הדפסה תלת-ממדית של מתכת

לאחרונה, עשינו הדגמה של מתכתהדפסה תלת-ממדית, וסיימנו את זה בהצלחה רבה, אז מה זה מתכתהדפסה תלת-ממדיתמהם היתרונות והחסרונות שלו?

הדפסה תלת-ממדית של מתכת היא טכנולוגיית ייצור תוספתית שבונה אובייקטים תלת-ממדיים על ידי הוספת חומרי מתכת שכבה אחר שכבה. להלן מבוא מפורט להדפסה תלת-ממדית של מתכת:

עיקרון טכני
סינטור לייזר סלקטיבי (SLS): שימוש בקרני לייזר בעלות אנרגיה גבוהה להמסה וסינטור סלקטיבית של אבקות מתכת, חימום חומר האבקה לטמפרטורה מעט מתחת לנקודת ההיתוך שלו, כך שנוצרים קשרים מטלורגיים בין חלקיקי האבקה, ובכך בניית האובייקט שכבה אחר שכבה. בתהליך ההדפסה, שכבה אחידה של אבקת מתכת מונחת תחילה על משטח ההדפסה, ולאחר מכן קרן הלייזר סורקת את האבקה בהתאם לצורת חתך הרוחב של האובייקט, כך שהאבקה הסרוקה נמסה ומתמצקת יחד, לאחר השלמת שכבת ההדפסה, המשטח יורד מרחק מסוים, ולאחר מכן מורחים שכבה חדשה של אבקה, חוזרים על התהליך הנ"ל עד שכל האובייקט מודפס.
התכת לייזר סלקטיבית (SLM): בדומה ל-SLS, אך עם אנרגיית לייזר גבוהה יותר, ניתן להמיס את אבקת המתכת לחלוטין ליצירת מבנה צפוף יותר, צפיפות גבוהה יותר ותכונות מכניות טובות יותר, והחוזק והדיוק של חלקי המתכת המודפסים גבוהים יותר, קרובים או אף עולים על החלקים המיוצרים בתהליך הייצור המסורתי. היא מתאימה לייצור חלקים בתעופה וחלל, ציוד רפואי ותחומים אחרים הדורשים דיוק וביצועים גבוהים.
התכת אלומת אלקטרונים (EBM): שימוש באלומות אלקטרונים כמקור אנרגיה להיתוך אבקות מתכת. לקרן האלקטרונים יש מאפיינים של צפיפות אנרגיה גבוהה ומהירות סריקה גבוהה, שיכולים להמיס במהירות אבקת מתכת ולשפר את יעילות ההדפסה. הדפסה בסביבת ואקום יכולה למנוע תגובה של חומרי מתכת עם חמצן במהלך תהליך ההדפסה, והיא מתאימה להדפסת סגסוגות טיטניום, סגסוגות מבוססות ניקל וחומרי מתכת אחרים הרגישים לתכולת חמצן, המשמשים לעתים קרובות בתעופה וחלל, ציוד רפואי ותחומים מתקדמים אחרים.
שיחול חומרי מתכת (ME): שיטת ייצור המבוססת על שיחול חומרים, באמצעות ראש שיחול חומר המתכת יוצר בצורת משי או משחה, ובמקביל מחומם ומתקשה, על מנת להשיג הצטברות שכבה אחר שכבה. בהשוואה לטכנולוגיית התכת לייזר, עלות ההשקעה נמוכה יותר, גמישה ונוחה יותר, ומתאימה במיוחד לפיתוח מוקדם בסביבות משרדיות ותעשייתיות.
חומרים נפוצים
סגסוגת טיטניום: בעלת יתרונות של חוזק גבוה, צפיפות נמוכה, עמידות טובה בפני קורוזיה ותאימות ביולוגית, נמצאת בשימוש נרחב בתחומי התעופה והחלל, ציוד רפואי, רכב ותחומים אחרים, כגון ייצור להבי מנועי מטוסים, מפרקים מלאכותיים וחלקים אחרים.
פלדת אל-חלד: בעלת עמידות טובה בפני קורוזיה, תכונות מכניות ותכונות עיבוד, עלות נמוכה יחסית, היא אחד החומרים הנפוצים בהדפסה תלת-ממדית של מתכת, וניתן להשתמש בה לייצור מגוון חלקים מכניים, כלים, מכשירים רפואיים וכן הלאה.
סגסוגת אלומיניום: צפיפות נמוכה, חוזק גבוה, מוליכות תרמית טובה, מתאימה לייצור חלקים בעלי דרישות משקל גבוהות, כגון בלוק צילינדר של מנוע רכב, חלקי מבנה תעופה וחלל וכו'.
סגסוגת מבוססת ניקל: בעלת חוזק מעולה בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה ועמידות בפני חמצון, משמשת לעתים קרובות בייצור רכיבים בטמפרטורה גבוהה כגון מנועי מטוסים וטורבינות גז.
יִתרוֹן
דרגה גבוהה של חופש עיצובי: היכולת להשיג ייצור של צורות ומבנים מורכבים, כגון מבני סריג, מבנים מותאמים טופולוגית וכו', שקשה או בלתי אפשרי להשיג בתהליכי ייצור מסורתיים, מספקת מרחב חדשנות גדול יותר לעיצוב מוצר, ויכולה לייצר חלקים קלים יותר ובעלי ביצועים גבוהים.
צמצום מספר החלקים: ניתן לשלב חלקים מרובים לשלם, מה שמפחית את תהליך החיבור וההרכבה בין החלקים, משפר את יעילות הייצור, מפחית עלויות, וגם משפר את האמינות והיציבות של המוצר.
אב טיפוס מהיר: זה יכול לייצר אב טיפוס של מוצר בזמן קצר, להאיץ את מחזור פיתוח המוצר, להפחית עלויות מחקר ופיתוח ולעזור לארגונים להביא מוצרים לשוק מהר יותר.
ייצור בהתאמה אישית: בהתאם לצרכים האישיים של הלקוחות, ניתן לייצר מוצרים ייחודיים כדי לענות על הדרישות המיוחדות של לקוחות שונים, המתאימים לשתלים רפואיים, תכשיטים ותחומים מותאמים אישית אחרים.
הַגבָּלָה
איכות פני השטח ירודה: חספוס פני השטח של חלקי המתכת המודפסים גבוה יחסית, ונדרש טיפול לאחר מכן, כגון השחזה, ליטוש, התזת חול וכו', כדי לשפר את גימור פני השטח, מה שמגדיל את עלות הייצור ואת זמן הייצור.
פגמים פנימיים: ייתכנו פגמים פנימיים כגון נקבוביות, חלקיקים לא מאוזנים והיתוך לא שלם במהלך תהליך ההדפסה, אשר משפיעים על התכונות המכניות של החלקים, במיוחד ביישום עומס גבוה ועומס מחזורי. יש צורך להפחית את התרחשותם של פגמים פנימיים על ידי אופטימיזציה של פרמטרי תהליך ההדפסה ואימוץ שיטות מתאימות לאחר העיבוד.
מגבלות חומרים: למרות שסוגי חומרי ההדפסה התלת-ממדית המתכתיים הזמינים הולכים וגדלים, עדיין ישנן מגבלות חומר מסוימות בהשוואה לשיטות ייצור מסורתיות, וחלק מחומרי המתכת בעלי הביצועים הגבוהים קשים יותר להדפסה והעלות גבוהה יותר.
בעיות עלות: עלות ציוד וחומרים להדפסה תלת-ממדית ממתכת גבוהה יחסית ומהירות ההדפסה איטית, דבר שאינו חסכוני כמו תהליכי ייצור מסורתיים לייצור בקנה מידה גדול, וכיום מתאים בעיקר לייצור בקבוצות קטנות, בהתאמה אישית ובאזורים עם דרישות גבוהות של ביצועי מוצר ואיכות.
מורכבות טכנית: הדפסה תלת-ממדית של מתכת כרוכה בפרמטרים מורכבים של תהליך ובקרת תהליך, הדורשים מפעילים מקצועיים ותמיכה טכנית, וכן דרישות רמה טכנית גבוהה וניסיון מצד המפעילים.
שדה יישום
תעופה וחלל: משמש לייצור להבי מנועי אווירונאוטיקה, דיסקים של טורבינות, מבני כנפיים, חלקי לוויינים וכו', אשר יכולים להפחית את משקל החלקים, לשפר את יעילות הדלק, להפחית את עלויות הייצור ולהבטיח ביצועים גבוהים ואמינות של חלקים.
רכב: ייצור בלוקי צילינדר של מנוע רכב, מעטפת תיבת הילוכים, חלקים מבניים קלים וכו', כדי להשיג עיצוב קל משקל של מכוניות, לשפר את צריכת הדלק והביצועים.
רפואי: ייצור מכשירים רפואיים, מפרקים מלאכותיים, מדרסים דנטליים, מכשירים רפואיים מושתלים וכו', בהתאם להבדלים האישיים של המטופלים, ייצור מותאם אישית, משפר את התאמת המכשירים הרפואיים ואת השפעות הטיפול.
ייצור תבניות: ייצור תבניות הזרקה, תבניות יציקה וכו', מקצר את מחזור ייצור התבניות, מפחית עלויות, משפר את הדיוק והמורכבות של התבנית.
אלקטרוניקה: ייצור רדיאטורים, קונכיות, מעגלים מודפסים של ציוד אלקטרוני וכו', כדי להשיג ייצור משולב של מבנים מורכבים, לשפר את הביצועים ואת אפקט פיזור החום של ציוד אלקטרוני.
תכשיטים: בהתאם ליצירתיות של המעצב ולצורכי הלקוח, ניתן לייצר מגוון תכשיטים ייחודיים כדי לשפר את יעילות הייצור ואת ההתאמה האישית של המוצר.