ساخت قطعات بزرگ فلزی با پرینترهای 3بعدی
هفته پیش به بهانه پرتاب كپسول كرو دراگون با فالكن۹ به فضا به كاربردهای پرینترهای سه‌بعدی در ساخت فالكن۹ پرداختیم و گفتیم كه محفظه احتراق این پرتابگر با پرینت سه‌بعدی تولید شده است. اما فكر می‌كنید قطعات فلزی با پرینتر سه‌بعدی چگونه تولید می‌شوند؟
دکتر سید امیر غفاری هیأت علمی دانشگاه علم و صنعت ایران
در روش‌های متداول و سنتی فلزات با روش ذوب و ریخته‌گری یا با فرآیندهای ماشین‌كاری و شكل‌دهی تولید می‌شوند. اما برای پرینت سه‌بعدی فلزات دو روش كلی وجود دارد؛ در روش اول كه بسیار رایج شده است و بیشتر پرینترهای فلزی دنیا با این روش كار می‌كنند، پودر فلز در یك محفظه به صورت لایه‌به‌لایه روی هم می‌نشیند. هر بار كه لایه‌ای از پودر روی سطح پخش می‌شود، اشعه لیزر به بخش‌های منتخبی از سطح می‌تابد و با انرژی زیاد پودرها را ذوب می‌كند. گویی لیزر روی سطح پودر حكاكی می‌كند. لیزر نمی‌تواند به اعماق پودر نفوذ كند، از این رو فقط به اندازه ضخامت لایه پودر می‌تواند نفوذ كند و البته بخش‌هایی هم كه لیزر به آن نتابیده، پودرها دست نخورده باقی می‌ماند. پس این گونه می‌توان دریافت كه برای پرینت یك قطعه سه‌بعدی باید به تعداد لایه‌های زیادی تقسیم شده و هر لایه به صورت مجزا پرینت می‌شود. حاصل تكرار پرینت شدن لایه‌ها روی هم تولید یك قطعه سه‌بعدی می‌شود. به این روش ذوب انتخابی با لیزر (SLM) می‌گویند و برای تولید قطعات فلزی دقیق به‌كار برده می‌شود. مثلا برای ساخت ایمپلنت‌های تیتانیومی كه در بدن كاشته می‌شود یا بسیاری از قطعات حساس و ارزشمند دیگر. اما به صورت میانگین حداكثر اندازه قطعات فلزی كه با این روش دقیق می‌توان تولید كرد
۵۰ ×۵۰ ×۵۰ سانتی‌متر است.
اما سوال اینجاست كه برای ساخت قطعات فلزی بزرگ‌تر، شبیه آنچه در محفظه احتراق فالكن9 بود، چه روشی باید استفاده شود؟
برای تولید این قطعات روش دیگری استفاده می‌شود. مبنای روش دوم ساده است ولی شاید اجرای آن در دستگاه‌های صنعتی كمی پیچیده باشد. اگر تا به حال جوشكاری كرده باشید درك فرآیند این روش برایتان آسان‌تر است. اگر جوشكاری هم نكرده باشید، دست‌كم یك جوشكار را در حال كار حتما دیده‌اید. فرض كنید كه جوشكار به‌جای اتصال قطعات فلزی به هم، با قلم جوش شروع به درست‌كردن قطعات فلزی كند؛ مثل قنادی كه با خامه قنادی روی یك كیك را تزئین می‌كند. البته نمونه صنعتی این دستگاه كاملا اتوماتیك است و قلم جوشكاری به یك ربات چندمحوره بسته می‌شود و این ربات با قراردادن سیم جوش ذوب‌شده روی هم، قطعه نهایی را پرینت می‌كند. به این روش، ساخت افزایشی با ذوب سیم یا (WAAM) می‌گویند. این روش برای ساخت قطعات بزرگ فلزی متداول است. آنقدر بزرگ كه چندی پیش در كشور هلند، یك پل تمام‌فلزی با این روش ساخته شد!
در مقایسه این دو روش باید گفت كه روش SLM برای ساخت قطعات دقیق و پیچیده و روش WAAM برای ساخت قطعات بزرگ و با دقت كمتر استفاده می‌شود. اگر شما هم یك دستگاه جوشكاری در كارگاه خود دارید، شاید بتوانید یك پرینتر سه‌بعدی فلزی ساده درست كنید.