مزایا و معایب چاپ سه‌ بعدی SLS | به‌ صورت دقیق و جزئی

مزیت و عیب اصلی چاپ سه‌ بعدی SLS

مزیت اصلی چاپگر سه‌ بعدی SLS، سهولت در چاپ دسته‌ ای (batch printing) و عدم نیاز به ساختارهای پشتیبان (supports) است. عیب اصلی این فناوری، محدود بودن گزینه‌ های موجود در مواد اولیه و همچنین نیاز به فرآیند تمیزکاری پس از چاپ است.

علاوه بر این موارد، مزایا و معایب دیگری نیز برای چاپ سه‌ بعدی SLS وجود دارد که در ادامه به‌ صورت موردی و جزئی به بررسی آن‌ ها خواهیم پرداخت.

چاپ سه‌ بعدی SLS

SLS مخفف Selective Laser Sintering (ذوب انتخابی با لیزر) است. عملکرد چاپگر SLS بسیار ساده و مستقیم است: در این فرایند، از پودر پلیمر (معمولاً PA-12) به‌  عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود. یک لیزر پرقدرت ذرات این پودر را به یکدیگر متصل می‌کند. تخت چاپ (flatbed) و غلتک دارای نازل در چاپگر SLS، پودر را روی سطح بستر چاپ پخش و یکنواخت می‌کنند. لیزر پرقدرت توسط دو آینه موتوردار در بالای محفظه ساخت کنترل می‌شود.

همچنین تخت چاپ مجهز به گرم‌کن است که برای پیش‌ گرمایش پودر پلیمری استفاده می‌شود تا از تاب‌ برداشتن (warping) جلوگیری شود و پودر هنگام برخورد انرژی لیزر پایدار بماند. پس از آن، لیزر پرقدرت الگوی مقطع لایه را روی سطح پودر ردیابی می‌کند و ذرات پودر پلیمر را ذوب کرده و به هم متصل می‌کند.

برای لایه بعدی، سطح بستر به اندازه ارتفاع یک لایه پایین می‌آید و غلتک مجدداً لایه‌ای از پودر را به‌ طور یکنواخت پخش می‌کند، سپس لیزر طرح لایه بعدی را روی آن ترسیم می‌کند. این فرایند به همین ترتیب تکرار می‌شود تا مدل سه‌ بعدی به‌طور کامل ساخته شود.

مکانیزم کاری ساده چاپ سه‌ بعدی SLS

مزایای چاپ SLS

عدم نیاز به ساپورت (Supports)

در فناوری چاپ سه‌ بعدی SLS، مدل سه‌ بعدی به‌ صورت لایه‌ لایه در میان بستر پودر خام ساخته می‌شود، بنابراین نیازی به طراحی و استفاده از ساپورت برای نگه‌ داشتن بخش‌ های آویز یا برآمده مدل وجود ندارد. در این فرایند، هر بار یک لایه کامل از پودر روی سطح پوشش داده می‌شود و با کمک لیزر مطابق با مقطع مدل به یکدیگر جوش داده می‌شود. این فرآیند پودری که بین بخش‌ های مدل باقی می‌ماند را بدون تغییر رها می‌کند.

این پودر اضافی موجود در بین لایه‌ های مدل سه‌ بعدی، هم مزایا و هم معایبی دارد. از جنبه مثبت، این پودر نقش ساپورت موقتی را ایفا کرده و از لایه بعدی پشتیبانی می‌کند، به همین دلیل نیازی به طراحی ساپورت مانند آنچه در چاپ FDM یا SLA انجام می‌دهیم وجود ندارد. اما از طرف دیگر، این موضوع باعث افزایش حجم کارهای پس‌ پردازشی می‌شود، زیرا لازم است پودرهای گیرکرده در داخل چاپ نهایی پاک‌ سازی شوند.

برای آشنایی با اصول، مزایا و معایب فناوری چاپ سه‌ بعدی FDM، مقاله «پرینت سه‌ بعدی FDM چیست؟ مزایا و معایب» را مطالعه کنید.

لایه پردازش‌شده (تیره‌ رنگ) و پودر اضافی (رنگ روشن) در چاپ سه‌ بعدی SLS

چاپ دقیق

فناوری چاپ سه‌ بعدی SLS از لیزر برای پردازش ماده خام یعنی پودر نایلون استفاده می‌کند و دقتی که از چاپگرهای SLS می‌توان به دست آورد بسیار بالاست.

به کمک لیزر، چاپگرهای سه‌ بعدی SLS می‌توانند در ارتفاع لایه‌ ای بین ۵۰ میکرون تا ۲۰۰ میکرون کار کنند و آن هم با حدود تحمل (Tolerance) معادل ۳٪. همچنین، از آنجا که نیازی به ساپورت (Supports) نیست، می‌توانید به‌ راحتی اشکال نامنظم و پیچیده را بدون مشکل چاپ کنید و هر بار پرینت سه‌ بعدی بسیار دقیق به دست آورید.

چاپ دسته‌ ای (Batch Printing)

چاپگرهای SLS که برای استفاده شخصی یا معمولی ساخته می‌شوند معمولاً حجمی معادل ۱۶۵×۱۶۵×۳۰۰ میلی‌متر مکعب دارند. حال اگر ابعاد مدل سه‌ بعدی شما بسیار کوچک‌تر از این مقدار باشد مثلاً ۵۰×۵۰×۵۰ میلی‌متر مکعب می‌توانید ب ه‌راحتی تعداد زیادی (مثلاً ۵۰ عدد) از آن مدل را به‌ طور همزمان در حجم چاپگر جای دهید. لازم است پیش از شروع چاپ، فاصله‌ گذاری مناسب و زمان مورد نیاز را در نظر داشته باشید.

این امکان به دو دلیل وجود دارد: اول اینکه نیازی به ساپورت نیست، و دوم اینکه لیزر برای اتصال ذرات پودر نایلون (ماده خام) به یکدیگر استفاده می‌شود، بنابراین مشکل چسبندگی لایه‌ ها وجود ندارد و چاپ به‌ راحتی روی سطح وسیع انجام می‌شود.

در پایین، تصویری از ۲۵ نمونه یکسان از یک مدل سه‌ بعدی که در یک نوبت در چاپگر SLS ساخته شده‌اند، آمده است.

چاپ دسته‌ ای در چاپگر سه‌ بعدی SLS

چاپ سریع

اگرچه چاپگرهای SLS سریع‌ ترین چاپگر های سه‌ بعدی در صنعت محسوب نمی‌شوند، اما سرعت چاپ نسبتاً بالایی ارائه می‌دهند. به طور معمول، چاپگرهای SLS در محدوده ۲۰ میلی‌متر بر ساعت تا ۴۸ میلی‌متر بر ساعت و با استفاده از لیزرهای پرقدرت عمل می‌کنند.

ماده خام مورد استفاده در چاپگرهای سه‌ بعدی SLS پس از تابش پرتو لیزر پرقدرت، بسیار سریع سفت و سخت می‌شود. همچنین، این ماده خام در بستر چاپگر پیش‌ گرمایش می‌شود تا از تاب‌ برداشتن (Warping) جلوگیری شود. این پیش‌ گرمایش به تسریع فرآیند چاپ نیز کمک می‌کند.

چاپ‌ های مستحکم

چاپ‌ های سه‌ بعدی به‌ دست‌ آمده از چاپگر های SLS بسیار مستحکم هستند و به همین دلیل برای اهداف آزمایشگاهی و نمونه‌ سازی (Prototyping) بسیار ترجیح داده می‌شوند. تمامی قطعات چاپ‌ شده با این روش دارای استحکام و ویژگی‌ های مکانیکی در سطح صنعتی هستند.

استحکام و دوام بالای چاپ‌ های سه‌ بعدی SLS از ماده خام مورد استفاده یعنی پودر نایلون (PA-12) ناشی می‌شود. این پودر هنگام ذوب‌ شدن در اثر پرتو لیزر، به‌ خوبی به هم متصل می‌شود و پیوند بسیار محکمی بین لایه‌ های چاپ‌ شده ایجاد می‌کند.

از نظر مکانیکی، چاپ‌ های سه‌ بعدی SLS معمولاً دارای استحکام کششی (Tensile Strength) حدود ۴۷.۸ مگاپاسکال و مدول الاستیسیته (Elastic Modulus) معادل ۱.۷۵ گیگاپاسکال هستند. البته این مقادیر بسته به ماده خام مورد استفاده ممکن است تغییر کنند. با این حال، همین سختی و استحکام باعث می‌شود که در برابر کشیدگی زیاد، شکننده شوند که در بخش معایب به این ویژگی خواهیم پرداخت.

هزینه چاپ (Cost Of Printing)

هزینه چاپ با چاپگرهای SLS در محدوده‌ ای بین چاپگرهای FDM و SLA قرار دارد. هزینه چاپ مدل مشابه در چاپگرهای SLS بالاتر از چاپگرهای FDM ولی پایین‌تر از چاپگرهای SLA است.

هزینه خرید اولیه چاپگرهای SLS بسیار بالاتر از چاپگرهای SLA است؛ به طوری که قیمت تقریبی آن‌ها به ترتیب حدود ۱۵,۰۰۰ دلار و ۱۱,۵۰۰ دلار می‌باشد. اما هزینه مواد خام در چاپگرهای رزینی (Resin) حدود ۲۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم است، در حالی که پودر نایلون مورد استفاده در چاپگرهای SLS حدود ۱۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم قیمت دارد. این موضوع باعث می‌شود چاپگرهای SLS در بلند مدت از نظر اقتصادی به‌ صرفه‌تر باشند.

همچنین، چاپگرهای SLA به تجهیزات پس‌ پردازش مانند دستگاه‌ های UV نیاز دارند که هزینه قابل توجهی نیز دارند.

برای آشنایی بیشتر با اصول و مراحل کار، مقاله «چاپ سه‌ بعدی رزینی برای مبتدیان: راهنمای گام‌ به‌ گام شما برای موفقیت» را بخوانید.

خدمات ریخته گری

منحنی یادگیری متفاوت

وقتی از چاپگرهای سه‌ بعدی FDM یا SLA به چاپگرهای SLS تغییر می‌دهید، تفاوت‌ های مهمی وجود دارد مانند جهت‌ گیری چاپ، عدم استفاده از ساختارهای پشتیبان، روش‌ های پس‌ پردازش و غیره.

همچنین فرآیند های تمیزکاری قطعات و تکمیل نهایی قطعات بسیار متفاوت از پس‌ پردازش در چاپگر های FDM و SLA است. در FDM و SLA، حذف ساختارها و سایر گزینه‌ های پیش‌چاپ تا حد زیادی مشابه هستند، بنابراین تفاوت روش‌ شناسی زیادی وجود ندارد.

عدم وجود گزینه بازیافت

در حال حاضر گزینه یا فرایند بازیافت برای قطعات چاپ شده با SLS وجود ندارد، اما تحقیقات در این زمینه به‌ طور مداوم در جریان است و به محض دست‌ یابی به نتایج قابل توجه، اطلاع‌ رسانی خواهیم کرد. اگرچه بازیافت در چاپگرهای SLS ممکن نیست، هدررفت مواد اولیه بسیار کم یا تقریباً ناچیز است، بنابراین بسیاری از افراد چاپ‌های SLS را بازیافت‌ پذیر می‌دانند زیرا می‌توان پودر ناپخته را با مقدار کمی پودر جدید (۱۵٪ تا ۲۰٪) مخلوط کرده و در چاپ‌ های جدید استفاده کرد.

مخلوط کردن پودر جدید با پودر بازیافتی برای حفظ کیفیت چاپ نهایی انجام می‌شود. اگرچه می‌توان با پودر بازیافتی چاپ کرد، ما توصیه نمی‌کنیم که این کار را انجام دهید.

عوامل بهداشتی

مواد اولیه پرینتر SLS پودر نایلون است که شامل ذرات بسیار ریز می‌باشد و در صورت استنشاق هنگام کار می‌تواند خطرناک باشد. بنابراین، همیشه توصیه می‌شود که هنگام کار با پرینترهای سه‌ بعدی SLS از تجهیزات حفاظتی مناسب استفاده کنید، که این توصیه هم از سوی تولیدکنندگان و هم از سوی ما مطرح می‌شود.

بهترین کار این است که دستکش، ماسک فیلتر هوا و پوشش کامل بدن بپوشید. ماسک فیلتر هوا از همه مهم‌تر است، زیرا حتی اگر هنگام تمیز کردن قطعات بعد از چاپ از پودر اضافی بسیار مراقب باشید، پودر به راحتی می‌تواند در محیط پراکنده شده و از طریق دهان و بینی وارد بدن شود.

هزینه چاپ SLS

چاپگرهای SLS می‌توانند هم گران‌قیمت و هم اقتصادی باشند. اگر به هزینه اولیه خرید چاپگر سه‌بعدی SLS رومیزی نگاه کنید، در حال حاضر بسیار گران است و معمولاً بین ۱۵,۰۰۰ تا ۱۸,۰۰۰ دلار هزینه دارد. این هزینه اولیه نسبت به چاپگرهای SLA و FDM بسیار بیشتر است.

اما وقتی هزینه به ازای هر چاپ را مقایسه می‌کنیم، چاپگرهای SLS از نظر اقتصادی به صرفه‌تر از چاپگرهای SLA هستند. دلیل این امر قیمت مواد اولیه است؛ پودر نایلون برای چاپگرهای SLS حدود ۱۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد، در حالی که رزین در چاپگرهای SLA حدود ۱۸۰ دلار به ازای هر کیلوگرم است.

خدمات پرینت سه بعدی پروجت

روش‌ های پس‌ پردازش

قطعات تولید شده با چاپ SLS معمولاً سطحی زبر و ساختاری مقاوم دارند، بنابراین عمدتاً برای کاربردهای مکانیکی و آزمایشی استفاده می‌شوند. بسیاری از افراد به دلیل استفاده آزمایشی از قطعات، پس‌ پردازش را انجام نمی‌دهند، اما اگر قطعات برای نمایش و ارائه مورد نظر باشند، نیاز به انجام پس‌ پردازش‌ هایی مانند سندبلاست و رنگ‌ آمیزی وجود دارد.

سندبلاست یا بیدبلاست برای صاف کردن سطح چاپ انجام می‌شود و رنگ‌ آمیزی نیز به منظور افزایش جذابیت بصری قطعه صورت می‌گیرد، زیرا قطعات چاپ‌شده با SLS معمولاً به رنگ خاکستری فلزی یکنواخت هستند. علاوه بر این، روش‌ های پس‌ پردازش دیگری نیز بسته به نیاز اعمال می‌شود، مانند آب‌بندی، آبکاری فلزی و غیره.

سؤالات متداول

بهترین مزیت چاپگر سه‌ بعدی SLS چیست؟

بهترین مزیت چاپگر سه‌ بعدی SLS قابلیت چاپ گروهی است؛ شما می‌توانید به‌ راحتی چندین مدل را به‌ صورت هم‌ زمان و بدون هیچ مشکلی چاپ کنید.

چاپگرهای سه‌ بعدی SLS بیشتر برای چه کاربردهایی ترجیح داده می‌شوند؟

چاپگرهای SLS عمدتاً زمانی استفاده می‌شوند که نیاز به مقاومت بالایی باشد و بیشتر در آزمایش‌ ها و کاربرد های عملی به کار می‌روند.

اصلی‌ ترین عیب چاپگر سه‌ بعدی SLS چیست؟

اصلی‌ ترین عیب چاپگر SLS مربوط به مواد اولیه آن است؛ در حال حاضر سه نوع پودر رایج در بازار وجود دارد: PA-11، PA-12 و PEEK، همچنین گزینه‌ های رنگی زیادی برای این مواد در دسترس نیست.

ارائه خدمات پرینت سه‌ بعدی با رزین برای طلا و جواهرات در مجموعه سرزمین دی‌ تی‌ اس

در مجموعه سرزمین دی‌ تی‌ اس، ما خدمات تخصصی پرینت سه‌ بعدی با رزین را ویژه صنعت طلا و جواهرات ارائه می‌دهیم. این فناوری پیشرفته امکان تولید مدل‌ های بسیار دقیق، با جزئیات پیچیده و ظرافت بی‌نظیر را فراهم می‌کند که برای قالب‌گیری موم، نمونه‌ سازی اولیه، و تولید مدل‌ های سفارشی جواهرات ایده‌ آل است.

با استفاده از پرینترهای رزینی با رزولوشن بالا، تیم ما می‌تواند طرح‌ های شما را با بالاترین کیفیت ممکن به مدل‌ های واقعی تبدیل کند. این فرآیند باعث کاهش هزینه‌ ها، صرفه‌ جویی در زمان، و افزایش دقت در تولید نهایی می‌شود و طراحان و سازندگان جواهرات را قادر می‌سازد مدل‌ های منحصر به‌ فرد و سفارشی را بدون محدودیت‌ های سنتی خلق کنند.