چاپ سه بعدی SLM (ذوب لیزری انتخابی) برترین فناوری پرینت سه بعدی فلزی است که انقلابی در تولید افزودنی قطعات فلزی ایجاد کرده است. بیشتر پرینترهای سه بعدی فلزی از فناوری ذوب لیزری انتخابی استفاده می کنند که شامل لیزری است که فلز پودر شده را ذوب می کند. در واقع، این روش بیش از 80 درصد از بازار پرینترهای سه بعدی فلزی را به خود اختصاص داده است و ده‌ها سازنده در سراسر جهان ماشین‌هایی را در طیف وسیعی از اندازه‌ها با ویژگی‌های متفاوت ارائه می‌دهند.
ذوب لیزری انتخابی (SLM) :
فرایند SLM (همچنین شناخته شده به عنوان LPBF) یکی از روشهای ساخت افزودنی (پرینت سه بعدی) است که در آن با استفاده از یک منبع لیزر پرتوان پودر فلزات ذوب شده و به هم متصل می‌شوند. فرایند SLM قادر است تا پودر ماده فلزی مورد نظر را به صورت موضعی به ذوب کامل رسانده و آنرا به یک قطعه سه بعدی جامد تبدیل کند.چاپگرهای سه بعدی SLM از لیزرهای پرقدرت برای ذوب انتخابی پودر فلز استفاده می کنند. قطعات ذوب شده به صورت لایه به لایه به صورت مولکولی با هم ذوب می شوند تا زمانی که مدل همگن کامل شود. اپراتورهای چاپگر می توانند از مواد فلزی “خالص” استفاده کنند، اگرچه آلیاژها نیز به طور منظم استفاده می شوند. ده ها فلز برای فرآیند SLM موجود است، اما برخی از رایج ترین مواد عبارتند از: آلومینیوم کبالت کروم مس نیکل فولادهای ضد زنگ تیتانیوم فلزات گرانبها
در پرینت سه بعدی فلز SLM و DMLS تقریبا همه متغیرهای پروسه توسط سازنده پرینتر سه بعدی تعیین شده و غیرقابل تغییر هستند. ضخامت لایه پرینتر سه بعدی فلز چیزی بین ۲۰ تا ۵۰ میکرون است. این میزان وابسته به خواص پودر فلز(مثل اندازه ذرات،شکل، جریان پذیری و…) است. ابعاد پلتفرم ساخت سیستم پرینت سه بعدی فلز حدود ۲۵۰*۲۵۰*۱۵۰ میلیمتر است اما پرینتر های سه بعدی صنعتی می توانند تا ابعاد ۵۰۰*۲۸۰*۳۶۰ میلیمتر را پوشش دهند. دقت ابعادی پرینتر سه بعدی فلز چیزی حدود ± ۰.۱ میلیمتر است. پرینتر های سه بعدی فلز می توانند برای تولید تیراژ پایین و نمونه سازی سریع استفاده شوند اما قابلیت ها و محدودیت های آنها بیشتر شبیه به پرینتر های سه بعدی SLA و FDM است و نسبت به پرینتر سه بعدی SLS محدودیت های زیادی دارند: همچنین ساخت این قطعات بر خلاف SLS روی سینی ساخت انجام می شود و قطعات باید متصل به سینی ساخت باشند که همین مساله موجب ایجاد محدودیت در ابعاد قابل ساخت می شود.
ضایعات اصلی پرینت سه بعدی فلز سازه های ساپورتی هستند که با وجود اینکه برای رسیدن به یک پرینت مناسب ضروری هستند، میزان ماده اولیه مورد نیاز(و به طبع هزینه تمام شده) را به طرز قابل توجهی افزایش می دهند.
نحوه ی کار پرینتر سه بعدی SLM :
1.آماده سازی: فرآیند با ایجاد یک مدل طراحی سه بعدی به کمک کامپیوتر (CAD) از شی مورد چاپ آغاز می شود. سپس این مدل دیجیتال با استفاده از نرم افزارهای تخصصی به لایه های نازک مقطعی برش داده می شود. 2. بستر پودری: یک لایه نازک از پودر فلز به طور یکنواخت در سراسر سکوی ساخت پخش می شود. این پلت فرم در یک محیط کنترل شده، معمولاً در یک محفظه پر از گاز بی اثر، مانند نیتروژن یا آرگون، قرار دارد تا از اکسید شدن پودر فلز جلوگیری کند. 3. ذوب لیزر: یک پرتو لیزر پرقدرت دقیقاً روی لایه پودر هدایت می شود و ذرات فلز را مطابق با الگوی لایه فعلی که توسط مدل برش CAD تعریف شده است ذوب و ذوب می شود. شدت، سرعت و مکان لیزر به دقت کنترل می شود تا ذوب و همجوشی مورد نظر حاصل شود. 4. ساختمان لایه به لایه: پس از تکمیل یک لایه، سکوی ساخت با ضخامتی برابر با ارتفاع لایه بعدی پایین آمده و لایه جدیدی از پودر فلز پخش می شود. این فرآیند تکرار می شود و هر لایه جدید ذوب شده و روی لایه قبلی ذوب می شود. 5. خنک‌سازی و انجماد: پس از تکمیل همه لایه‌ها، به قطعه اجازه داده می‌شود تا به تدریج خنک شود تا فلز ذوب شده جامد شود و یک جسم سه بعدی کاملاً کاربردی، متراکم و ساختاری سالم تشکیل دهد. 6. پس از پردازش: بسته به نیازهای خاص قطعه، ممکن است مراحل پس از پردازش اضافی مانند حذف پودر اضافی، عملیات حرارتی برای کاهش تنش ها، و تکمیل سطح برای دستیابی به ظاهر نهایی و خواص مطلوب وجود داشته باشد.
فواید استفاده از پرینتر سه بعدی SLM :
1. هندسه های پیچیده: SLM امکان ایجاد هندسه های بسیار پیچیده و پیچیده را فراهم می کند که دستیابی به آنها با استفاده از روش های تولید سنتی چالش برانگیز یا غیرممکن است. این قابلیت به ویژه در صنایعی مانند هوافضا مفید است، جایی که ساختارهای سبک و پیچیده می توانند عملکرد را بهبود بخشند. 2. آزادی طراحی: SLM طراحان را قادر می‌سازد تا بدون محدودیت‌های فرآیندهای تولید سنتی، مانند نیاز به قالب‌ها، قالب‌ها یا ماشین‌کاری تفریقی، قطعات را ایجاد کنند. این امر طراحی های نوآورانه و بهینه سازی قطعات برای عملکردهای خاص را تشویق می کند. 3. نمونه سازی سریع: SLM امکان تکرار و آزمایش سریع نمونه های اولیه را فراهم می کند. تغییرات طراحی را می توان به سرعت در مدل دیجیتال گنجاند و تکرارهای جدید را می توان نسبتاً سریع در مقایسه با روش های تولید سنتی چاپ کرد. 4. کاهش ضایعات مواد: تولید سنتی اغلب شامل فرآیندهای کاهشی است که در آن مواد اضافی حذف می شود و منجر به ضایعات مواد می شود. SLM یک فرآیند افزایشی است، به این معنی که مواد تنها در جایی که نیاز است رسوب می‌کنند، ضایعات را به حداقل می‌رسانند و آن را دوستدار محیط زیست می‌کنند. 5. تنوع مواد: SLM می تواند با طیف وسیعی از فلزات و آلیاژها کار کند و امکان انتخاب موادی را فراهم می کند که به بهترین وجه با خواص مکانیکی، حرارتی یا شیمیایی قطعه نهایی مطابقت دارند. 6. کاهش هزینه های ابزار: تولید سنتی اغلب به ابزارهای گران قیمتی مانند قالب ها و قالب ها نیاز دارد که تولید آنها زمان بر و پرهزینه است. SLM نیاز به چنین ابزارهایی را از بین می برد و هزینه های اولیه را کاهش می دهد. به طور کلی، مزایای چاپ سه بعدی SLM آن را به یک فناوری همه کاره و ارزشمند در صنایع مختلف از هوافضا و خودرو گرفته تا مراقبت های بهداشتی و فراتر از آن تبدیل می کند. با این حال، مهم است که الزامات خاص هر برنامه را در نظر بگیرید و مزایا را در برابر هر گونه محدودیت یا چالش مرتبط با فناوری سنجید.
چاپ سه بعدی SLM در پزشکی :
چاپ سه بعدی ذوب لیزری انتخابی (SLM) با ارائه دقت، سفارشی‌سازی و کارایی بی‌سابقه در تولید دستگاه‌های پزشکی، ایمپلنت‌ها و حتی ابزارهای جراحی، انقلابی در حوزه پزشکی ایجاد کرده است. این فناوری، با استفاده از قدرت لیزر برای ذوب پودرهای فلزی ظریف به ساختارهای پیچیده، نه تنها یک فرآیند تولید نوآورانه، بلکه دروازه ای برای پزشکی شخصی سازی شده است.در حوزه پروتز و ارتوپدی، پرینت سه بعدی SLM به دلیل توانایی آن در تنظیم دستگاه ها و ایمپلنت ها بر اساس اندازه گیری های تشریحی دقیق بیماران خاص برجسته است. این سفارشی سازی یک تناسب برتر را در مقایسه با ایمپلنت های سنتی و خارج از قفسه تضمین می کند و راحتی بیمار و عملکرد ایمپلنت را افزایش می دهد. تطبیق پذیری این فناوری امکان طراحی ساختارهای پیچیده و متخلخل را فراهم می کند که رشد استخوان را تشویق می کند و منجر به ادغام بهتر با بدن بیمار و نتایج طولانی تر می شود. در نتیجه، چاپ سه بعدی SLM به طور فزاینده ای برای ایجاد همه چیز از جایگزینی مفصل سفارشی گرفته تا ایمپلنت ستون فقرات استفاده می شود و مراقبت از بیمار را در ارتوپدی متحول می کند.
در حوزه پروتز و ارتوپدی، پرینت سه بعدی SLM به دلیل توانایی آن در تنظیم دستگاه ها و ایمپلنت ها بر اساس اندازه گیری های تشریحی دقیق بیماران خاص برجسته است. این سفارشی سازی یک تناسب برتر را در مقایسه با ایمپلنت های سنتی و خارج از قفسه تضمین می کند و راحتی بیمار و عملکرد ایمپلنت را افزایش می دهد. تطبیق پذیری این فناوری امکان طراحی ساختارهای پیچیده و متخلخل را فراهم می کند که رشد استخوان را تشویق می کند و منجر به ادغام بهتر با بدن بیمار و نتایج طولانی تر می شود. در نتیجه، چاپ سه بعدی SLM به طور فزاینده ای برای ایجاد همه چیز از جایگزینی مفصل سفارشی گرفته تا ایمپلنت ستون فقرات استفاده می شود و مراقبت از بیمار را در ارتوپدی متحول می کند. دندانپزشکی همچنین از ظهور پرینت سه بعدی SLM به ویژه در ساخت روکش ها، بریج ها و ایمپلنت های دندانی بهره زیادی برده است. دقت این فناوری تولید ترمیم‌های دندانی را امکان‌پذیر می‌سازد که با دقت بیشتری مطابقت داشته باشند، نیاز به تنظیمات را کاهش داده و راحتی و رضایت کلی بیمار را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، توانایی تولید سریع این موارد به طور مستقیم از اسکن دیجیتالی دهان بیمار، زمان بین تشخیص و درمان را به میزان قابل توجهی کوتاه می کند و روند مراقبت از دندان را ساده می کند. پرینت سه بعدی SLM هجوم قابل توجهی به برنامه ریزی و عمل جراحی داشته است و رویکرد جدیدی را برای آماده سازی قبل از عمل ارائه می دهد. جراحان اکنون می توانند از مدل های خاص بیمار تولید شده از طریق پرینت سه بعدی SLM برای شبیه سازی، آموزش و برنامه ریزی جراحی استفاده کنند و به آنها اجازه می دهد تا روش های پیچیده را پیش از موعد تمرین کنند. این عمل نه تنها آشنایی جراح را با آناتومی منحصر به فرد بیمار بهبود می بخشد، بلکه خطرات جراحی را کاهش می دهد و احتمال نتیجه موفقیت آمیز را افزایش می دهد. این مدل ها همچنین می توانند برای مقاصد آموزشی مورد استفاده قرار گیرند و به دانشجویان پزشکی تجربه عملی و درک بهتر آناتومی انسان و تکنیک های جراحی ارائه دهند.
چاپ سه بعدی SLM همچنین نقش مهمی در پیشرفت تحقیقات پزشکی، به ویژه در توسعه داروهای جدید و اکتشاف کاربردهای جدید زیست پزشکی ایفا می کند. به عنوان مثال، این فناوری به محققان اجازه می دهد تا داربست های پیچیده ای را برای مهندسی بافت بسازند، جایی که بافت های جدید را می توان در آزمایشگاه برای پزشکی احیاکننده رشد داد. علاوه بر این، چاپ سه بعدی SLM ایجاد مدل‌های آناتومیکی بسیار دقیق برای آزمایش داروها را تسهیل می‌کند، اتکا به آزمایش‌های حیوانی را کاهش می‌دهد و روند توسعه دارو را سرعت می‌بخشد. این نوآوری‌ها نه تنها این پتانسیل را دارند که گزینه‌های درمانی را متحول کنند، بلکه زمان و هزینه‌های مرتبط با ارائه درمان‌های جدید را به بازار کاهش می‌دهند.
چاپ سه بعدی ذوب لیزری انتخابی (SLM) نشان دهنده جهش قابل توجهی در زمینه پزشکی است و مزایایی را ارائه می دهد که شامل سفارشی سازی بی نظیر، دقت افزایش یافته، افزایش سرعت و کارایی در تولید و پتانسیل نوآوری های پیشگامانه در تحقیقات پزشکی است. در حالی که چالش‌های مربوط به محدودیت‌های مادی و مسائل نظارتی همچنان ادامه دارد، پیشرفت‌های مداوم در فناوری و شیوه‌های نظارتی نوید غلبه بر این موانع را می‌دهد. همانطور که چاپ سه بعدی SLM به تکامل خود ادامه می دهد، تأثیر آن بر پزشکی در حال رشد است و افق های جدیدی را برای مراقبت از بیمار و تحقیقات پزشکی باز می کند. آینده پرینت سه بعدی SLM در پزشکی نه تنها امیدوارکننده است، بلکه گواهی بر پتانسیل باورنکردنی فناوری برای تغییر زندگی است.
Refrences : 1.https://www.slm-solutions.com/fileadmin/Content/Industries/Medical_Leaflet_EN_WEB.pdf 2.https://habr.com/en/companies/top3dshopinc/articles/792876/ 3.https://all3dp.com/1/selective-laser-melting-guide/ 4.https://jlc3dp.com/help/article/What-is-SLM-3D-Printing