کار تعداد زیادی از چاپگرهای سه بعدی بر اساس فیلامنت نیست، بلکه بر پایه پودر است. Laser Sintering، Multi Jet Fusion و Metal 3D Printing برای انجام پرینت سه بعدی از موادی مانند پلی آمید، آلومید، تیتانیوم، لاستیک و ... برای پرینت سه بعدی استفاده می کنند.

 

احتمالا هنگامی که نام این نوع پرینتر را می شنوید چاپگرهایی که به صورت لایه لایه کار می کنند به ذهن شما خطور می کند. این نوع پرینترها بر خلاف بقیه انواع چاپگرهای سه بعدی که با فیلامنت کار می کنند و برای ارائه خدمات چاپ سه بعدی از  پودر به عنوان ماده اولیه استفاده می کنند.

چاپ سه بعدی پودری به دو روش انجام می شود: جت بایندر(Binder Jetting) و همجوشی بستر پودری( Powder bed fusion) .

در روش همجوشی بستر پودری، توسط لیزر ذرات پودر به صورت لایه لایه در جسم ذوب می شوند و یک لایه نازک پودر به عنوان پوشش مجدد برای هر لایه جدید اضافه می شود. این روش دقت چاپ بالاتری دارد و چاپ های پیچیده تری انجام می دهد.

در روش جت بایندر از یک هد چاپی استفاده می شود و یک ماده باندینگ مایع به بستر چاپ پودری رسوب می کند تا جسم مورد نظر به صورت لایه لایه تشکیل شود. در این روش هم یک لایه پودر تازه به عنوان پوشش مجدد اضافه می شود.

 

پرینترهای سه بعدی طیف وسیعی از مواد و حتی مواد کمتر رایج مانند فلز و سیلیس را می توانند استفاده کنند. این در صورتی است که چاپگرهای FDM محدود به ترموپلاستیک های خالص و یا تزریق شده با مواد دیگر هستند.

به طور کلی چاپ سه بعدی پودری به 5 زیر فناوری تقسیم می شود:

در این جا قصد داریم تا خلاصه ای از هر کدام را بررسی کنیم.

می توان گفت چاپگرهای SLS محبوب ترین نوع پرینترهای سه بعدی هستند. این فناوری را دکتر جو بیمن و کارل دکارد در دهه 1980 در دانشگاه تگزاس توسعه دادند.

روش کار در SLS به این صورت است که مواد چاپ به صورت پودر در سطل پودر چاپگر قرار می گیرد و تا دمایی نزدیک به نقطه ذوب گرم می شوند. سپس یک لایه نازک پودر روی سکوی ساخت پخش می شود و یک لیزر CO2 به طور انتخابی مطابق با مدل به آن زده می شود. این عمل تا ساخت کامل قطعه تکرار می شود و سکوی ساخت به سمت پایین جا به جا می شود و لایه دیگری از پودر تازه روی آن پخش می شود.

SLS ظرافت و دقت بالایی دارد و ضخامت هر لایه پودر 0.1 میلی متر می باشد و نیاز به پشتیبانی خاصی ندارد و امکان چاپ قطعات بسیار کوچک تا قطعات بزرگ و پیچیده با این روش وجود دارد. اما نقاط ضعفی نیز دارد که می توان به قیمت بالای آن و مصرف زیاد انرژی اشاره کرد.

 

این فناوری در سال 1995 توسط گروه تحقیقاتی در آلمان شکل گرفت. این تکنولوژی تا حدودی شبیه به تکنولوژی SLS است و تفاوت اصلی بین آن ها این است که SLM به طور خاص برای چاپ قطعات فلزی کاربرد دارد. این چاپ ها بسیار ظریف و دقیق هستند و قابل مقایسه با قطعات تولیدی با روش سنتی نیستند و برای نمونه سازی سریع و تولید انبوه بسیار مناسبند.

SLM فقط با فلزات خالصی کار می کند که دمای ذوب یکسانی دارند.

روش کار به این صورت است که پودر فلز توسط لیزر لایه به لایه ذوب می شود تا شکل نهایی ایجاد شود و باید فضای ساخت کاملا کنترل شده باشد. به دلیل اینکه از فلزات متراکم و سنگین تر از ترموپلاستیک ها در این چاپگرها استفاده می شود به ساختارهای پشتیبانی نیاز دارند تا در هنگام چاپ، قطعات بالا نگه داشته شوند.

یکی از عیوبی که این روش دارد این است که جدا کردن مواد و قطعات پشتیبان از یکدیگر دشوار است و بعد از اتمام کار و جدا شدن قطعه به پس پردازش نیاز است.

اما حسنی که این روش دارد این است که می توان قطعات با شکل هندسه پیچیده را مستقیما در فلز چاپ کرد و چون به عملیات ماشین کاری نیازی نیست، زمان تولید کاهش پیدا می کند.

 

شرکت آلمانی EOS  در دهه 1990 این فناوری را توسعه داد. جالب است بدانید SLM و DMLS به دلیل شباهتی که با هم دارند اشتباه گرفته می شوند. تفاوتی که با هم دارند این است که DMLS پودر فلز را توسط جوش به هم می چسباند، اما SLM پودر فلز را ذوب می کند.

DMLS امکان چاپ قطعات با آلیاژهای فلزی یا مخلوطی از چند عنصر فلزی که دمای ذوب متفاوتی دارند را دارد.

روش کار این تکنولوژی به این صورت است که پودر فلز درون محفظه ای تا حدی گرم می شوند، اما این حرارت به اندازه ای که فلز ذوب شود نیست. لایه نازکی از پودر در سراسر سکوی ساخت  پخش می شود و سپس لیزر مطابق با مدل، جوش لیزری را اعمال می کند، پلت فرم به سمت پایین هدایت می شود و این روند تا پایان ساخت قطعه تکرار می شود.

یکی از جوانب مثبت این روش دقت باورنکردنی آن است و این که می توان موادی که توسط جوش لیزری ذوب نشده اند را مجددا استفاده کرد.

 

در مقایسه SLS و EBM، چاپگرهای EBM از پرتو الکترونیکی به جای لیزر CO2 استفاده می کنند و در چاپگرهای EBM به ماده رسانا نیاز است.

در این فناوری از یک پرتو الکترونیکی که به وسیله سیم پیچ های الکترومغناطیسی کنترل می شوند، پودر فلز رسانا عملیات جوش زدن را انجام می دهد. تمام مراحل کار باید در یک فضای خلاء صورت بگیرد، در غیر اینصورت پرتوهای الکترونیکی با مولکول های گاز موجود در هوا برخورد می کنند و عملکردشان را از دست می دهند.

بعد از اینکه پودر در چاپگر بارگیری شد، فشار داخلی کم می شود تا خلاء ایجاد شود و وقتی فشار داخلی به اندازه نرمال رسید، سکوی ساخت گرم می شود. سپس لایه نازکی از پودر در ناحیه ساخت قرار می گیرد و پرتوهای الکترونیکی با پودر برخورد می کنند و باعث جامد شدن پودر می شوند.

این کار لایه به لایه انجام می شود و پرتو به نقاط خاصی از پودر برخورد می کند تا قطعه مورد نظر تکمیل شود.

لازم به ذکر است که عملیات پس پردازش به دلیل اینکه چاپ ها با پودر نیمه پخته پوشانده می شوند ضروری است. همچنین سرعت پرینت در این قطعات بالاست و قطعاتی که با این روش ساخته می شوند به دلیل تراکم بالای چاپ قوی هستند و پودرهای باقی مانده نیز دوباره قابل استفاده هستند.

اما جنبه منفی چاپ EBM این است که آلیاژهای مورد استفاده مانند تیتانیوم یا کروم و کبالت بسیار گران هستند.

در سال 1993 از طریق پروژه ای در موسسه ماساچوست روش بایندر جت توسعه یافت. این روش یک فناوری چاپ سه بعدی بر پایه پودر است که به جای گرما از عوامل اتصال مایع برای چاپ قطعات استفاده می کند.

روش کار به این صورت است که لایه نازکی از پودر روی صفحه ساخت پخش می شود و یک هد چاپ حرکت می کند و عامل اتصال را به طور انتخابی در سطح پخش می کند. وقتی که مایع با سطح تماس پیدا می کند، پودرها به هم متصل می شوند و به صورت جامد در می آیند. سپس سکوی ساخت به سمت پایین جابجا می شود و لایه دیگری از پودر روی سطح ساخت پخش می شود و این کار تا زمان تکمیل شدن قطعه تکرار می شود.

فناوری چاپ جت بایندر به دو روش شنی و فلزی انجام می شود. جت بایندر شنی معمولا برای چاپ قالب های پیچیده و مدل هایی که رنگی هستند استفاده می شود. اما مزیتی که جت بایندر دارد این است که بعد از تکمیل عملیات چاپ، نیازی به پس پردازش نیست.

جت بایندر فلزی هزینه کمتری نسبت به SLM یا DMLS دارد، اما برای افزایش استحکام و یا چگالی، قطعات باید فرایند پخت را دنبال کنند. قطعات برای حذف عامل چسبنده حرارت داده می شوند و حفره های ایجاد شده با فلزات با نقطه ذوب پایین پر می شوند.

به طور کلی چاپ های جت بایندر برای چاپ هایی با هندسه پیچیده بسیار مفید هستند و مواد چاپی آن ها هم بسیار ارزان است.

اما خواص مکانیکی ضعیف در جت بایندر، نقطه ضعف این روش محسوب می شود.