سری فیوز دارا بودن فناوری به نام Surface Armor است. فناوری که باعث می‌شود یک پوسته نیمه پخته در حین چاپ در اطراف قطعه قرار بگیرد. این پوسته کمک می‌کند فرآیند پرداخت بهتر انجام شود و خواص مکانیکی قطعات هم دوام بیشتری داشته باشند. از همه مهم‌تر اینکه این سری قیمت مناسب‌تری در مقایسه با سری صنعتی دارد و گردش کار آن هم ساده‌تر انجام می‌شود.
مواد اولیه بکار رفته در پرینتر SLS
رایج‌ترین ماده اولیه بکار رفته برای تف جوشی نایلون است. نایلون یک ترموپلاستیک مهندسی شده با توانایی بالا برای نمونه سازی کارآمد به حساب می‌آید. همچنین به منظور تولید قطعات پیچیده و بادوام بالا برای پایداری در محیط‌های سخت ایده‌آل است.
استفاده از نایلون کمک می‌کند تا قطعات نهایی در برابر ضربه مقاوم باشند و پارگی‌های مکرر را تحمل کنند. از طرفی در برابر اشعه ماوراء بنفش، نور، گرما، رطوبت و آب هم مقاوم هستند. جالب‌تر اینکه قطعات تولید شده با ماده اولیه نایلونی می‌توانند زیست سازگار باشند.
نایلون‌های بکار رفته به عنوان ماده اولیه پرینترهای SLS یک پلیمر ترموپلاستیک مصنوعی و از خانواده پلی آمیدها هستند. به علاوه اینکه در انواع مختلفی در دسترس‌اند که می‌توانید برای مقاصد مختلف به سراغ هر یک از آن‌ها بروید.
از انواع این نایلون می‌توانیم به نایلون 11 و 12 اشاره کنیم. نایلون 11 یک پودر تک جزئی است، در حالی که نایلون 11CF با فیبر کربن تقویت شده است. همچنین اینکه نایلون 12GF هم یک کامپوزیت شیشه است.
به یاد داشته باشید که این مواد کامپوزیتی به منظور بهینه سازی فرآیند تولید، استحکام قطعات و انعطاف پذیری آن‌ها توسعه داده شده‌اند. در جدول زیر می‌توانید ویژگی هر یک از مواد اولیه استفاده شده در پرینت SLS را مشاهده کنید.
| نوع ماده اولیه | ویژگی‌ها |
| PA 12 | مقاومت شیمیایی بالاخواص مکانیکی قابل قبولدارای سطح مات |
| PA 11 | انعطاف‌پذیری بالاایزوتروپیک |
| Alumide | دارای ظاهری فلزیاستحکام بالا |
| PA-GF | مقاوم در برابر حرارت مقاوم در برابر سایش |
| PA-FR | استحکام بالادارای خواص انیستروپیک |
کاربرد پرینترهای SLS
به نظر شما این پرینترها در چه زمینه‌هایی کاربرد دارند؟ خوشبختانه پرینترهای پودری SLS در طیف وسیعی از مشاغل کاربرد دارند. از مهندسی گرفته تا تولید و حتی مراقبت‌های پزشکی. نمونه سازی سریع، ساخت نمونه‌های اولیه کارآمد و تست دقیق محصولات باعث شده که این دستگاه‌ها یک جایگزین عالی برای ماشین آلات سنتی باشند. فرقی نمی‌کند تولید قطعات بسیار کوچک باشد یا ساخت اعضای مصنوعی. برخی از کاربردهای پرینترهای پودری SLS شامل موارد زیر می‌شود:
- طراحی خودرو
- تجهیزات پزشکی
- ساخت قطعات امنیتی
- مدل‌های تست تونل باد
- ساخت سخت افزارهای نظامی
- سخت افزار مورد نیاز هوا فضا
- ساخت اتصالات(مانند پیچ و مهره)
- نمونه سازی اولیه و ساخت ماکت
- و …
چرا باید از پرینترهای پودری SLS استفاده کنید؟
چه فاکتورهایی باعث می‌شوند که تولیدکنندگان از بین تمامی مدل‌های متنوع موجود به سراغ پرینترهای SLS بروند؟ آیا این دستگاه‌ها مزیتی نسبت به دیگر مدل‌ها دارند؟ بدون شک که دارند. از مزیت‌ها و نقاط مثبت این تکنولوژی می‌توانیم موارد زیر را نام ببریم:
آزادی در طراحی
روش SLS در مقایسه با تکنولوژی‌های دیگری مانند FDM و SLA نیازمند فرآیند پیچیده طراحی نیست. این یعنی آزادی عمل بیشتری در تولید خواهید داشت و بدون نیاز به ملزومات پیچیده تخصصی می‌توانید به راحتی قطعاتی که ساختار هندسی پیچیده‌ای دارند را تولید کنید. کاری که شاید در روش‌های سنتی عملا غیرممکن به نظر برسند.
بهروه‌وری و توان عملیاتی بالا
تکنولوژی SLS سرعت بالایی در تولید دارد. یعنی اینکه در زمان کمتری می‌توانید محصولات بیشتری را بسازید. محصولاتی که دوام و مقاومت بالایی هم دارند. به علاوه اینکه نسبت به تکنولوژی FDM بسیار دقیق‌تر است. همچنین برای ساخت می‌توان به صورت همزمان چندین قطعه را برای چاپ در کنار هم تهیه کنید. این باعث شده تا سرعت تولید هم بیشتر باشد.
تولید محصولات نهایی کارآمد
از دیگر مزیت‌های این مدل پرینتر سه بعدی تولید قطعات با دوام و با طول عمر بالاست. تنها دلیل این موضوع هم استفاده از پلی آمیدهای نایلون است. استفاده از پودر نایلون کمک می‌کند تا این قطعات استحکام بیشتری داشته باشند.
چرخه ساده تولید
منظور از چرخه ساده تولید این است که شما برای تولید نمونه‌های اولیه تا تولید قطعات مصرفی نهایی تنها از یک دستگاه استفاده خواهید کرد. این باعث می‌شود که هزینه اضافی در کار نباشد و درگیر فرآیندهای وقت گیر هم نشوید.
با توجه به این مواردی که بالا به آن‌ها اشاره کردیم می‌توان نتیجه گرفت که روش پرینت پودری SLS یک روش مقرون به صرفه برای تولید قطعات پیچیده است.
سخن پایانی
این بود تمامی چیزی که باید در رابطه با پرینتر پودری SLS می‌دانستید. این پرینترها به دلیل مزایای قابل توجهی که دارند از همان ابتدای حضورشان در صنعت هم نظر بسیاری از تولیدکنندگان را به خودشان جلب کرده بودند. اگر هم که به اطلاعات بیشتری در رابطه با این پرینترها نیاز دارید تنها کافیست با کارشناسان ما در تیم ژئومارس تماس بگیرید.
اصلی‌ترین ماده اولیه در پرینترهای پودری نایلون است.
بله، دو نوع صنعتی و سری فیوز از انواع مختلف این پرینترها هستند.
تولید قطعات با دوام، سرعت در کار و توان عملیاتی بالا از جمله مهم‌ترین مزایای این دستگاه به حساب می‌آیند.
منابع: formlabs – markforged
