پرینت سه بعدی و مواد افزودنی ساخت

به روز رسانی شده در ۱۴۰۳/۶/۱۵ زمان مطالعه 8 دقیقه

مواد افزودنی تولید بسیاری از مواد را می توان برای تولید افزودنی و چاپ سه بعدی استفاده کرد و موارد جدید هنوز در حال توسعه هستند. بسته به ماشین تولیدی، از مواد مختلفی در فاکتورهای شکلی مختلف استفاده می شود.

مواد

فلزات

فلزات زیادی وجود دارند که در تولید قطعات افزودنی ساخته می شوند. آنها عبارتند از:

فلز پودر متخلخل بر پایه آهن
فولاد ضد زنگ
برنز و نیکل
فولاد
طلا
تیتانیوم
آلومینیوم

تولید مواد افزودنی فلزی یا MAM، اغلب از فرآیندی استفاده می‌کند که با یک مدل دیجیتال شروع می‌شود و یک لایه به لایه تولید می‌کند و یک پودر فلز را فعال و جامد می‌کند تا زمانی که یک جزء سبز برای پخت آماده شود، که این قطعه را به عنوان یک قطعه کار قابل استفاده می‌کند. . فرآیندهای تولید افزودنی فلزی که از تکنیک لایه‌بندی استفاده می‌کنند شامل تف جوشی لیزری (LM/SLS/SLFS)، ذوب پرتو الکترونی (EBM)، مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM)/اکستروژن، تشکیل پودر لیزری (LPF) و اتصال جوهر افشان انتخابی (SIB) است. .

پودرهای فلزی با استفاده از یکی از چندین فرآیند تولید می شوند. پودرهای فلزی بسته به این فرآیندها می توانند از نظر اندازه و همچنین شکل (کروی تا نامنظم) بسیار متفاوت باشند. اتمیزه کردن آب رایج ترین روش تولید پودر فلز است. همچنین مقرون به صرفه ترین است. آب با فشار بالا بر جریان فلز مذاب تأثیر می گذارد و ذرات کوچکی که ایجاد می شوند سرعت خنک شدن سریعی دارند. در نتیجه، ذرات پودر سخت و نامنظم هستند. این اشکال نامنظم برای تولید مواد افزودنی کمتر مطلوب هستند. اتمیزه کردن آب را می توان برای تولید پودرهای کروی بیشتر و با هزینه بالاتر تغییر داد. با این حال، تحت شرایط خاص، امکان تولید پودرهای کروی با توزیع اندازه ذرات بهینه شده برای تولید افزودنی وجود دارد.

اتمیزه کردن گاز به عنوان یک روش تولید برای پودرهای فلزی متصل به MAM ترجیح داده می شود. در اینجا، ماده اولیه ذوب می شود و مخلوط مذاب از طریق یک نازل عبور می کند. گاز با سرعت بالا به فلز مذاب در جریان برخورد کرده و آن را به قطرات ریز کاهش می دهد. هنگامی که قطرات فلزی به پایین برج اتمیزه می افتند، کره ها تشکیل می شوند. سایر تکنیک های کمتر مورد استفاده پودر فلز عبارتند از: اتمیزه کردن پلاسما، اتمیزه کردن القای الکترود و اتمیزه کردن گریز از مرکز.

ترموپلاستیک ها

ترموپلاستیک ها، فیبر کربن و سایر کامپوزیت ها نیز در تولید مواد افزودنی استفاده می شوند. فیلامنت FDM از ترموپلاستیک های مختلف ساخته شده است. اینها در نازل ذوب می شوند و برای ساخت قطعات استفاده می شوند. پلاستیک ها دارای خواص متفاوتی هستند که باید بر اساس قابلیت ماشین و خواص مورد نظر قطعه تمام شده انتخاب شوند.

ABS یکی از رایج ترین پلاستیک ها برای AM است. استحکام و مقاومت خوبی در برابر حرارت دارد و چاپگرهای زیادی قابلیت چاپ با آن را دارند. این یک پلاستیک است که به عنوان یک محصول نهایی و همچنین برای نمونه سازی مناسب است. برای چاپ به یک تخت گرم شده نیاز دارد و به دلیل سرد شدن تمایل به پیچیدن دارد و چاپ آن را کمی دشوارتر می کند.

PLA یک پلاستیک بسیار متداول برای چاپ به دلیل سهولت استفاده و نیاز به دمای پایین است. استحکام خوبی دارد اما خیلی انعطاف پذیر نیست و تا حدودی شکننده است. همچنین مقاومت حرارتی ضعیفی دارد و می تواند در یک محیط گرم مانند یک ماشین داغ ذوب شود. این یک ماده عالی برای نمونه سازی است، اما به اندازه یک محصول نهایی خوب نیست.

PETG بسیاری از مزایای ABS مانند دمای بالا اما با سهولت چاپ PLA را ارائه می دهد. همچنین استحکام قابل قبولی را ارائه می دهد و انعطاف پذیری زیادی دارد که آن را برای برخی مصارف قوی تر می کند.

پلی آمید (نایلون) یکی از مواد قوی تری است که در فرآیند AM استفاده می شود. ممکن است چاپ با آن به دلیل شرایط دمایی آن دشوار باشد، اما می توان آن را در بسیاری از چاپگرهای FDM با تغییرات جزئی در نازل انتهای داغ چاپ کرد.

ULTEM™ یک رزین پلی اتریمید گرمانرم آمورف (PEI) است. این در حال حاضر یکی از قوی ترین مواد موجود برای چاپ FDM است، اما به دلیل دمای مورد نیاز چاپ با آن دشوار است. اکثر چاپگرها قادر به استفاده از این ماده نیستند مگر اینکه برای آن طراحی شده باشند. آنها علاوه بر تولید قطعات نهایی قوی، مقاومت حرارتی و شیمیایی بالایی نیز دارند.

فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر رشته‌هایی هستند که در چاپگرهای FDM استفاده می‌شوند و امکان انعطاف‌پذیری را در قسمت نهایی فراهم می‌کنند. رشته های انعطاف پذیر اغلب از پلی اورتان ترموپلاستیک (TPU) ساخته می شوند. آنها به شما اجازه می دهند چیزهایی مانند مچ بند و قاب گوشی یا سایر اشکال انعطاف پذیر مانند مهر جوهر سفارشی بسازید. بسیاری از چاپگرها ممکن است برای چاپ موفقیت آمیز با مواد انعطاف پذیر نیاز به اصلاح جزئی داشته باشند.

رشته‌های قالب‌سازی معمولاً طوری طراحی می‌شوند که در فرآیند ریخته‌گری موم از دست رفته مانند موم عمل کنند. قطعه تمام شده طوری طراحی شده است که از حفره ای که در اطراف قطعه ریخته شده است ذوب شود تا بتوان نگاتیو قطعه را به دست آورد.

مواد پشتیبان موادی مانند پلی وینیل الکل (PVA) هستند که محلول در آب است و معمولاً برای پشتیبانی از یک قطعه در هنگام چاپ استفاده می شود. پس از اتمام قطعه، قطعه را می توان در آب غوطه ور کرد و ساپورت PVA حل می شود.

رشته‌های دیگری مانند رشته‌هایی که با الیاف فلزی یا کربنی پر شده‌اند و همچنین رشته‌های ویژه‌ای که در تاریکی می‌درخشند یا با قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش تغییر رنگ می‌دهند، وجود دارند.

انواع چاپ

استریولیتوگرافی و جت پلیمری فرآیندهایی هستند که از یک رزین مایع استفاده می کنند که وقتی در معرض اشعه ماوراء بنفش و نور مرئی قرار می گیرد سخت می شود. در چاپ نوع استریولیتوگرافی، قطعه با قرار دادن هر لایه رزین در معرض نور در حالی که قطعه از رزین خارج می‌شود یا لایه‌ای که روی آن کار می‌شود جابه‌جا می‌شود، رشد می‌کند. این روش به اجزای نوری مانند پروژکتور DLP یا لیزر برای پخت رزین ها در اشکال خاص متکی است.

در جت پلیمری (Polyjet)، یک هد چاپ مقادیر کمی از رزین مایع را برای تشکیل یک لایه جدید اسپری می‌کند و سپس با لامپ‌های UV پخت می‌شود. این روش شبیه به یک چاپگر جوهر افشان دو بعدی است که به آن اجازه می دهد چندین رزین را در یک چاپ واحد ترکیب کند.

رزین پخت با نور و تشعشع (UV، مرئی و غیره) یک رزین مایع است که با انرژی معمولاً به شکل نور UV پخته می شود تا به یک جسم پلاستیکی تبدیل شود. رزین ها برای شبیه سازی بیشتر خواص مواد موجود با سایر روش های چاپ طراحی شده اند. رزین قابل درمان اجازه می دهد تا قطعاتی با تمام رنگ ها، شکل ها و تراکم ها و همچنین قطعات و کامپوزیت های انعطاف پذیر را تولید کند. همچنین می توان از رزین برای ایجاد قالب برای ریخته گری مستقیم قطعات یا رزین موم مانند برای استفاده در ریخته گری استفاده کرد. اخیراً رزینی ساخته شده است که اجازه می دهد قطعات را از شیشه ساخته شود.

تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) روشی برای تولید است که از لیزر برای گرم کردن یک ماده نیرو برای اتصال ذرات قدرت به یکدیگر استفاده می کند. لایه‌هایی از پودر اضافه می‌شود و تا زمانی که قسمت تمام شود به هم می‌چسبند. تف جوشی مستقیم لیزری فلزات (DMLS) اساساً همان فرآیند SLS است با این تفاوت که به جای پلاستیک با فلز انجام می شود. SLS به مواد پشتیبان نیاز ندارد زیرا پودر در حین چاپ به عنوان تکیه گاه عمل می کند اما به سوراخ خروجی نیاز دارد تا برق بعد از آن حذف شود.

پلاستیک های پودری مشابه بسیاری از رشته های FDM به شکل پودر هستند، هر ترموپلاستیک به طور بالقوه می تواند با دستگاه SLS استفاده شود.

پلی آمید (نایلون) یکی از رایج ترین پلاستیک های مورد استفاده برای SLS است زیرا استحکام خوبی را ارائه می دهد و به خوبی با ماشین ها کار می کند. پودر نایلون اغلب با ذرات دیگری مانند شیشه یا آلومینیوم پر می شود که می تواند مقاومت در برابر دما یا استحکام یک قطعه را افزایش دهد.

از سرامیک و شیشه نیز می توان با فرآیند SLS استفاده کرد. از همین روش برای اتصال ذرات به یکدیگر استفاده می شود. در مورد شیشه، قطعات شفاف نیستند اما در عوض ظاهری مات دارند و استحکامی برابر با شیشه شفاف ندارند. گاهی اوقات می توان از سرامیک برای ایجاد مستقیم قالب برای ریخته گری فلز استفاده کرد.

چاپ فلزی با سیم، روش دیگری برای چاپ سه بعدی است که در بیشتر موارد، فقط به صورت تجربی انجام شده است، اما می تواند در آینده برجسته تر شود. این روش می تواند مشابه روش نوع FDM اما با فلز باشد. اطلاعات کمی در مورد این روش و مواد مورد استفاده در دسترس است. در برخی آزمایشات از فرآیند و ماده ای مشابه جوشکاری MIG استفاده شده است.

یکی از روش‌های قدیمی‌تر و در حال حاضر کمتر مورد استفاده در ساخت مواد افزودنی با لایه‌های لایه‌ای از مواد کار می‌کند. در این فرآیند، مواد مورد استفاده می تواند کاغذ پوشش داده شده با چسب، پلاستیک یا فلز باشد که به هم چسبانده شده و به شکل بریده شده است.

با تجهیزات مناسب، بسیاری از مواد دیگر مانند فیبر کربن، بتن و خاک رس نیز در فرآیند تولید افزودنی قابل استفاده هستند.