فرآیندهای چاپ سه بعدی

پس از خواندن این بخش، شما یک نمای کلی از چشم انداز چاپ  سه بعدی امروزه خواهید داشت.

 انواع مختلف چاپ سه بعدی

استاندارد ISO / ASTM 52900 تمام انواع چاپ های سه بعدی را تحت یکی از این هفت گروه طبقه بندی کرده است:

1. اکستروژن مواد (FDM): مواد انتخابی از طریق یک نازل یا سوراخ خارج می شود

2.     Polymerization Vat (SLA & DLP): فوم پلیمر مایع در یک وات به طور انتخابی توسط نور UV به هم جوش داده میشوند.

3.     Fusion پودری (SLS، DMLS و SLM):   یک منبع انرژی بالا ذرات پودر انتخابی را در هم ذوب و مخلوط میکند.

4.     Jetting Material (MJ): قطره های مواد انتخابی رسوب داده می شوند

5.     Binder Jetting (BJ): عامل اتصال دهنده مایع به طور انتخابی مناطق پودری را به هم متصل می کند.

6.     رسوب مستقیم انرژی (LENS، LBMD) : یک منبع انرژی بالا مواد را به صورت برنامه داده شده به هم متصل میکند.

7.    لمینیت ورق (LOM، UAM):  ورق های مواد، پیوند داده شده و لایه لایه  روی هم قرار میگیرند.

پس از خواندن این بخش، شما می توانید با اطلاعات تصمیم  بگیرید که کدام تکنولوژی چاپ سه بعدی برای کاربرد خاص شما مناسبتر است.

 مدل سازی رسوب شده (FDM)

در FDM، یک رول فیلامنت در چاپگر بارگذاری شده و سپس به سر اکستروژن هدایت می شود که مجهز به یک نازل گرم است. هنگامی که نازل به دمای مورد نظر می رسد، موتور یک رشته را از آن گذر داده و ذوب می کند.

 چاپگر سر اکستروژن را حرکت داده، مواد ذوب شده را در مکان های دقیق قرار می دهد، جایی که آن سرد و خنک می شود (مثل یک تفنگ چسب حرارتی بسیار دقیق). هنگامی که یک لایه به پایان می رسد، پلت فرم ساخت حرکت می کند و روند تا زمانی که قسمت کامل شود، تکرار می شود.

 پس از چاپ، بخش معمولا برای استفاده آماده است، اما ممکن است نیاز به برخی از پردازش پس از تولید، مانند حذف ساختارهای پشتیبانی یا هموار سازی سطح باشد.

 چکیده یک چاپگر معمولی سه بعدی FDM 

FDM ارزان ترین روش تولید قطعات و نمونه های گرما نرم است. همچنین با توجه به دسترسی بالا به فناوری، به عنوان سریعترین زمان تحویل  شناخته می شود. طیف گسترده ای از مواد گرمانرم برای FDM در دسترس است و مناسب برای هر دو نمونه سازی و برخی از برنامه های کاربردی نیز میباشد.

 از لحاظ محدودیت ها، FDM دارای کمترین ابعاد و دقت ابعاد در مقایسه با سایر تکنولوژی های سه بعدی چاپ است. قطعات FDM به احتمال زیاد دارای خطوط لایه قابل مشاهده هستند، بنابراین پس از پردازش اغلب برای پایان صاف سازی سطح مورد نیاز است. علاوه بر این، مکانیزم چسبندگی لایه، قطعات FDM ذاتی آنیزوتروپیک را ایجاد می کند. این بدان معنی است که آنها از جهتی ضعیف تر می شوند و به طور کلی برای برنامه های کاربردی حیاتی نامناسب هستند.

مواد محبوب  FDM 

FDM فرایند چاپ سه بعدی است که به طور گسترده ای در دسترس است، که عمدتا برای نمونه سازی اولیه ارزان قیمت و تایید طراحی با چرخش بسیار سریع در زمان استفاده می شود.

 استریولیتوگرافی و پردازش دیجیتال نور (SLA و DLP)

SLA و DLP فرآیندهای مشابهی هستند که هر دو از یک منبع نور UV استفاده می کنند تا رزین مایع را در خمره ای لایه لایه خالی (جامد سازی) کنند. SLA با یک لیزر تک نقطه ای برای رزین استفاده می کند، در حالی که DLP از یک پروژکتور نور دیجیتال برای فلاش کردن یک تصویر واحد از هر لایه در یک بار استفاده می کند.

 پس از چاپ، بخشی از رزین باید تمیز شود و در برابر منبع UV به منظور بهبود قدرت آن مورد استفاده قرار گیرد. بعد، ساختارهای پشتیبانی حذف می شوند و اگر یک سطح با کیفیت بالا مورد نیاز باشد، مراحل بعد از پردازش انجام می شود.

طرح بندی یک چاپگر معمولی SLA 3D

 SLA / DLP می تواند قطعاتی با دقت بعدی بسیار بالایی داشته باشد، جزئیات پیچیده و ایده آل آن را بسیار برای سطح صاف و نمونه های بصری کاربردی میکند. طیف گسترده ای از مواد ویژه مانند رزین های روشن، انعطاف پذیر، قابل انطباق و زیست سازگار یا مواد مورد استفاده برای کاربردهای خاص صنعتی نیز برای آن قابل استفاده است.

 به طور کلی قطعات SLA / DLP شکننده تر از قطعات FDM هستند، بنابراین آنها برای نمونه های کاربردی مناسب نیستند. همچنین قطعات SLA نباید در خارج از منزل استفاده شوند، زیرا خواص مکانیکی و رنگ آنها در هنگام برخورد با اشعه UV از خورشید کاهش می یابد. سازه های پشتیبانی همیشه در SLA / DLP مورد نیاز است که ممکن است در سطوحی که با آنها تماس دارد، دندان های کوچک ایجاد کند و نیاز به پس-پردازش اضافی دارند.

در مورد چاپ SLA / DLP 3D بیشتر بدانید

• دقت بالا و جزئیات پیچیده

• سطح شفاف و صاف ایده ال برای نمونه های بصری

• طیف وسیعی از مواد تخصصی

• قطعات نسبتا شکننده تولید می کند

• با قرار گرفتن در معرض نور خورشید، ضعیف میشود

• حذف قسمت های پشتیبانی لازم است

مواد محبوب  SLA / DLP 

 SLA برای کاربرد های بصری مناسب است که در آن قالب تزریقی، سطح بالایی از شفافیت و جزئیات زیاد، ویژگی مورد نیاز است.

•  استاندارد

• سخت

• پایا

• شفاف

• لاستیک مانند

• سختی لیزری انتخابی (SLS) 

فرایند SLS

با گرم کردن پودر پلیمری با دمای  درست زیر نقطه ذوب آن ماده شروع می شود. یک تیغه رول یا غلتک سپس یک لایه بسیار نازک پودر - به طور معمول 0.1 میلیمتر ضخامت - را روی پلت فرم میسازد.

 یک لیزر CO2، سطح لایه پودر را اسکن می کند و ذرات انتخابی را از سخت کرده، آنها را با یکدیگر ترکیب می کند. هنگامی که کل قسمت اسکن می شود، پلت فرم ساخت یک لایه حرکت می کند و روند تکرار می شود. نتیجه یک ظرف با قسمت هایی است که توسط پودر بدون پراکندگی احاطه شده.

 پس از چاپ،  محفظه نیاز به خنک کردن قطعات قبل از جدا سازی از پودر سخت نشده  و تمیزکردن آن دارد. سپس بعضی از مراحل پس از پردازش می توانند به منظور بهبود ظاهر قطعه، از جمله صیقل و یا در رنگ انجام شوند.

طرح بندی یک چاپگر معمولی سه بعدی SLS

قطعات SLS خواص مکانیکی بسیار خوب و تقریبا ایزوتروپیک دارند، بنابراین آنها برای قطعات و نمونه های کاربردی ایده آل هستند. از آنجایی که هیچ سازه پشتیبانی لازم نیست (پودر سخت نشده به عنوان پشتیبانی عمل می کند)، طراحی با هندسه بسیار پیچیده می تواند به آسانی ساخته شود. SLS همچنین برای تولید دسته ای کوچک و متوسط (تا 100 قسمت) بسیار عالی است، زیرا ظرف را می توان در طول حجم آن پر کرد و قطعات متعدد را می توان در یک اجرای واحد چاپ کرد.

 چاپگر های SLS معمولا سیستم های صنعتی گران هستند. این محدودیت در دسترس بودن فن آوری است و هزینه های آن و زمان چرخش (در مقایسه با FDM یا SLA، به عنوان مثال) را افزایش می دهد قطعات SLS به طور طبیعی دانه دانه و برخی دارای تخلخل داخلی اند. اگر سطح صاف و یا عدم اطمینان لازم باشد، مراحل بعدی پس از پردازش مورد نیاز است. مراقب باشید که سطوح تخت بزرگ و سوراخ های کوچک به توجه خاص نیاز دارند، زیرا آنها به خم شدن با حرارت و پخت اضافه حساس هستند.
 در مورد پروسه SLS بیشتر بدانید  

• ایده آل برای نمونه های کاربردی

• هندسه پیچیده - پشتیبانی مورد نیاز نیست

• قابلیت تولید دسته های کوچک

• هزینه بیشتر از FDM یا SLA

• به علت تولید دسته ای، به نوبه خود به آرامی حرکت میکند

• سطح دانه دانه و تخلخل داخلی

مواد  محبوب SLS

 SLS برای تولید نمونه های کوچک و تولید قطعات پلاستیکی کاربردی با خواص مکانیکی خوب استفاده می شود.

• نایلون

• TPU

• کربن اشباع

• شیشه اشباع

• PA 11

 پاشیدن مواد (PolyJet)

Jetting مواد روش مشابه با چاپ جوهر افشان استاندارد است. با این حال، به جای چاپ یک لایه جوهر بر روی یک تکه کاغذ، لایه های مواد روی هم قرار گرفته و یک قسمت جامد ایجاد میکنند.

سر چند سر چاپ صدها قطره کوچک از فوم پلیمر را بر روی پلت فرم ساخت جت می کنند که پس از آن توسط منبع نور UV  سخت و جامد میشود. پس از تکمیل یک لایه، پلتفرم ساخت یک لایه حرکت می کند و روند تکرار می شود.

سازه های پشتیبانی همیشه در Material Jetting مورد نیاز است. مواد محلول در آب به عنوان پشتیبان استفاده می شود که می تواند به راحتیدر مرحله پس از پردازش در آب حل شود که همزمان با قطعه چاپ می شود.

مقدمه ای بر چاپگر معمولی Jetting 3D Material

Jetting Material دقیق ترین تکنولوژی چاپ سه بعدی است (SLA / DLP بعد از آن دقیق هستند) این یکی از چندین فرآیند چاپ سه بعدی است که قابلیت چاپ ماده ای و چند رنگ را ارائه می دهد. مواد جت شده دارای سطح بسیار صاف - قابل مقایسه با قالب گیری تزریقی - و دقت بسیار زیاد بعدی، آنها را برای نمونه های واقعی و قطعاتی که نیاز به ظاهر بصری عالی دارند، ایده آل می کند.

 Jetting Material یکی از گران ترین پردازش های چاپ سه بعدی است و این هزینه بالا می تواند برای بعضی از برنامه های کاربردی نا مناسب باشد. علاوه بر این، قطعات تولید شده توسط Material Jetting برای برنامه های کاربردی مناسب نمی باشند. مانند SLA / DLP، مواد مورد استفاده در این فرآیند سخت شده با دما هستند، بنابراین قطعات تولید شده شکننده هستند. آنها همچنین دارای حساسیت به نور هستند و خواص آنها در طول زمان با قرار گرفتن در معرض نور خورشید کاهش می یابد.

 در مورد پروسه Material Jetting بیشتر بدانید

• دقت بالا و جزئیات بسیار دقیق

• قالب تزریقی مانند 

• قابلیت چند ماده ای (مولتی متریال) و چند رنگ

• گران ترین روش چاپ  3D پلاستیک 

• خواص مکانیکی در طول زمان تحلیل میروند

• قطعات نسبتا شکننده تولید می کند

محبوب ترین مواد در این روش:

 Jetting Material قطعاتی از بالاترین ابعاد بعدی را با یک سطح کاملا صاف و سطحی تولید می کند که برای هر دو نمونه های بصری و تولید ابزارهای تولیدی استفاده می شود.

• استاندارد

• ABS 

•  دیجیتال

• شفاف

• لاستیک مانند

پخت لیزر مستقیم و ذوب لیزری انتخابی (DMLS و SLM)

پخت لیزر مستقیم فلز (DMLS) و ذوب لیزری انتخابی (SLM) قطعات را به شیوه ای مشابه با SLS تولید می کنند: یک منبع لیزر به طور انتخابی لایه های را با هم ترکیب می کند. البته تفاوت اصلی این است که DMLS و SLM قطعات فلزی تولید می کنند.

 تفاوت بین فرآیندهای DMLS و SLM ظریف است: SLM به یک ذوب کامل از ذرات پودر می رسد، در حالی که DMLS ذرات فلز را به نقطه ای از دما میرساند که آنها در یک سطح مولکولی با هم ترکیب شوند.

در DMLS و SLM  سازه های پشتیبانی همیشه برای به حداقل رساندن تحریف ناشی از دماهای بالا مورد نیاز در جوش ذرات فلز است. پس از چاپ، پشتیبانی فلز، باید به صورت دستی یا از طریق ماشینکاری CNC حذف شود. ماشینکاری همچنین می تواند برای بهبود دقت ویژگی های حساس (مانند سوراخ ها) استفاده شود. در نهایت قطعات تحت گرمایش برای از بین بردن هر تنش باقی مانده قرار می گیرند.

طرح بندی یک چاپگر معمولی DMLS / SLM 3D

DMLS / SLM ایده آل برای ساخت قطعات فلزی با هندسه های پیچیده است که روش های تولید سنتی نمی توانند تولید کنند. قطعات DMLS / SLM می تواند (و باید) توپولوژی بهینه سازی شده برای به حداکثر رساندن عملکرد خود در حالی که حداقل وزن و مقدار مواد مورد استفاده خود را دارند داشته باشند. قطعات DMLS / SLM داراي خواص فیزیکی عالی هستند، که اغلب از مقاومت فلزات عبور می کنند. بسیاری از آلیاژهای فلزی که پردازششان با تکنولوژی های دیگر مانند سوپرآلیاژهای فلزی دشوار است در DMLS / SLM قابل استفاده هستند.

هزینه های مربوط به چاپ DMLS / SLM 3D بسیار بالا است: قطعات تولید شده با این فرآیند معمولا هزینه ای بین 5000 تا 25000 دلار دارند. به همین دلیل، DMLS / SLM فقط باید برای تولید قطعاتی باشد که نمی توان آنها را با هر روش دیگری تولید کرد. علاوه بر این، اندازه ساخت و ساز سیستم چاپ 3D مدرن فلز محدود است  زیرا که برای ساخت قطعات فلزی با حجم بزرگتر شرایط بسیار دقیقی و خاصی لازم است.

در مورد پروسه DMLS / SLM بیشتر بدانید

• قطعات فلزی بسیار پیچیده، با توپولوژی بهینه سازی شده 

• قطعات با خواص مواد عالی

• ایده آل برای برنامه های کاربردی مهندسی هزینه بر

• هزینه های تولید بسیار بالا

• تخصص CAD مورد نیاز نرم افزار لازم است

• حجم ساخت محدود

مواد محبوب DMLS / SLM:

DMLS / SLM قطعات با کیفیت بالا و کارآمد فلزی سه بعدی برای کاربردهای صنعتی در زمینه هوا فضا، خودرو و پزشکی تولید میکند.

•  فولاد ضد زنگ

• آلومینیوم 

• تیتانیوم 

•  باندر جتینگ

Binder Jetting یک تکنولوژی انعطاف پذیر با کاربردهای متنوع است که شامل چاپ ارزان قیمت فلز 3D، تولید نمونه های کامل رنگی و تولید قالب ریخته گری شن و ماسه می باشد.

 در Binder Jetting یک لایه نازک از ذرات پودر (فلز، آکریلیک یا ماسه سنگ) اول بر روی پلت فرم ساخت و ساز قرار می گیرد. سپس قطرات چسب با یک چاپگر جوهر افشان پاشیده شده تا ذرات پودر را به صورت انتخابی با یکدیگر ترکیب کرده و قطعه ای را به صورت لایه لایه ایجاد کند.

 پس از چاپ کامل، بخش از پودر حذف و تمیز می شود. در این مرحله قطعه بسیار شکننده است و به پسا پردازش اضافی  نیاز دارد. برای قطعات فلزی این پسا پردازش شامل پخت گرمایی (شبیه به ریخته گری تزریقی فلزی) و یا تزریق یک فلز با نقطه ذوب پایین (به عنوان مثال برنز)، در حالی که به قطعات رنگی با چسب سیانا اکریلات نفوذ داده میشود.

 چکیده ای از چاپگر معمولی Binder Jetting 3D 

Jetting Binder می تواند قطعات فلزی و نمونه های رنگی کامل را با کسری از هزینه DMLS / SLM یا Material Jetting تولید کند. قطعات ماسه سنگ بسیار بزرگ نیز می توانند توسط Binder Jetting ساخته شوند، این فرآیند توسط اثرات حرارتی محدود نمی شود (برای مثال، خمیدگی). از آنجا که هیچ ساختار پشتیبانی در چاپ نیازی نیست، قطعات فلزی Binder Jetting می تواند هندسه های بسیار پیچیده ای داشته باشد و مانند SLS، تولید دسته های کوچک و متوسط با پر کردن کامل حجم ساخته شده ممکن است.

قطعات Binder Jetting خواص مكانيكي كمتري نسبت به مواد فله ايجاد دارند كه به علت تخلخل آنها است. با توجه به نیازهای ویژه پس از پردازش Binder Jetting، محدودیت های طراحی خاصی اعمال می شود. به عنوان مثال، جزئیات بسیار کوچک نمی توانند چاپ شوند، زیرا قطعات بسیار شکننده از پرینتر بیرون می آیند و ممکن است از بین بروند. ، قطعات فلزی ممکن است در مرحله گود زدگی یا تزریق نیز اگر به درستی پشتیبانی نشوند تغییر شکل دهند.

 درباره فرآیند جابجایی باند

• تولید کم هزینه قطعات فلزی

• نمونه سازی کامل رنگی در اکریلیک یا شن و ماسه

• قابلیت های بسیار بزرگ چاپ در شن و ماسه

• خواص مواد پایین تر نسبت به DMLS / SLM

• محدودیت طراحی به دلیل اقدامات پسا پردازش

• جزئیات دقیق ممکن است قابل چاپ نباشد

 مواد محبوب Binder Jetting  

Jetting Binder اغلب برای قطعات کاملا رنگی، چاپ کم هزینه فلز و قالب های ریخته گری سنگین استفاده می شود.

فولاد ضد زنگ

نحوه انتخاب درست چاپ سه بعدی

انتخاب  چاپگر سه بعدی برای یک برنامه خاص می تواند دشوار باشد. اغلب بیش از یک فرآیند وجود دارد که مناسب هستند و هر کدام از آنها مزایای مختلفی دارد مانند دقت بیشتر بعدی، خواص مواد برتر یا سطح پایانی بالاتر.

به همین دلیل ما ابزارهای تصمیم گیری و دستورالعمل های عمومی را برای کمک به انتخاب درست چاپ سه بعدی برای شما آماده کرده ایم.

 به طور کلی، سه چیز اصلی که همیشه باید در نظر بگیرید، وجود دارد:

•     خواص مواد مورد نیاز: قدرت، سختی، مقاومت ضربه و غیره

•     الزامات طراحی و طراحی بصری: سطح صاف، قدرت، مقاومت در برابر حرارت و غیره

•     قابلیت های پردازش چاپگر سه بعدی دقت، میزان حجم چاپ ،ارتفاع لایه و غیره

مواد چاپ سه بعدی

مواد مورد نیاز چاپ سه بعدی به فرآیندهای چاپ سه بعدی بسیار مرتبط است. در این بخش، شما بیشتر در مورد محبوب ترین موادی که امروز در چاپ سه بعدی و کاربردهای کلیدی آنها استفاده می شود بیشتر می آموزید.

هر فرآیند چاپ سه بعدی با مواد مختلف سازگار است. پلاستیک (هر دو ترموپلاستیک و ترموست) به مراتب رایج ترین قبل فلزات هستند. بعضی از کامپوزیت ها و سرامیک نیز می تواند چاپ شود.

در جداول زیر، رایج ترین پلاستیک ها و فلزات مورد استفاده در چاپ سه بعدی خلاصه می شوند. اگر شما به دنبال مواد چاپی با خواص خاص هستید، احتمالا شاخص مواد ما مفید خواهد بود.

پلاستیک های چاپ سه بعدی مواد سبک وزن با طیف گسترده ای از خواص فیزیکی، برای هم  نمونه های اولیه و هم  برخی از برنامه های کاربردی مناسب است.

 پلاستیک ها یا گرما نرم (ترموپلاستیک) (با FDM یا SLS) هستند که معمولا برای برنامه های کاربردی مناسب اند یا ترموست (با SLA / DLP یا Material Jetting) هستند و معمولا برای برنامه هایی که نیاز به ظاهر بصری خوب دارند مناسب اند.