تقریباً هر قطعه فلزی را می توان با استفاده از پرینتر های سه بعدی فلزی سریعتر، ارزانتر و بهتر ساخت. بیایید نگاهی به پنج کاربرد برتر استفاده از این فناوری بیندازیم. صنعت ساخت افزایشی در پنج سال گذشته شاهد پیشرفت های چشمگیری در مواد پرینت سه بعدی فلزی، فناوری های جدید و چاپگرهای فلزی ارزان تر بوده است. این عوامل، همراه با تکنیک های پیشرفته طراحی دیجیتال، سبب شد ما شاهد کاربردهای بیشتر پرینت سه بعدی فلزی در طیف گسترده ای از صنایع از تولید تا مراقبت های بهداشتی و هوافضا باشیم.
کاربرد های اصلی تکنولوژی پرینت سه بعدی فلزی
در این مقاله به بررسی علت استفاده روز افزون شرکت ها از فناوری پرینت سه بعدی فلزی و قطعات ساخته شده با آن در سال جاری خواهیم پرداخت. کاربرد های اصلی تکنولوژی پرینتر سه بعدی فلزی عبارتند از:
- ساخت قطعات در حجم کم و تخصصی
- ساخت نمونه های اولیه فلزی کاربردی
- تولید قطعات یدکی و منسوخ شده
- ساخت ایمپلنت های جراحی و دندان
- ساخت جواهرات و قطعات هنری تزئینی
امروزه بیشتر محصولات جدید از اسکیت برد گرفته تا انژکتورهای سوخت، به صورت دیجیتالی طراحی می شوند و همه طراحان باید روش ساخت را در نظر بگیرند. با این حال، مهندسانی که یک قطعه را برای پرینت سه بعدی طراحی می کنند، می توانند اکثر محدودیت های ساخت و طراحی سنتی قطعات فلزی را نادیده بگیرند زیرا این روش علاوه بر بهینه سازی عملکرد قطعه، مواد مصرفی، زمان و هزینه را کاهش می دهد. به عنوان مثال می توانید قطعات مکانیکی مانند بازوهای ربات یا ساختارهای پشتیبانی در هواپیما را در نظر بگیرید. مهندسان از یک نرم افزار برای شبیه سازی تنش های مکانیکی استفاده کرده و قطعاتی با استحکام بالا طراحی می کنند. اگرچه این قطعات اغلب به دلیل استفاده از بهینه سازی توپولوژی، دارای ساختارهای مشبک یا بخش های توخالی هستند، اما می توانند عملکرد بهتری نسبت به قطعات تولید شده به طور سنتی که محکم تر به نظر می رسند ارائه دهند. این قطعات پرینت سه بعدی شده میزان فلز مورد نیاز و هزینه و وزن را کاهش می دهند.
در یک مطالعه موردی توسط یک شرکت ارائه‌دهنده خدمات و نرم افزار پرینت سه بعدی، این شرکت یک گیره مکش رباتیک را با قیمتی کمتر از یک سوم و وزن یک چهارم در مقایسه با نسخه اصلی مجدداً طراحی کرد که در عین حال نیازی به مونتاژ ندارد.
کاربرد های اصلی تکنولوژی پرینت سه بعدی فلزی
از آنجایی که تکنولوژی پرینت سه بعدی فلزی می تواند قطعاتی را در داخل قطعات ایجاد کند، مهندسان می توانند با استفاده از این فناوری یک مجموعه پیچیده را در یک قطعه طراحی کنند. این یکپارچه سازی قطعات باعث صرفه جویی در زمان و کار مورد نیاز برای مونتاژ قطعات یا انجام فرآیندهایی مانند جوشکاری می شود که می تواند کارایی قطعه نهایی را به طور چشمگیری افزایش دهد.
به عنوان مثال، شرکت فضایی آمریکایی Launcher با همکاری یک شرکت آلمانی سازنده سیستم های پرینت سه بعدی سفارشی، یک محفظه احتراق برای موتورهاي موشك سوخت مايع ساخت که با انژکتورها و کانال های خنک کننده داخلی به عنوان یک قطعه واحد عمل می کند. علاوه بر این، این قطعه با طول 850 میلی متری از مواد مسی تخصصی CuCrZr ساخته شده است، یک شاهکار مهندسی که تنها از طریق فناوری های پیشرفته پرینت سه بعدی فلزی امکان پذیر گردید.
ده ها فلز و آلیاژ با کارایی بالا شامل طیف گسترده ای از فولادهای ضد زنگ با سختی و استحکام بالا تا تیتانیوم های زیست سازگار و سبک وزن، برای استفاده با تکنولوژی پرینت سه بعدی فلزی در دسترس هستند. این لیست شامل کروم های کبالت، آلومینیوم، آلیاژهای مبتنی بر نیکل، طلا، نقره، پلاتین، مس و غیره است. تعداد تأمین کنندگانی که آلیاژهای فلزی اختصاصی را برای پرینت سه بعدی فلزی ارائه می دهند در حال افزایش است که به نوبه خود کاربرد های این فناوری را افزایش می دهد. فلز برای چاپ سه بعدی معمولاً به صورت پودر است و به همین دلیل می تواند گرانتر از مواد مشابه جامد مورد استفاده باشد. با این حال، از آنجایی که پرینت سه بعدی یک فناوری ساخت افزایشی است، در مقایسه با روش های ساخت کاهشی مانند فرز، به مواد کمتری نیاز دارد.
تردیدهای قدیمی در مورد استحکام، یکپارچگی و دوام قطعات فلزی پرینت سه بعدی شده، با آزمایش قطعات بیشتر در صنعت هوافضا، ایمپلنت های جراحی و تقریباً در همه صنایعی که قطعات فلزی مورد استفاده قرار می گیرد، از بین رفته است.
ساخت قطعات در حجم کم و تخصصی با استفاده از پرینتر سه بعدی فلزی
ساخت قطعات منحصر به فرد با حجم محدود بزرگترین و گسترده ترین کاربرد پرینت سه بعدی فلزی است که همه چیز از تجهیزات تولیدی تا قاب دوچرخه های پیشرفته و قطعات رباتیکی تخصصی را در بر می گیرد. از زمانی که نرم افزارهای مهندسی پیشرفته طراحی قطعات بهتر و کارآمدتری را که فقط با فناوری پرینت سه بعدی قابل تولید است امکان پذیر کردند، شرکت ها به تکنولوژی چاپ سه بعدی فلزی روی آوردند. اغلب تنها روش ساخت طرح های پیچیده، مانند منیفولد هیدرولیک نشان داده شده در شکل زیر روش پرینت سه بعدی است.
ساخت یک قطعه فلزی با روش های سنتی، به ابزارهای فلزی اضافی مانند قالب، همراه با فرآیندهای اضافی مانند جوشکاری یا مونتاژ نیاز دارد، این در حالی است که تکنولوژی پرینتر سه بعدی اغلب راه حل سریعتر و کارآمدتری ارائه می دهد. اما با افزایش حجم تولید یک قطعه، مزیت های استفاده از پرینت سه بعدی فلزی کاهش می یابد. برخی از تولیدکنندگان مانند BMW، به تولید انبوه قطعات با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی روی آورده اند. برخی از شرکت هایی که برای تولید قطعات در حجم کم و تخصصی به چاپ سه بعدی فلزی روی آورده اند:
- ناسا یک پمپ سوخت موتور موشک را با استفاده از فناوری پرینت سه بعدی فلزی تولید کرد که 45 درصد قطعات کمتری نسبت به پمپ های ساخته شده با روش های تولید معمولی دارد.
- شرکت تولید کننده لوازم حمام Grohe یک شیر آب پرینت سه بعدی شده ارائه می دهد که از نیمی از مواد محصولات سنتی استفاده می کند.
- شرکت GE Aviation 3D پره های توربین را برای GE9X، بزرگترین موتور جت جهان برای نسل بعدی جت های بوئینگ 777X، چاپ می کند.
- نتیجه آزمایش استحکام شرکت پورشه بر روی پیستون های چاپ سه بعدی شده در موتور 911 GT2 RS نشان داد پیستون های آلیاژ آلومینیوم چاپ شده در مقایسه با قطعات ریخته گری شده استحکام مشابهی دارد.
- شرکت Nik Huber Guitars یک پل گیتار برقی فلزی با فناوری چاپ سه بعدی تولید کرده است که دستیابی به کیفیت صدا آن با قطعات تولید شده به روش سنتی امکان پذیر نیست.
- بوگاتی، بخشی از گروه فولکس واگن، یک کالیپر ترمز را با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی و یک آلیاژ با استحکام و عملکرد بالا که عمدتاً در کاربردهای هوانوردی استفاده می شود ساخته است.
- شرکت ابزارسازی Eisenhuth با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی فلزی، بهبود قابل توجهی در زمان چرخه و کیفیت محصولات پرینت شده مشاهده کرد و جرم کلی ابزار را کاهش داد.
- شرکت های Thales Alenia Space و D Systems3 براکت های تیتانیومی را برای ماهواره ها تولید می کنند که ۲۵ درصد سبک تر هستند و نسبت سختی به وزن بهتری نسبت به ماهواره های تولید شده به روش های سنتی دارند.
ساخت قطعات در حجم کم و تخصصی با استفاده از پرینتر سه بعدی فلزی
ساخت نمونه های اولیه فلزی کاربردی با استفاده از پرینتر سه بعدی فلزی
چاپ نمونه اولیه فلزی که دقیقاً مانند قطعه فلزی نهایی ماشین کاری شده عمل می کند، یکی دیگر از کاربردهای برتر پرینتر های سه بعدی فلزی است. نمونه های اولیه فلزی مقاوم که از جنس مواد فلزی نهایی خود چاپ می شوند، اثبات مفهومی را در اختیار مهندسان و طراحان قرار می دهند که فراتر از ظاهر و احساس است و می توان قابلیت استفاده، ارگونومی و ساخت یک محصول را مورد آزمایش قرار داد. هزینه بالا و زمان طولانی فرزکاری یا قالب گیری تنها چند قطعه فلزی، مانعی رایج در ساخت نمونه های اولیه فلزی با استفاده از روش های سنتی است. با این حال، پرینت سه بعدی فلزی به هیچ ابزاری نیاز ندارد و مدت زمان تولید معمولاً سریع تر است که برای مهندسان امکان بررسی طرح های بیشتر در مدت زمان کوتاه تری را فراهم می سازد و چرخه توسعه محصول را کاهش می دهد. برخی از شرکت هایی که برای تولید نمونه های اولیه به چاپ سه بعدی فلزی روی آورده اند:
- یک شرکت مستقر در ویرجینیا به نام Lumenium، فعال در زمینه توسعه موتورهای احتراق داخلی خلاقانه، با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی فلزی زمان تولید محصول خود را تا 25 درصد کاهش داده است.
- یک شرکت تولید کننده اتصالات آشپزخانه و حمام، از تکنولوژی پرینت سه بعدی برای تولید سریع نمونه های اولیه با ویژگی های منحصر به فرد، کاهش مراحل ریخته گری، و در عین حال کاهش هزینه ها استفاده کرد.
- Shukla Medical از تکنولوژی پرینت سه بعدی فلزی برای ایجاد نمونه های اولیه ابزار جراحی برای جراحان استفاده می کند تا قبل از تولید آن را مورد آزمایش قرار دهند.
ساخت نمونه های اولیه فلزی کاربردی با استفاده از پرینتر سه بعدی فلزی
ساخت قطعات یدکی و منسوخ شده با استفاده از پرینتر سه بعدی فلزی
امکان تولید قطعات ضروری در محل و بر اساس تقاضا، پرینتر های سه بعدی فلزی را به یک سرمایه گذاری هوشمندانه ای برای طیف گسترده ای از سازمان ها تبدیل کرده است. بیماری کرونا باعث شد زنجیره تأمین کوتاه تر شود و قطعات ضروری به صورت محلی تولید شوند. انقلابی در مدیریت قطعات یدکی برای سازندگان تجهیزات اصلی در حال شکل گیری است. تولیدکنندگان می توانند به جای انبار کردن هزاران قطعه یدکی، یک موجودی قابل پرینت سه بعدی دیجیتالی تهیه کنند که از این طریق در فضا و حجم کار صرفه جویی می شود. دستگاه پرینتر سه بعدی فلزی می تواند قطعات فیزیکی را از فایل های دیجیتال در چند ساعت یا چند روز برای قطعات بزرگتر تولید کند.
پرینت سه بعدی فلزی فراتر از امکان تولید قطعات یدکی تجهیزات امروزی براساس تقاضا، باعث افزایش طول عمر تجهیزاتی که تولیدشان متوقف شده و افزایش امکانات تعمیر برای مجموعه ای از ماشین های منسوخ شده می گردد. این فناوری در ترکیب با اسکن سه بعدی برای مهندسی معکوس قطعات و ایجاد مدل های دیجیتال، نه تنها می تواند یک قطعه یدکی را در صورت عدم وجود قطعه تولید کند، بلکه باعث کاهش وزن و مقدار مواد مصرفی می شود. برخی از شرکت هایی که برای تولید قطعات یدکی به پرینت سه بعدی فلزی روی آورده اند:
- پورشه از پرینت سه بعدی فلزی برای تولید قطعات یدکی خودروهای کمیاب و کلاسیک خود استفاده می کند و مجموعه گسترده ای از قطعات کمیاب با کیفیت بالا را با هزینه اندکی در اختیار مشتریان خود قرار می دهد.
- شرکت Deutsche Bahn الگوهای ساخت برای پرینت سه بعدی فلزی را از نقشه های موجود و اشیاء اسکن سه بعدی شده به منظور تولید قطعات یدکی قطارهای قدیمی ایجاد کرده است.
- سپاه تفنگداران دریایی ایالات متحده فرآیندی را برای پرینت سه بعدی قطعات یدکی مخزن زمانی که قطعه اصلی فرسوده یا غیرقابل استفاده می شود و قطعه ماشینکاری شده جدید نمی تواند به سرعت دریافت شود، تأیید کرد.
- یک شرکت چند ملیتی تولید کننده فولاد به نام ArcelorMittal که دفتر مرکزی آن در لوکزامبورگ قرار دارد، توانسته است با استفاده از پرینت سه بعدی فلزی، قطعات یدکی را بر اساس تقاضا چاپ کند و نیاز به انبار را کاهش دهد.
- شرکت کامیون های مرسدس بنز و اتوبوس دایملر پس از استفاده موفقیت آمیز از فناوری پرینت سه بعدی پلاستیکی در تولید قطعات یدکی خود، اکنون قطعات جایگزین پرینت سه بعدی فلزی شده را برای وسایل نقلیه خود حتی مدت ها پس از توقف تولید ارائه می دهند.
ساخت قطعات یدکی و منسوخ شده با استفاده از پرینتر سه بعدی فلزی
ساخت ایمپلنت های جراحی و دندان با استفاده از پرینتر سه بعدی فلزی
کاربردهای پرینت سه بعدی فلزی در صنعت دندانپزشکی و پزشکی نه تنها از نظر وسعت، بلکه از نظر حجم بسیار زیاد است. این کاربردها همه چیز از تاج دندان و پل گرفته تا ایمپلنت لگن را شامل می شود. اگرچه آزمایشگاه های دندانپزشکی برای ایجاد قالب ها برای تولید جایگزین های دندان، مقدار زیادی پرینت سه بعدی را با پلاستیک انجام می دهند، استفاده از ایمپلنت های فولادی ضد زنگ نهایی پرینت سه بعدی شده در حال رشد است. علاوه بر دندانپزشکی، امکان توسعه قطعات فلزی پرینت سه بعدی شده که می توانند در بدن انسان کاشته شوند، شگفت انگیز است. علاوه بر استفاده از این فناوری در جایگزینی استخوان، ساخت ایمپلنت های جمجمه و استنت های عروقی، مزیت اساسی قطعات پرینت سه بعدی شده در صنعت پزشکی، امکان سفارشی سازی است.
جراحان که به طور فزاینده‌ای از محدودیت های قطعات یک اندازه و یکسان ناراضی هستند، در راستای حرکت به سمت ایمپلنت های سفارشی سازی شده ای که برای نیازهای منحصر به فرد بیمار سفارشی شده اند کمک می کنند. ساخت بسیاری از ایمپلنت های پرینت سه بعدی شده با ابزارهای سنتی سخت یا غیر ممکن است. به عنوان مثال می توان به ساختارهای متخلخل شش ضلعی سوکت های جایگزین لگن که باعث رشد استخوان و افزایش ثبات می شود اشاره کرد. برخی از شرکت هایی که برای تولید ایمپلنت به پرینت سه بعدی فلزی روی آورده اند:
- گروه دندانپزشکی Swift در بریتانیا از پرینت سه بعدی فلزی برای افزایش بهره وری تولید بدون از کاهش دقت استفاده کرد.
- یکی از شرکت‌های پیشرو در زمینه فناوری پزشکی در جهان به نام Stryker از پرینت سه بعدی فلزی برای توسعه پرفروش ترین جایگزین های مفصل زانو و ران خود استفاده می کند.
- شرکت Toughware Prosthetics از فناوری پرینت سه بعدی برای ساخت قطعات سبک و پیچیده از فولاد ضد زنگ با نفوذ برنز که قادر به ریخته گری یا تولید با روش های ماشینکاری معمولی نیستند، استفاده کرد.
- Graft3D Healthcare Solutions در هند، از نرم افزار Oqton و پرینت سه بعدی فلزی برای ایجاد ایمپلنت فک تیتانیومی مخصوص بیمار استفاده کرده است.
- AK Medical از پرینتر سه بعدی فلزی برای رفع نیاز روزافزون چین به ایمپلنت های ارتوپدی استفاده می کند.
ساخت ایمپلنت های جراحی و دندان با استفاده از پرینتر سه بعدی فلزی
ساخت جواهرات و قطعات هنری تزئینی با استفاده از پرینتر سه بعدی فلزی
هنرمندان با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی مرزهای طراحی را گسترش می دهند، به ویژه در جواهرسازی از این فناوری برای چاپ قطعات نهایی از فلزات گرانبها استفاده می شود. امکان ساخت طرح های هندسی پیچیده و ظریف که ساخت آن ها با روش های سنتی امکان پذیر نیست، جواهرسازان را قادر می سازد مدل های خلاقانه منحصر به فرد و سفارشی را به مشتریان خود ارائه دهند. جواهرسازان برای توسعه الگوهای ریخته گری به پرینت سه بعدی پلاستیکی روی آورده اند که تولید آنها ارزان تر و سریعتر از روش های سنتی است. اگرچه پرینت سه بعدی با فلزات گرانبها محبوبیت کمتری دارد اما استفاده از آن در حال رشد است. برخی از شرکت هایی که برای تولید جواهرات به پرینت سه بعدی فلزی روی آورده اند:
- یک شرکت جواهرسازی پیشرفته به نام Arlid Links جواهرات نفیسی را از پودر فلز ساخته شده از سلاح های گرم غیرقانونی خراب که در مناطق درگیری کشف و ضبط شده است، چاپ سه بعدی می کند.
- یک طراح جواهرات برزیلی به نام Veronica Nunes، به منظور خلق طرح های بسیار پیچیده با یک شرکت ارائه دهنده خدمات پرینت سه بعدی همکاری می کند.
- Cloud Factory خدمات پرینت سه بعدی فلزی برای جواهرات سفارشی را با سرعت و هزینه ای ارائه می دهد که با روش های سنتی ساخت جواهرات امکان پذیر نیست.
ساخت جواهرات و قطعات هنری تزئینی با استفاده از پرینتر سه بعدی فلزی
منبع: https://all3dp.com
در صورت تمایل میتوانید فایل PDF این مقاله را در قسمت زیر دانلود و با ذکر منبع مورد استفاده قرار دهید. 
ثبت ديدگاه