فرآیند SLM پرینت سه بعدی فلزی توضیح داده شده است

SLM یک فناوری پرینت سه بعدی فلزی پیشرفته است که از یک پرتو لیزر پر انرژی برای ذوب و جامد شدن لایه به لایه پودر فلز استفاده می‌کند و امکان ساخت دقیق قطعات فلزی را فراهم می‌کند. این فناوری مزایایی مانند دقت بالا، استحکام بالا و چقرمگی بالا را ارائه می دهد که آن را به ویژه برای ساخت قطعات فلزی با هندسه های پیچیده مناسب می کند. در مقایسه با روش‌های سنتی پردازش فلز (مانند ریخته‌گری، آهنگری و ماشین‌کاری)، SLM در دسته تولید افزودنی قرار می‌گیرد. نیازی به قالب یا ابزار برش ندارد و می تواند قطعات جامد را مستقیماً از یک مدل دیجیتال سه بعدی "رشد" کند و چرخه توسعه محصول را از طراحی تا ساخت بسیار کوتاه کند. مخصوصاً-برای تولید کوچک-دسته ای، چند{9}}قطعاتی با ساختارهای پیچیده مناسب است.

کامپیوتر را کنترل می کند، سپس پودر فلز را لایه به لایه طبق یک مسیر مدل سه بعدی از پیش تعیین شده اسکن می کند. گرمای پرتو لیزر پودر را ذوب می کند و سپس به سرعت سرد و جامد می شود و یک لایه فلزی پس از دیگری تشکیل می شود. از طریق لایه-توسط- تجمع لایه، در نهایت یک قطعه فلزی کامل تولید می‌شود.

به طور خاص، کل فرآیند شکل‌دهی معمولاً در یک محفظه مهر و موم شده پر از گاز بی‌اثر (مانند نیتروژن یا آرگون) انجام می‌شود تا از اکسید شدن پودر فلز در دماهای بالا و تضمین کیفیت شکل‌گیری جلوگیری شود. پس از اسکن هر لایه، ضخامت سکوی ساخت یک لایه کاهش می یابد (معمولاً 20 تا 50 میکرون)، و مکانیزم پخش پودر، سپس یک لایه جدید از پودر را روی لایه از قبل تشکیل شده- پخش می کند. سپس لیزر خط مقطع آن لایه را دوباره اسکن می کند. این چرخه تا زمانی که کل قسمت کامل شود تکرار می شود. پس از شکل‌گیری، قبل از اینکه قطعه قابل تحویل نهایی شود، باید مراحل بعدی پردازش{9} مانند حذف پودر، حذف ساپورت، عملیات حرارتی و عملیات سطحی را طی کند.

دقت بالا: SLM می‌تواند به دقت چاپ در سطح میکرون- دست یابد و اطمینان حاصل کند که ابعاد و شکل قطعه کاملاً مطابق با الزامات طراحی - است، به‌ویژه برای ویژگی‌های پیچیده مانند کانال‌های جریان داخلی و ساختارهای شبکه‌ای که ماشین‌کاری با روش‌های سنتی دشوار است.

استحکام و چقرمگی بالا: از آنجایی که پودر فلز در طول فرآیند ذوب لیزری به طور کامل ذوب می‌شود و به سرعت سرد می‌شود، قطعات ساخته شده توسط SLM دارای خواص مکانیکی و چقرمگی عالی هستند، با چگالی بیش از 99٪ - در برخی از معیارهای عملکرد حتی از آهنگری‌های سنتی فراتر می‌رود.

تنوع مواد: SLM برای طیف وسیعی از مواد فلزی، از جمله فولاد ضد زنگ، سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل، آلیاژهای تیتانیوم، آلیاژهای کبالت{1}}کروم، آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا و فلزات گرانبها، از جمله فولاد ضد زنگ،{0}}نیکل{0} قابل استفاده است و گزینه های گسترده ای را برای کاربردهای مختلف در زمینه های مختلف ارائه می دهد.

آزادی طراحی بالا: به لطف اصل ساخت لایه-با-لایه، SLM توپولوژی-طراحی‌های بهینه، ساختارهای شبکه‌ای سبک وزن و اجزای یکپارچه{{3} یکپارچه‌ای را که فرآیندهای سنتی نمی‌توانند به دست آورند، فعال می‌کند و به طور موثر تعداد قطعات و مراحل مونتاژ را کاهش می‌دهد.

استفاده از مواد بالا: پودر فلز ذوب نشده را می توان بازیافت، الک کرد و مجدداً مورد استفاده قرار داد که به طور قابل توجهی ضایعات مواد خام را در مقایسه با ماشینکاری سنتی کاهش می دهد.

فناوری SLM به طور گسترده در زمینه های مختلف استفاده می شود، از جمله اما نه محدود به:

هوافضا: SLM می‌تواند اجزای پیچیده موتور هواپیما و قطعات فضاپیما را بسازد و تقاضای صنعت هوافضا برای اجزای-با کارایی بالا و سبک وزن - مانند پره‌های توربین، نازل‌های سوخت، و براکت‌های ساختاری را برآورده کند.

ساخت خودرو: در صنعت خودرو، SLM می تواند برای تولید قطعات سبک وزن خودرو، مانند پایه موتور و چرخ دنده، استفاده شود که به بهبود بهره وری و عملکرد سوخت کمک می کند. همچنین به طور گسترده در صنعت مسابقه برای توسعه قطعات سفارشی استفاده می شود.

زیست پزشکی: در زمینه زیست پزشکی، SLM می تواند دستگاه های پزشکی مانند مفاصل مصنوعی و ایمپلنت های دندانی تولید کند و راه حل های درمانی شخصی را برای بیماران ارائه دهد. طراحی ساختار متخلخل آن نیز به رشد و ادغام بافت استخوان کمک می کند.

تولید قالب: SLM را می توان برای تولید قالب های تزریقی با کانال های خنک کننده منسجم استفاده کرد که به طور قابل توجهی راندمان خنک سازی قالب را بهبود می بخشد، چرخه های قالب گیری تزریقی را کوتاه می کند و بازده محصول را بهبود می بخشد.

تجهیزات صنعتی و اتلاف حرارت الکترونیکی: در زمینه هایی مانند تجهیزات ارتباطی و هیت سینک های الکترونیکی دقیق، SLM همچنین می تواند برای تولید قطعات کاربردی با ساختارهای خنک کننده پیچیده، بهبود راندمان اتلاف حرارتی و یکپارچگی ساختاری استفاده شود.

توسعه فناوری SLM را می توان به دهه 1980 ردیابی کرد. در آن زمان، شرکت آمریکایی 3D Systems اولین تجهیزات تجاری SLM را راه اندازی کرد که تولد رسمی فناوری SLM بود. با ادامه پیشرفت و بهبود این فناوری، عملکرد تجهیزات SLM به طور پیوسته با پیشرفت های قابل توجهی در سرعت چاپ، دقت و قابلیت اطمینان پیشرفت کرد. در همان زمان، دامنه کاربرد فناوری SLM به طور مداوم - از تمرکز اولیه آن بر هوافضا به تولید خودرو، زیست پزشکی و بسیاری از زمینه‌های دیگر گسترش یافته است.

با ورود به قرن بیست و یکم، با بلوغ-طراحی به کمک رایانه، الگوریتم‌های بهینه‌سازی توپولوژی،-فناوری لیزر با قدرت بالا، تجهیزات SLM به تدریج به اسکن چند-لیزری مشترک، حجم ساخت بیشتر و سیستم‌های نظارت بر فرآیند هوشمندتر دست یافتند. راندمان ساخت و اندازه ساخت هر دو به طور قابل توجهی افزایش یافته است و تولید افزودنی های فلزی را از تحقیقات آزمایشگاهی به سمت کاربردهای صنعتی{5}} سوق داده است.

با نگاهی به آینده، همانطور که فناوری SLM همچنان به توسعه و نوآوری ادامه می دهد، پیشرفت هایی در زمینه های زیر انتظار می رود:

بهبود سرعت و کارایی چاپ: با بهینه‌سازی مسیرهای اسکن لیزری و روش‌های پخش پودر{0}}، پیشرفت‌های بیشتری در سرعت چاپ و کارایی فناوری SLM انتظار می‌رود.

گسترش دامنه کاربرد: با ادامه پیشرفت علم مواد و ظهور مواد جدید، فناوری SLM می‌تواند به طیف وسیع‌تری از زمینه‌ها خدمت کند و نیازهای متنوع‌تری را برآورده کند.

کاهش هزینه: با فراگیرتر شدن فناوری SLM و تشدید رقابت در بازار، انتظار می رود هزینه تجهیزات و مواد به تدریج کاهش یابد و این فناوری پیشرفته را برای شرکت ها و افراد بیشتری در دسترس قرار دهد.

ادغام هوش و دیجیتالی شدن: ترکیب الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی پارامترهای فرآیند تطبیقی، همراه با{0}سیستم‌های نظارت زمان واقعی برای وضعیت حوضچه ذوب و تشخیص عیب با تنظیم بازخورد آنلاین، پایداری و ثبات فرآیند شکل‌دهی را بهبود می‌بخشد.

استانداردسازی و توسعه سیستم کیفیت: با عمیق‌تر شدن برنامه‌های کاربردی صنعت، استانداردهای بازرسی و سیستم‌های صدور گواهی برای قطعات SLM - به‌ویژه در زمینه‌های{1} قابلیت اطمینان بالا مانند هوافضا و پزشکی - اصلاح می‌شوند و فناوری را از «قابل استفاده» به «قابل اعتماد» سوق می‌دهد.

علیرغم مزایای قابل توجهی که دارد، فناوری SLM هنوز در کاربرد عملی با چالش های متعددی مواجه است. اول مسئله تنش پسماند است: به دلیل گرمایش و سرمایش سریع ذاتی لایه-توسط-شکل دهی لایه، قطعات مستعد تنش حرارتی داخلی قابل توجهی هستند که می تواند منجر به تغییر شکل یا حتی ترک شود. در نتیجه، طراحی ساختار پشتیبانی معقول و عملیات حرارتی پس از فرآیند{4}}اغلب برای کاهش استرس مورد نیاز است. دوم ناهمواری سطح است: قطعات تشکیل‌شده SLM معمولاً درجه خاصی از اثر پله‌ای-و چسبندگی پودری را نشان می‌دهند، بنابراین سطوحی که به تناسب دقیق نیاز دارند، اغلب هنوز به ماشین‌کاری یا پرداخت نیاز دارند. علاوه بر این، هزینه‌های تجهیزات و مواد نسبتاً بالا باقی می‌مانند، و این فرآیند برای تولید{10}کوچک و تک‌تکه‌ای مقرون به صرفه‌تر از تولید انبوه است. شرکت هایی که این فرآیند را در نظر می گیرند باید پیچیدگی قطعه، اندازه دسته و الزامات عملکرد را به طور جامع ارزیابی کنند.

علاوه بر SLM، دیگر فناوری‌های رایج تولید افزودنی‌های فلزی شامل ذوب پرتو الکترونی (EBM) و تف جوشی مستقیم لیزری فلزات (DMLS) است. EBM از پرتو الکترونی به عنوان منبع گرما استفاده می‌کند و قطعاتی را در محیط خلاء تشکیل می‌دهد، که آن را برای مواد حساس به اکسیژن مانند آلیاژهای تیتانیوم، با تنش پسماند نسبتاً کمتر - مناسب می‌سازد، اگرچه هزینه‌های تجهیزات بالاتر است و کیفیت سطح عموماً خشن‌تر است. DMLS در اصل مشابه SLM است، هر دو از لیزر برای ذوب پودر فلز استفاده می کنند، و این دو اغلب فناوری های مشابهی در نظر گرفته می شوند. تفاوت های اصلی در قراردادهای نام گذاری سازنده و جزئیات خاص فرآیند نهفته است. به طور کلی، به لطف دقت شکل دهی نسبتاً بالا و زنجیره تامین نسبتاً بالغ، SLM یکی از پرکاربردترین فرآیندها در زمینه تولید افزودنی های فلزی است.