پرینت سه‌بعدی فلز
رسوب نشانی مستقیم انرژی (DED)

روشهای DED قطعات را با ذوب پودر همزمان با توزیع آن می‌سازد. این تکنولوژی معمولاً با پودر فلزات یا مفتول فلز کار می‌کند. تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی DED به‌طور انحصاری در ساخت افزودنی فلز به کار می‌روند. طبیعت فرایند ساخت این تکنولوژی‌ها آنها را به یک‌تکنولوژی ایده‌آل برای کاربردهای تعمیر یا افزودن مواد به قطعات ساخته شده (مانند توربین‌ها) تبدیل کرده‌است. وابستگی این تکنولوژی پرینت سه بعدی به سازه‌های ساپورت متراکم باعث می‌شود DED برای ساخت قطعات از صفر مناسب نباشد. در این فناوری از هد لیزر و پرتو الکترونی برای تأمین انرژی لازم استفاده می‌شود.
LENS محصول شرکت Optomec می‌باشد. این فرایند 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 بصورت کاملاً یکپارچه و چگال می‌باشد. امروزه به این روش می‌توان قطعاتی از جنس فولاد زنگ نزن ۳۱۶ و ۳۰۴، سوپرآلیاژهای پایه نیکل مثل اینکونل ۶۲۵، ۶۹۰، ۷۱۸، فولاد ابزاری HB، تنگستن، آلیاژ تیتانیم Ti-6Al-4V، آلومینید نیکل، آلومینیوم و مس برای کاربردهای مختلف از جمله ملحقات قالبها، ایمپلنتهای بیولوژیکی و … را تولید یا بازسازی نمود.
مبانی فرایند:
لیزر با توان بسیار بالا روی نقطه‌ای از لایه شکل گرفته قبلی، متمرکز شده و حوضچه مذابی در آن نقطه ایجاد می‌کند. همزمان پودر فلز به این حوضچه مذاب پاشیده شده و حجم مواد در آن نقطه افزایش می‌یابد. پودر فلز از اطراف هد دستگاه و پرتو لیزر از مرکز آن به صورت همزمان وارد موضع پرینت می‌شوند.
یک سیستم حرکتی همزمان با تابش لیزر و پاشش پودر، میز دستگاه را در جهت طولی و عرضی، متناظر با سطح مقطعی از قطعه حرکت می‌دهد تا سطح مقطع توسط لیزر ایجاد شود. بعد از شکل‌گیری یک لایه، نازل انتقال پودر به منظور ساخت لایه بعدی به بالا می‌رود.
مراحل ساخت:
یک هد که وظیفه انتقال پودر فلز و هدایت لیزر را بر عهده دارد، پودر فلز را به نقطه تمرکز یک پرتو لیزر پرتوان تغذیه می‌کند تا پودر فلز کاملاً ذوب شود. این لیزر به وسیله فیبر نوری یا با استفاده از آینه‌های بازتابنده دقیق به محل مورد نظر هدایت می‌گردد. مطابق شکل زیر در ساختمان هد دستگاه، راهگاه‌های انتقال پودر در اطراف و سیستم هدایت لیزر در مرکز قرار دارند.
پرتو لیزر با استفاده از مجموعه‌ای از عدسی‌ها در نقطه خاصی متمرکز و ثابت شده و سیستم محرک تعبیه شده در دستگاه، پلتفرم را به صورت طولی و عرضی حرکت می‌دهد. به این ترتیب هر لایه با ایجاد سطح مقطع توسط لیزر شکل می‌گیرد. همزمان با فرایند تابش لیزری و پاشش پودر، گاز آرگون به محل تابش پرتو لیزر تزریق می‌گردد تا از تأثیرات منفی اکسیژن موجود در هوا بر روی کیفیت اتصال ذرات و یکپارچگی قطعه جلوگیری شود.
بعد از اتمام یک لایه هد به بالا حرکت کرده و کار ایجاد لایه بعد را ادامه می‌دهد. فرایند به صورت لایه‌به‌لایه تا شکل‌گیری قطعه نهایی ادامه می‌یابد. کل فرایند در محیطی عایق نسبت به محیط اطراف انجام می‌گیرد. قطعات تولید شده به این روش معمولاً نیاز به پرداخت نهایی دارند اما از چگالی خوبی برخوردار بوده و ساختار دانه‌بندی مناسبی دارند.
مزایا:
مشخصات فیزیکی عالی: فرایند 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.
تولید اشکال پیچیده: قابلیت برجسته این فرایند تولید قطعات فلزی کاربردی با هندسه پیچیده‌است.
نیاز به پس‌پردازش ناچیز: نیاز به عملیات تکمیلی (مانند حذف تکیه‌گاه‌ها) در کمترین حد ممکن است و به همین دلیل زمان تولید کاهش می‌یابد.
معایب:
محدودیت در مواد اولیه: در حال حاضر این روشظ تنها برای ساخت قطعات فلزی کاربرد دارد.
ابعاد بزرگ دستگاه
مصرف انرژی بالا: سیستم لیزر این فرایند توان مصرفی بالایی دارد.
صافی سطح نامناسب
عدم کارایی در ساخت قطعات کوچک
کاربردها:
تولید و تعمیر انواع قطعات کاربردی در صنایع هوافضا، انولع قالبها و قطعات جانبی آنها
ساخت قطعاتی از جنس تیتانیم به منظور کاربرد در صنایع مختلف مانند: ایمپلنتهای تیتانیمی برای کاربردهای پزشکی، خودروسازی و …
امکان ایجاد سازه‌های پیچیده و کاربردی
این فرایند با بهره گرفتن از سیستم‌های حرکتی ۵ محوره برای هد دستگاه قادر است تا قطعات با پیچیدگی هندسی بسیار بالاتر را نیز به سادگی تولید کند.
EBAM به دسته فناوری‌های اشعه‌ای با رسوب نشانی مستقیم DED تعلق داشته و تا حدودی مشابه دستگاه‌های LENS می‌باشند. از شرکت‌های متخصص در ساخت این دستگاه‌ها می‌توان شرکت Sciaky را نام برد. تکنولوژی پرینت سه بعدی EBAM برای ساخت قطعات فلزی با استفاده از پودر یا سیم فلزی به کار می‌رود، این مواد با استفاده از پرتوی الکترونی به عنوان منبع حرارتی به یکدیگر جوش داده می‌شوند. این پرینتر سه‌بعدی در شرایط خلاء کار می‌کند و برای استفاده در فضا طراحی شده‌است. EBAM پروسه‌ای مشابه پرینتر سه‌بعدی LENS دارد با این تفاوت که مصرف انرژی آن بهینه‌تر است. در این سیستم‌ها اشعه به کاررفته در هد به جای لیزر پرتو الکترونی بسیار قوی و پرانرژی می‌باشد. همچنین سیستم تغذیه این دستگاه‌ها معمولاً از سیم فلزات (یا پودر) به عنوان ماده مصرفی استفاده می‌کند که عموماً سیم فلز نسبت به پودر فلزات ارزان‌تر و دردسترس‌تر هستند.
هد دستگاه متشکل از یک سیستم تشعشع مرکزی پرتو الکترونی خیلی قوی و یک سیستم تغذیه سیم از اطراف و به صورت همزمان به موضع پرینت است. با ورود همزمان این دو عامل به محل مورد نظر، با ذوب کامل سیم توسط پرتو الکترونی پر انرژی عمل رسوب‌نشانی و تشکیل آن نقطعه از قطعه اتفاق می‌افتد.
با حرکت نسبی میز و هد دستگاه در راستاهای X,Y و Z با پیروی از فرمان‌های نرم‌افزار اسلایسر، به تدریج کل هندسه قطعه تشکیل می‌شود.
مزایا:
ارزان‌تر و قابل دسترسی‌تر بودن سیم فلز به نسبت پودر آن
پرانرژی‌تر بودن توان اشعه و امکان به دست آمدن قطعه‌ای چگال‌تر و مستحکم‌تر به دلیل ذوب خیلی خوب موضع
سرعت مناسب فناوری
کاربردهای بسیار وسیع فرایند به دلیل نوع مکانیزم اعمالی آن (استفاده از منبع انرژی و سیستم تغذیه یک جا و در یک هد کوچک) و امکان استفاده در موارد تعمیر موضعی تجهیزات آسیب دیده
امکان تولید اکثر مواد فلزی
مصرف انرژی خیلی کمتر نسبت به LENS
معایب:
گران بودن این گونه سیستم‌ها (گران‌ترین روش‌ها)
فقط در محیط خلأ قابل اجرا است..
کاربردها:
ساخت و تعمیر قطعات پیچیده، چگال و با خواص مکانیکی بالا مانند پره توربین‌ها و …
مواد مصرفی:
به‌طور کلی طیف وسیعی از پودر فلزات را با توجه به توان بالای لیزر در پرینت سه بعدی فلز می‌توان مورد فراوری قرار دا به طوریکه انواع آلیاژها، سوپر آلیاژها، کامپوزیتها و مواد FGM قابل تولید هستند. پارامترهای مهم در انتخاب پودر مناسب عبارتند از: کروی بودن، سیالیت مناسب، توزیع اندازه، ترکیب شیمیایی