پرینت سه بعدی به روش فرآیند LENS

پرینت سه بعدی به روش فرآیند LENS محصول شرکت Optomec مشابه دیگر فرآیندهای نمونه‌سازی سریع یک فرآیند افزایشی است. محصولات این شرکت با نام‌های LENS^TM750 و LENS^TM850 به بازار عرضه‌شده‌اند. این فرآیند شامل ذوب و یکپارچه کردن پودر فلزات با استفاده از یک لیزر پرقدرت Nd: YAG و تولید یا تعمیر قطعات فلزی با هندسه پیچیده و به‌صورت کاملاً یکپارچه و چگال می‌باشد. امروزه به این روش می‌توان، قطعاتی از جنس فولاد ضدزنگ 316 و 304، سوپر آلیاژهای پایه نیکل مثل اینکونل 625، 690، 718، فولاد ابزاری HB، تنگستن، آلیاژ تیتانیم Ti-6A1-4V، آلومینید نیکل، آلومینیوم ومس برای کاربردهای مختلف ازجمله ملحقات قالب‌ها، ایمپلنت های بیولوژیکی و قطعات نهایی را تولید و یا بازسازی نمود.

مبانی فرآیند LENS

فرآیند LENS بر اساس دو اصل زیر انجام می‌گیرد:

1. لیزر با توان بالای Nd: YAG روی نقطه‌ای از لایه شکل‌گرفته قبلی، متمرکزشده و حوضچه مذابی در آن نقطه ایجاد می‌کند. هم‌زمان پودر فلز به این حوضچه مذاب پاشیده شده و حجم مواد در آن نقطه افزایش یابد.
2. یک سیستم حرکتی شبیه به چاپگر، هم‌زمان با تابش لیزری و پاشش پودر، پلتفرم سطح مقطع توسط لیزر جاروب شود. بعد از شکل‌گیری یک‌لایه، نازل انتقال پودر به‌منظور ساخت لایه بعدی به بالا می‌رود.

فرآیند

روش LENS مطابق مراحل زیر صورت می‌گیرد:

1. یک‌کلگی که وظیفه انتقال پودر فلز و هدایت لیزر را بر عهده دارد، پودر فلز را به نقطه تمرکز یک پرتو لیزر Nd: YAG قدرتمند انتقال می‌دهد تا پودر فلز ذوب شود. این لیزر به‌وسیله فیبر نوری یا با استفاده از آینه‌های بازتابانده دقیق به محل موردنظر هدایت می‌گردد. در شکل اجزای کلگی شامل راهگاه‌های انتقال پودر (در اطراف) و سیستم هدایت لیزر (در مرکز) به‌وضوح قبل مشاهده می‌باشد.
2. پرتو لیزر با استفاده از مجموعه‌ای از عدسی‌ها در نقطه خاصی متمرکز و ثابت‌شده و سیستم محرک تعبیه‌شده در دستگاه، پلتفرم را به‌صورت طولی و عرضی حرکت می‌دهد. به‌این‌ترتیب هر لایه با جاروب شدن سطح مقطع توسط لیزر شکل می‌گیرد. هم‌زمان با فرآیند تابش لیزری و پاشش پودر، گاز آرگون به محل تابش پرتو لیزر تزریق می‌گردد تا از تأثیرات منفی اکسیژن موجود در هوابر روی کیفیت اتصال ذرات و یکپارچگی قطعه جلوگیری شود.
3. بعد از اتمام یک‌لایه، کلگی به بالا حرکت کرده و کار ایجاد لایه بعد را ادامه می‌دهد. فرآیند به‌صورت لایه به لایه تا شکل‌گیری قطعه نهایی ادامه می‌یابد. کل فرآیند در محیطی عایق نسبت به محیط اطراف انجام می‌گیرد. قطعات تولیدشده به این روش معمولاً نیاز به پرداخت نهایی دارند اما از چگالی خوبی برخوردار بوده و ساختار دانه‌بندی مناسبی دارند.

مزایا فرآیند LENS

1. مشخصات فیزیکی عالی: فرآیند LENS قادر به تولید قطعات فلزی کاملاً متراکم می‌باشد. قطعات تولیدشده به این روش، دارای سازه‌های درونی و ویژگی‌های مادی بسیار خوب و خواص میکروسکوپی مناسبی می‌باشند.
2. تولید اشکال پیچیده: قابلیت برجسته این فرآیند تولید قطعات فلزی کاربردی با هندسه پیچیده است.
3. نیاز به پس پردازش ناچیز: نیاز به عملیات‌های تکمیلی (مانند حذف تکیه‌گاه‌ها) در کمترین حد ممکن است، به همین دلیل زمان تولید کاهش می‌یابد.

معایب فرآیند LENS

1. محدودیت در مواد اولیه: در حال حاضر این روش تنها بر روی ساخت قطعات فلزی متمرکزشده است.
2. ابعاد بزرگ دستگاه: دستگاه به فضای نسبتاً زیادی برای نصب احتیاج دارد.
3. مصرف انرژی بالا: سیستم لیزر این فرآیند توان مصرفی بالایی دارد.
4. صافی سطح نامناسب: قطعات تولیدشده به این روش اصولاً صافی سطح مناسبی ندارند.
5. عدم کارایی در ساخت قطعات کوچک.

کاربردها

1. تولید و تعمیر انواع قطعات کاربردی در صنایع هوا و فضا، انواع قالب‌ها و قطعات جانبی آن‌ها.
2. ساخت قطعاتی از جنس تیتانیوم به‌منظور کاربرد در صنایع اتومبیل‌های مسابقه‌ای.
3. ساخت ایمپلنت های تیتانیومی به جهت کاربردهای پزشکی.
4. ایجاد سازه‌های پیچیده کاربردی.