تف جوشی(sintering) چیست؟

تف جوشی عمل استفاده از گرما، فشرده سازی یا لیزر پرقدرت برای ایجاد یک ماده پودری به یک ساختار جامد است. این فرایند از ذوب شدن متمایز است زیرا هیچ تغییر فازی ای رخ نمی دهد.

تف جوشی را می توان روی شیشه پودری، پلاستیک، بتن، سرامیک و مواد دیگر اعمال کرد.

تف جوشی لیزری انتخابی (sls) چیست؟

Selective laser sintering یا sls یک فرآیند چاپ سه بعدی (ساخت افزودنی) است که از لیزرهای پرقدرت برای سینتر کردن یا چسباندن مواد ریز پودر شده به هم ، در یک ساختار جامد استفاده می کند. در این فرآیند، چاپگر یک لایه یکنواخت از پودر را می‌گذارد و سپس آن لایه را دقیقاً تف جوشی (sintering) می‌کند و فرآیند رسوب و تف جوشی را تا زمانی که قطعه کامل شود تکرار می‌کند. شکل جسم با هدف قرار دادن لیزر به بستر پودر در نقاط مشخصی از فضا و هدایت فایل CAD (طراحی به کمک کامپیوتر) به صورت دیجیتالی ایجاد می‌شود.

SLS چگونه کار می کند؟

با هندسه سه بعدی، جهت قطعه ای که باید ساخته شود تعیین می شود. با کمک یک نرم افزار کامپیوتری برای پردازش سه بعدی که اطلاعات را سازماندهی و ترجمه می کند، بسته به اندازه جسم و وضوح دستگاه تف جوشی، یک فایلST L با لایه های قطعه تولید می شود. (STL  فرمت فایل استاندارد برای فناوری‌های تولید افزودنی است).

فرآیند تولید در دستگاه، در یک محفظه بی اثر شروع می شود که از قبل تا دمای 170 درجه سانتیگراد گرم می شود و در آن لایه ای از مواد پودری در منطقه کار رسوب می کند. لیزر به طور انتخابی هر یک از لایه ها را در ناحیه مذکور ذوب می کند و پلتفرم برای هر لایه به صورت متوالی به سمت پایین حرکت می کند. در نهایت پس از ساخت، قطعات استخراج می‌شوند و برای تمیز کردن از فرآیند سندبلاست (SANDBLASTING) عبور داده می‌شوند.

بر خلاف ذوب لیزری انتخابی که ذرات را به طور کامل با هم ذوب می کند، تف جوشی باعث واکنش اتمی می شود که ذرات را ذوب می کند و مواد پودری را به یک ساختار جامد تبدیل می کند.

ماشین‌های SLS می‌توانند اقلامی با دقت بالا، از جمله قطعات دقیق، کم حجم در زمینه‌های خودرو و هوافضا تولید کند. همچنین می تواند قطعات بزرگ یا هندسی پیچیده و بسیار دقیق را از مواد مختلف تولید کند.

کاربردهای قطعات چاپی SLS چیست؟

اگر به قطعات بسیار بادوام نیاز دارید که در برابر حرارت و مواد شیمیایی مقاوم بوده و انعطاف پذیر باشد و همچنین با ثبات ابعادی خوبی باشد،SLS انتخاب بسیار خوبی است. همچنین زمانی که به یک راه حل مقرون به صرفه برای حجم بالاتر قطعات پرینت سه بعدی نیاز دارید، گزینه خوبی است.

تعدادی از صنایع مختلف از قطعات تولید شده توسط SLS استفاده می کنند، با کاربردهای رایج از جمله: جک و وسایل، محفظه و اتصالات محکم و لولاهای زندگی.

SLSبا وجود اینکه یکی از اولین فناوری های چاپ سه بعدی در سراسر جهان است، هنوز یکی از بهترین گزینه ها برای بسیاری از پروژه های نمونه سازی و تولید کم حجم است.

مزایای چاپ  SLS چیست؟

چاپ قطعات با SLS با کاهش نیاز به قالب و پهنای باند CNC باعث صرفه جویی در هزینه می شود. قطعات را می توان به سرعت در صورت تقاضا چاپ کرد، که امکان تکرار سریع را فراهم می کند. همچنین، قطعات SLS ایزوتروپیک هستند، به این معنی که از هر جهت قدرت برابری دارند، که همیشه در مورد اشیاء چاپ سه بعدی لایه ای صدق نمی کند. اما هزینه ماشین و هزینه های تعمیر و نگهداری گران است (در مقایسه با پرینترهای پلاستیکی از گران ترین ها هستند) و به اپراتورهای ماهر نیاز دارند. آنها همچنین فقط می توانند قطعات پلاستیکی را تولید کنند.

 

 SLSمزایای متمایزی نسبت به سایر فرآیندها دارد:

1. بدون ساختار پشتیبانی

برخلاف برخی دیگر از فرآیندهای پرینت سه بعدی، این قطعه به هیچ ساختار پشتیبانی نیاز ندارد زیرا فضاهای خالی با پودر شل استفاده نشده پر می شود و آن را خود نگه می دارد.

این به شما این امکان را می دهد که در فضاهای توخالی ویژگی های بسیار نازک را طراحی کنید. این بدان معناست که می‌توانید قطعاتی را با اجزای داخلی پیچیده بدون دردسر سازه‌های پشتیبانی طراحی کنید (البته برای اطمینان از حذف صحیح پودر باقی‌مانده، دستورالعمل‌های طراحی را در نظر بگیرید). ادرکل گر به طراحی پیچیده ای نیاز دارید،  SLSگزینه خوبی است و برای رسیدن به این هدف نیازی به تولید چند قطعه ندارید.

2. بهره وری بالا

این فرآیند یکی از سریع‌ترین فناوری‌های چاپ سه‌بعدی است زیرا لیزرها دارای سرعت اسکن سریع هستند و پودرهای مورد استفاده فقط به نوردهی کوتاهی برای همجوشی نیاز دارند. علاوه بر این، ما می‌توانیم چندین قسمت را با حداقل فاصله در محفظه مرتب کنیم تا فضای ساخت موجود را به حداکثر برسانیم. بنابراین قطعات بیشتری را سریع‌تر تولید می‌کنیم.

3. خواص مکانیکی عالی

فرآیند SLS چسبندگی بسیار قوی بین لایه ها ایجاد می کند، بنابراین قطعات دارای خواص همسانگرد خوبی هستند. این بدان معنی است که استحکام کششی، سختی و ازدیاد طول آنها برای شکستن در محورهای x، y و z مشابه است.

این ویژگی ها به این معنی است که قطعات چاپ شده اغلب جایگزین خوبی برای قطعات قالب گیری تزریقی هستند ( چه برای نمونه سازی و چه برای تولید حجم کم). چون مواد مورد استفاده، به طور کلی نایلون است، قطعات نیز مقاومت شیمیایی خوبی دارند.

4. ایده آل برای طراحی و رنگ آمیزی

قطعات تولید شده توسط SLS معمولا دارای سطح متخلخلی هستند که بسته به کاربرد فرد می تواند یک مزیت یا یک عیب باشد. اما در نهایت می توان گفت آنها یک انتخاب عالی برای طراحی و رنگ کردن هستند.

5. کاهش زمان توسعه محصول

مانند تمام فناوری‌های پرینت سه بعدی، تف جوشی لیزری انتخابی به مهندسان اجازه می‌دهد تا قطعات اولیه را با هزینه مقرون به صرفه در اوایل چرخه طراحی نمونه‌سازی کنند، زیرا نیازی به ابزار ندارد و مستلزم حداقل تنظیمات است.

برای تولید با حجم کم، حتی ممکن است از همان دستگاه برای تولید قطعات مورد استفاده نهایی استفاده کنید. این بدان معنی است که شما می توانید نمونه های اولیه را به سرعت در طی چند روز آزمایش و تغییر دهید و به سرعت به سمت تولید حرکت کنید.

6. امکان اجرا روی سطوح مختلف
7. امکان لانه سازی قطعات (یکی در داخل دیگری)

معایب چاپ SLS چیست؟

مانند هر فناوری تولیدی، SLS معایب خود را دارد و مواردی وجود دارد که ممکن است بهتر باشد جایگزین‌هایی برای آن در نظر بگیرید برای مثال فرآیند چاپ سه بعدی دیگر، ماشین‌کاری CNC یا قالب‌گیری تزریقی.

احتمالاً متوجه خواهید شد که اگر کمی عمیق‌تر شوید، برخی از معایب مشکل چندانی ندارند و برخی دیگر را می‌توان از طریق پس پردازش برطرف کرد.

1. مواد کمتر

شما انتخاب گسترده ای از مواد برای SLS دریافت نمی کنید. در واقع اکثر پروژه ها از مواد مبتنی بر نایلون یا پلی آمیدها استفاده می کنند که پلاستیک های مهندسی عالی ای هستند که می توانند در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده شوند. همچنین نایلون نیز به صورت رایگان در دسترس است و نسبتاً مقرون به صرفه است.

2. سطح ناهموار و تخلخل

همان تخلخلی که قطعات چاپ شده SLS را برای رنگ‌آمیزی عالی می‌کند، همچنین به این معنی است که سطح نسبتاً ناهموار و مقاومت ضربه‌ای یا شکنندگی پایینی دارند.

اگر این عوامل مهم هستند، پس شایان ذکر است که می توان با استفاده از یک تکنیک پس از پردازش به نام “صاف کردن بخار”  بر آنها غلبه کرد . همانطور که از نام آن پیداست این فرآیند سطح صافی ایجاد می کند که نشتی دارد و حتی خواص مکانیکی مانند مقاومت ضربه و کشیدگی در هنگام شکست را بهبود می بخشد.

 

3. نرخ انقباض بالا

از آنجایی که پودر چاپ در معرض دماهای بالا قرار می گیرد تا سینتر شود، این بدان معناست که با شروع خنک شدن، منقبض می شود که می تواند از نظر ابعادی قطعه دقیق تری نسبت به سایر فناوری های تولید افزودنی تولید کند. بسته به طرح، نرخ انقباض می تواند به 3 تا 4 درصد برسد.

به این معنی است که باید در طراحی خود این امکان را داشته باشید و حجم قطعه را متناسب با آن تنظیم کنید. استرس ناشی از این انقباض همچنین می تواند لبه ها و گوشه های تیز را منحرف یا منحرف کند.

4. ضایعات بالاتر از سایر تولیدات افزودنی

یکی از مزایای کلیدی تولید افزودنی، حداقل اتلاف مواد با استفاده از فناوری است. متأسفانه، SLS مقداری ضایعات تولید می کند زیرا پودر در محفظه از قبل گرم شده است تا با حداقل قرار گرفتن در معرض لیزر متخلخل شود.

این می تواند باعث شود که دانه های ذرات در بستر پودر شل تا حدی ذوب شوند که کیفیت آن برای استفاده مجدد را به خطر می اندازد. در عمل، در حالی که می توانید مقداری از پودر استفاده نشده را بازیافت کنید، باز هم مقداری ضایعات باقی خواهد ماند.

5. تغییر شکل های احتمالی در قطعات بسیار بزرگ
6. ظاهر سطح کمی خشن
7. فرآیند خنک سازی و تمیز کردن قطعات مورد نیاز است

References:

1. https://www.protolabs.com/resources/blog/advantages-and-disadvantages-of-selective-laser-sintering/

2. https://www.ineo.es/en/technologies/laser-sintering-sls

3. https://markforged.com/resources/learn/3d-printing-basics/3d-printing-processes/what-is-selective-laser-sintering-sls